关于高炉操作线的研讨与拓展* (2009年)

由例题计算及理论分析能够看出，当高炉冶炼入炉氢量较多时，需对建立在纯焦炭冶炼基础上的Rist操作线拓展，但现有文献推出的Fe-O-C-H 4元素的操作线图的拓展不是成功的，其固有的缺陷妨碍了它的应用．依据高炉里氢还原的特点，提出了操作线拓展的原则、计算方法，保持Rist操作线图形态，修正操作线AE中A点的坐标值(或XA，或YA)，而其它计算基本不变．计算表明，对操作线的拓展，原理正确，方法简捷，能与生产实际很好吻合，是对高炉操作线理论的完善与发展． ### 关于高炉操作线的研讨与拓展 #### 摘要 本文主要探讨了高炉操作线在处理含氢量较高的原料时所面临的问题及其解决方案。基于纯焦炭冶炼的Rist操作线模型虽然成功地揭示了高炉冶炼过程中Fe-O-C三元体系的变化规律，但在面对含氢量较高的原料时，该模型需要进行必要的拓展以适应新的生产条件。现有的Fe-O-C-H四元体系操作线模型并未完全解决问题，因此，本文提出了一种基于高炉内氢还原特性的新拓展原则和计算方法。 #### 1. 现有操作线图存在的问题 ##### 1.1 基本操作线图的基本情况 Rist教授在上世纪60年代提出的操作线图，坐标系的纵轴表示氧原子与铁原子的比例（Y轴），横轴表示氧原子与碳原子的比例（X轴）。AE线代表了特定冶炼条件下高炉的操作线。该线在纵轴上的投影表示了1摩尔铁所需的氧量，而在横轴上的投影则反映了这些氧的去向。操作线AE的斜率μ可以通过任意两点的坐标计算得出，其具有炼铁焦比的意义。 ##### 1.2 加氢操作线图的问题 尽管Rist操作线很好地适用于纯焦炭冶炼的情况，但在处理含氢原料时，该模型需要进行调整。目前文献中提出的Fe-O-C-H四元体系操作线图虽然试图解决这一问题，但由于固有的缺陷（如违反了炼铁过程中的常识和规律），这些模型并没有得到广泛的应用。 #### 2. 高炉内氢还原特性及操作线拓展原则 为了更好地反映高炉内部含氢量较高原料的实际反应过程，本文提出了以下操作线拓展原则： - **保持原操作线图形态**：保留原有的Rist操作线图的基本框架。 - **修正A点坐标**：根据氢在高炉内的还原特性，调整操作线AE中A点的坐标值（即X轴或Y轴坐标）。 - **简化计算方法**：除了A点坐标值的修正外，其他计算步骤基本保持不变。 #### 3. 操作线拓展的具体方法 ##### 3.1 A点坐标修正 A点坐标值的修正主要是基于高炉内氢还原的特殊性。当入炉氢量增加时，高炉内部的还原反应路径会发生变化，这直接影响到操作线的位置。通过对A点坐标值的适当调整，可以更准确地反映高炉内还原过程的实际状况。 ##### 3.2 计算方法 修正后的操作线AE仍采用原来的斜率公式进行计算： \[ \mu = (YA - YE) / (XA - XE) \] 这里的\( YA \)和\( XA \)分别表示A点在纵轴和横轴上的坐标值。通过这种方式，不仅保留了原有操作线图的直观性和简洁性，同时也确保了计算结果与生产实际更加吻合。 #### 4. 实际应用效果 通过对不同条件下的案例进行计算验证，结果显示，经过上述拓展后的操作线模型能够更好地反映实际生产情况，不仅原理正确，而且方法简单，易于操作。这种改进对于提高高炉冶炼效率、降低能耗等方面具有重要的实际意义。 #### 结论 本文针对高炉操作线在处理含氢量较高的原料时存在的问题，提出了基于高炉内氢还原特性的操作线拓展原则和计算方法。这种方法在保持原有操作线图形态的基础上，通过修正A点坐标值，能够有效地改善模型的适用性，并与实际生产情况高度吻合。这不仅是对高炉操作线理论的重要补充和完善，也为高炉冶炼技术的发展提供了新的思路。