2025年高爐煉鐵試題講解及答案一、高爐內(nèi)還原反應(yīng)機理與能耗關(guān)系分析試題：某高爐冶煉過程中，間接還原度（rd）從60%提升至70%，直接還原度（rd’）相應(yīng)下降。結(jié)合高爐內(nèi)碳循環(huán)與熱平衡原理，分析該變化對爐內(nèi)溫度分布、焦比及燃料比的影響，并說明提升間接還原度的主要技術(shù)措施。講解：高爐內(nèi)鐵氧化物還原分為間接還原（以CO為還原劑，反應(yīng)式FeO+CO=Fe+CO?）和直接還原（以C為還原劑，反應(yīng)式FeO+C=Fe+CO）。間接還原放熱（ΔH≈-13kJ/mol），直接還原吸熱（ΔH≈+155kJ/mol）。當(dāng)rd提升時，更多熱量由間接還原反應(yīng)釋放，減少了直接還原的耗熱需求，從而降低爐內(nèi)高溫區(qū)（1100℃以上）的熱負荷，使理論燃燒溫度（T理）下降，但由于間接還原提供的CO?在風(fēng)口前與焦炭反應(yīng)（C+CO?=2CO）需吸熱，需綜合考慮熱平衡。焦比（kg/t·Fe）主要受直接還原度影響，因直接還原每提供1molFe需消耗1molC（約12g），而間接還原僅通過CO循環(huán)實現(xiàn)，CO由風(fēng)口前焦炭燃燒（C+O?=CO?，CO?+C=2CO）提供。rd提升10%，直接還原消耗的C量減少，假設(shè)原直接還原度為40%（rd’=1-rd=40%），現(xiàn)rd’=30%，則每t鐵直接還原消耗的C量減少（40%-30%）×(55.85/71.85)×1000≈77kg（按FeO還原計算）。但需注意，間接還原增加會使煤氣中CO?含量上升，煤氣利用率（ηCO=CO?/(CO+CO?)）提高，若ηCO從45%升至50%，則單位生鐵消耗的碳量進一步降低。燃料比（焦比+噴煤比）方面，噴吹煤粉替代部分焦炭，煤粉中的C參與直接還原或燃燒放熱。當(dāng)rd提升，煤粉的熱解與燃燒效率可能提高（因爐溫分布更合理），噴煤比可增加，進一步降低焦比。提升間接還原度的技術(shù)措施包括：①改善礦石還原性（如使用高還原性球團礦，控制燒結(jié)礦FeO≤8%）；②優(yōu)化煤氣分布（通過裝料制度調(diào)整，如中心加焦、平臺漏斗布料，使煤氣與礦石接觸更充分）；③提高煤氣中CO濃度（富氧鼓風(fēng)增加風(fēng)口前燃燒效率，減少N?稀釋，提升煤氣中CO比例）；④控制爐料粒度（減小礦石粒度至10-25mm，降低還原阻力）。答案：rd提升使間接還原放熱增加，直接還原吸熱減少，高溫區(qū)熱負荷降低，理論燃燒溫度下降；焦比因直接還原消耗C量減少而降低，燃料比隨噴煤比增加進一步下降。技術(shù)措施包括優(yōu)化礦石還原性、煤氣分布、富氧鼓風(fēng)及控制爐料粒度。二、高爐爐溫判斷與調(diào)節(jié)操作試題：某高爐連續(xù)3爐鐵水含硅量（[Si]）分別為0.35%、0.32%、0.28%，爐渣堿度（R=CaO/SiO?）從1.15降至1.10，風(fēng)口前焦炭明亮但稍短，料速由6批/h加快至7批/h。判斷當(dāng)前爐溫趨勢，分析可能原因，并提出調(diào)節(jié)措施。講解：爐溫是高爐熱狀態(tài)的核心指標(biāo)，通常以[Si]和物理熱（鐵水溫度）綜合判斷。[Si]每變化0.1%，對應(yīng)爐缸溫度變化約10-15℃。正常冶煉中，[Si]控制在0.3-0.5%（低硅冶煉），但連續(xù)下降且料速加快，表明爐溫向涼?？赡茉颍孩俳固抠|(zhì)量波動（如焦炭反應(yīng)性CRI升高，反應(yīng)后強度CSR下降，導(dǎo)致焦炭在爐內(nèi)過早粉化，料柱透氣性變差，煤氣利用率降低，爐缸熱量不足）；②噴煤量未及時調(diào)整（若噴煤比由150kg/t升至160kg/t，而風(fēng)溫未同步提高，煤粉未完全燃燒，未燃煤粉進入爐缸消耗熱量）；③送風(fēng)制度變化（風(fēng)量由4000m3/min增至4200m3/min，風(fēng)速提高但鼓風(fēng)動能過大，中心氣流過度發(fā)展，邊緣氣流不足，爐缸邊緣熱量減少）；④原燃料含硫量增加（若礦石硫負荷從3.5kg/t升至4.0kg/t，爐渣脫硫需更多熱量，導(dǎo)致爐溫下降）。調(diào)節(jié)措施：①穩(wěn)定焦炭質(zhì)量，若焦炭CRI超標(biāo)，可適當(dāng)降低噴煤比至145kg/t，減少未燃煤粉量；②提高風(fēng)溫（由1150℃升至1180℃），補償噴煤帶來的熱損失；③調(diào)整裝料制度（如減少中心焦量，增加邊緣礦批，抑制中心氣流，發(fā)展邊緣氣流以提高爐缸邊緣溫度）；④控制風(fēng)量（減至3900m3/min），降低鼓風(fēng)動能，改善煤氣分布；⑤若[Si]持續(xù)低于0.3%，可臨時加焦（每批加50kg），提高熱儲備。答案：爐溫趨勢向涼，原因可能為焦炭質(zhì)量下降、噴煤量過高、風(fēng)量過大或硫負荷增加。調(diào)節(jié)措施包括降低噴煤比、提高風(fēng)溫、調(diào)整裝料制度、控制風(fēng)量及臨時加焦。三、高爐懸料故障診斷與處理試題：某高爐料尺停滯20min，風(fēng)壓由350kPa升至400kPa，頂壓由200kPa降至180kPa，風(fēng)口發(fā)暗且有生降，爐頂煤氣CO?含量由18%降至15%。判斷故障類型，分析可能原因，并制定處理方案。講解：懸料是爐料下降受阻的故障，分為上部懸料（料線以上）和下部懸料（爐腰以下）。本題中料尺停滯、風(fēng)壓上升、頂壓下降、風(fēng)口發(fā)暗（煤氣未充分燃燒）、CO?降低（煤氣利用率下降），符合下部懸料特征（爐腰至爐缸區(qū)域料柱透氣性惡化）?？赡茉颍孩贍t渣性能惡化（堿度過高導(dǎo)致爐渣黏度增加，或MgO含量不足＜8%，爐渣熔化性溫度升高，流動性變差，阻礙爐料下降）；②焦炭質(zhì)量差（CSR＜60%，焦炭在爐內(nèi)破碎嚴(yán)重，死料柱透液性下降，鐵水、爐渣滯留，料柱承壓增加）；③煤氣流分布失常（中心氣流過弱，邊緣氣流過度發(fā)展，爐墻結(jié)厚，導(dǎo)致局部料柱與爐墻摩擦力增大）；④原燃料粉末多（燒結(jié)礦＜5mm比例由5%升至8%，入爐粉末增加，料柱空隙率降低，透氣性指數(shù)由18m3/(min·kPa)降至12m3/(min·kPa)）。處理方案：①立即減風(fēng)（風(fēng)壓降至300kPa），降低煤氣對料柱的托力，同時打開窺孔檢查風(fēng)口是否有灌渣（若有，及時休風(fēng)處理）；②調(diào)整爐渣堿度（加入硅石或白云石，將R降至1.12，MgO升至9%，改善爐渣流動性）；③提高富氧率（由3%升至5%），增加風(fēng)口前燃燒強度，提高局部溫度，促進焦炭燃燒；④改常壓操作（頂壓降至150kPa），降低煤氣系統(tǒng)阻力；⑤若20min內(nèi)料尺仍不動，需休風(fēng)坐料（關(guān)閉所有風(fēng)口，放風(fēng)至零，使料柱自由下落），坐料后恢復(fù)風(fēng)量時需緩慢（每10min加風(fēng)500m3/min），避免二次懸料；⑥后續(xù)操作中加強篩分（燒結(jié)礦過篩時間延長至3min），控制入爐粉末＜5%，并定期洗爐（加入螢石或錳礦，清洗爐墻結(jié)厚）。答案：故障為下部懸料，原因包括爐渣性能惡化、焦炭質(zhì)量差、煤氣流分布失?；蛟剂戏勰┒唷Ｌ幚矸桨笧闇p風(fēng)、調(diào)整爐渣堿度、提高富氧率、改常壓操作，必要時休風(fēng)坐料，后續(xù)加強篩分與洗爐。四、高比例球團礦冶煉對高爐指標(biāo)的影響試題：某高爐球團礦配比由30%提升至60%，燒結(jié)礦配比降至40%，分析對高爐透氣性、還原效率、爐渣成分及能耗的影響，并提出適應(yīng)性操作調(diào)整建議。講解：球團礦與燒結(jié)礦的差異主要體現(xiàn)在強度、還原性、成分均勻性及造渣特性上。球團礦FeO含量低（＜1%），還原性好（RI＞85%），抗壓強度高（＞2500N/個），粉末少（＜5mm比例＜3%）；燒結(jié)礦FeO含量高（8-12%），還原性稍差（RI=70-80%），但含有一定量CaO（R=1.8-2.0），可部分替代熔劑。對透氣性的影響：球團礦強度高、粉末少，料柱空隙率增加（由40%升至42%），透氣性指數(shù)提高（由15m3/(min·kPa)升至18m3/(min·kPa)），有利于提高風(fēng)量和強化冶煉。對還原效率的影響：球團礦還原性好，間接還原度rd可提升5-8%（從65%升至70%以上），煤氣利用率ηCO提高（從48%升至52%），單位生鐵煤氣消耗量減少（由1600m3/t降至1500m3/t）。對爐渣成分的影響：燒結(jié)礦含CaO，球團礦CaO含量低（＜1%），高比例球團礦會導(dǎo)致入爐CaO減少，需增加石灰石或白云石用量（石灰石配比由5%升至8%），爐渣堿度R需穩(wěn)定在1.15-1.20。同時，球團礦SiO?含量低（3-4%），燒結(jié)礦SiO?較高（5-6%），爐渣量可能減少（由350kg/t降至300kg/t），有利于降低渣鐵比。對能耗的影響：rd提升使直接還原度下降，焦比降低（由320kg/t降至300kg/t）；爐渣量減少，熔渣熱消耗降低（由350MJ/t降至300MJ/t）；但球團礦焙燒需消耗煤氣（約80m3/t球團），若球團由外購改為自產(chǎn)，需綜合考慮系統(tǒng)能耗。適應(yīng)性操作調(diào)整建議：①調(diào)整裝料制度（因球團礦堆密度大，布料時需適當(dāng)增加邊緣礦批，避免中心氣流過度發(fā)展）；②控制爐渣MgO含量（球團礦MgO低，需通過白云石補充，使MgO≥8%，改善爐渣流動性）；③監(jiān)控還原進程（增加爐身中上部溫度檢測，防止間接還原過度導(dǎo)致爐身結(jié)厚）；④優(yōu)化熔劑添加（采用生石灰替代部分石灰石，減少分解熱消耗，生石灰配比由2%升至4%）。答案：高比例球團礦提升透氣性與還原效率，減少爐渣量但需增加熔劑，焦比降低但需考慮球團焙燒能耗。操作調(diào)整包括優(yōu)化裝料制度、控制爐渣MgO、監(jiān)控還原進程及使用生石灰。五、高爐焦比計算（含數(shù)據(jù)）試題：某高爐日產(chǎn)生鐵5000t，消耗焦炭1600t，噴吹煤粉800t（煤粉置換比0.8），鼓風(fēng)含氧量23%（干風(fēng)），風(fēng)量4200m3/min（標(biāo)態(tài)），計算實際焦比、燃料比及綜合焦比（綜合焦比=焦比+煤粉量×置換比）。講解：焦比（kg/t·Fe）=焦炭消耗量（kg）/生鐵產(chǎn)量（t）；燃料比=（焦炭+煤粉）消耗量（kg）/生鐵產(chǎn)量（t）；綜合焦比考慮煤粉對焦炭的替代，置換比0.8表示1kg煤粉相當(dāng)于0.8kg焦炭。計算過程：日產(chǎn)生鐵500