高爐煉鐵人-關於一氧化碳利用率，您知道多少

一氧化碳利用率又稱煤氣利用率，一氧化碳利用率是衡量在高爐煉鐵過程中高爐內氣固相還原反應中一氧化碳轉化為二氧化碳的程度的指標。一氧化碳利用率的值常用小數表示（百分數）。這一指標就用來說明高爐內碳氧化的程度和間接還原發展的程度，以判斷能量利用的好壞。

一、一氧化碳利用率的定義與計算公式

衡量在高爐煉鐵過程中高爐內氣固相還原反應中CO轉化為CO2的程度的指標，也是評價高爐內間接還原進程的重要指標。CO是高爐內的氣體還原劑，在還原過程中它奪取固體鐵礦石中氧化物的氧而轉化為CO2。這一指標就用來說明高爐內碳氧化的程度和間接還原發展的程度，以判斷能量利用的好壞。一氧化碳利用率一般表示為：

爐頂煤氣成分後，即可根據煤氣中CO2和CO含量算出ηCO(常以小數表達)。在先進高爐上這一數值可達0.5～0.54，而生產情況差的高爐只能達到0.3～0.4。生產鍊鋼生鐵為0.3～0.54;鑄造生鐵為0.25～0.4;高爐錳鐵為0.1～0.2。

二、影響一氧化碳利用率的因素

影響高爐煤氣利用率的因素，歸納起來一是礦石特性，一是爐內煤氣流的分布。礦石特性包括礦石品位、礦物結構、粒度組成、高溫強度、氣孔度等， 礦石的這些特性決定了礦石還原的難易，從而影響礦石進人高溫區之前的預還 原，影響煤氣利用率。爐內煤氣流的分布狀況決定了煤氣與礦石的接觸條件， 而煤氣與礦石能否充分接觸是煤氣能量能否充分利用的決定因素。

在現代高爐上使用熔劑性燒結礦或高鹼度燒結礦冶煉後，石灰石不再加入高爐配料或只加入量很少，只作為爐渣鹼度的調節手段，爐頂煤氣中的CO2含量基本上是由CO在還原過程中奪取礦石的氧轉化而來的。因此ηCO的大小取決於冶煉所使用礦石中鐵的氧化程度和易還原金屬氧化物含量，高爐內間接還原發展程度和高爐間接還原區內氫含量與一氧化碳含量的比值(H2%/CO%)等；此外決定焦比的因素以及噴吹燃料等也會給一氧化碳利用率帶來一定影響。

(1)鐵礦石中鐵氧化程度高，也就是Fe2O3含量高(赤鐵礦、球團礦和高鹼燒結礦中Fe2O3含量高)，易還原金屬氧化物含量高(高價錳氧化物MnO2、Mn2O3及Cu2O，NiO等)在爐身CO能奪取的氧量多，轉化成CO2的量也多，ηCO就略有提高。但在生產中原料條件相對穩定的情況下，這類因素對ηCO的影響不會很大。

(2)鐵氧化物的間接還原發展程度是決定ηCO的主要因素。由於間接還原是可逆反應(見高爐鐵礦石還原)，ηCO受熱力學規律所限制，在還原反應達到平衡狀態時，平衡氣相成分中CO2含量就決定了ηCO的最高值，顯然它受反應的平衡常數Kp控制的：ηCOmax= KP/(1+KP)，而反應的平衡常數是隨溫度而變的，因此不同溫度下的ηCOmax也不同。

從鐵礦石還原理論可以知道，鐵氧化物的還原是按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe順序逐級還原的。各還原反應有它自己的平衡常數，也就有它在熱力學上最高的一氧化碳利用率。高爐冶煉具有爐料與煤氣在逆流運動中進行反應的特點，理論和生產實踐證明，高爐煤氣中CO數量在中溫區下部還原FeO到金屬鐵後，離開FeO還原地區隨煤氣進入Fe3O4還原到FeO的地區，仍有足夠的還原能力保證Fe3O4+CO→3FeO+CO2反應向右進行。這樣在逆流運動中進行還原反應的條件下，兩個反應的ηco的比值為ηCOFe3O4→FeO/ηCOFeO→Fe=4/3～5/3。根據這個關係，計算出兩個反應同時達到平衡的溫度為910K(637℃)，ηCOmax=0.59。在溫度高於910K時一氧化碳利用率的最高值由FeO還原反應的平衡常數決定，而低於910K時，一氧化碳利用率由Fe3O4還原反應的平衡常數決定。

(3)高爐冶煉的煤氣中含有一定數量的氫，熱力學規律說明溫度在1083K(810℃)以上時，氫對鐵氧化物的還原能力比一氧化碳高，而在1083K以下則相反。另外在任何溫度條件下，氫對相同礦石的還原速度都比一氧化碳的快。煤氣中H2的存在肯定要對ηCO產生影響。在CO和H2同時還原鐵氧化物時，平衡氣相成分與煤氣中的H2%/CO%有關。這樣ηCO也隨氫含量而有所變化。但是高爐內存在著極易達到平衡的水煤氣反應：

CO+H2O=CO2+H2

這一反應使H2有著促進CO還原的作用，相當於是CO還原反應的催化劑，H2還原氧化物後生成的水蒸氣與CO反應形成CO2和H2，這就有利於ηCO的提高。然而在CO2含量超過水煤氣反應平衡成分時，CO還原反應生成的CO2又與H2作用生成CO，相當於還原反應消耗了H2。所以高爐冶煉過程中ηCO和ηH2是相互促進又相互制約的。它們之間存在著一定的關係：ηH2/ηCO=0.9～1.10。

(4)決定焦比的一些因素也對ηCO有影響。例如鼓風參數：風溫、富氧率、鼓風濕度等。風溫提高以後，焦比降低，單位生鐵的CO數量減少，造成鐵的直接還原增加，不利於CO的利用。但是如果單位生鐵的焦炭消耗和高爐爐頂煤氣量減少的程度大於一氧化碳絕對量減少的程度，則仍可以觀察到爐頂煤氣中CO2含量增加，ηCO的數值升高。鼓風富氧以後，風口產生的煤氣中CO濃度提高，氮含量降低，增加了煤氣的還原能力並促進間接還原的發展。儘管鼓風中氧濃度的提高並不增加消耗於單位被還原鐵的CO量，焦比接近於不變，但是按爐頂煤氣成分算出的ηCO呈提高趨勢。鼓風加濕後，風口前形成的煤氣中還原性氣體(CO和H2)的數量和它們的濃度增加，有利於間接還原的發展，使直接還原度降低。但是隨著鼓風濕度的提高，必須要用提高風溫來補償風中H2O分解消耗的熱量，才能取得ηCO的改善，否則風中H2O分解耗熱過多，引起焦比升高，ηCO也隨之降低。

(5)高爐噴吹燃料時，ηCO也會發生變化。噴吹含H2氣體燃料(天然氣、焦爐煤氣)時ηCO隨噴吹量的增加呈有最大值的曲線變化，一般在噴吹量100m/t生鐵時出現最大值。噴吹煤粉時，ηCO隨噴吹量的增加而提高，提高的幅度與噴吹煤種和補償風溫的程度有關。

三、如何提高一氧化碳利用率

1、合理的爐料結構

合理的爐料結構應以滿足高爐強化冶煉、穩定順行和提高高爐各項指標為主,同時兼顧本廠實際原燃料庫存的合理調配。根據生產經驗,髙鹼度燒結礦+酸性球團礦+塊礦是我國高爐冶煉比較理想的爐料結構。

2、加強原料監控

加強對入爐原料質量眴瞌控,重點監羶燒結礦粒度組成、低溫還原粉佬率、焦炭(CSR、CR、M10、M40)、噴吹煤成分等參數。加強刷分，減少粉末入爐。

3、使用合理的布料制度

合理的布料制度應以穩定邊緣、打開中心」以搭建「平台+漏斗式」裝料制度為目標。結合爐頂成像儀與料罐重量,保證各圈都有料。使得多環布米料各環帶上「均勻布料」的優點,料面的漏斗變淺變小,料面趨於「平坦」,煤氣流更趨於合理穩定,煤氣利用率得以提高。

4、使用大批重

批重對爐料在爐喉的分布影響很大。批重太小布料不均,將使邊緣和中心無礦石。批重增大,相對加重中心而疏鬆邊緣,料層加厚

在爐內停留時間長，煤氣得到更好利用。但是增大礦批，既要兼顧中心，又要疏鬆邊緣，改善煤氣利用，礦批增大同時，焦炭也要同時增加，隨著焦批的增加，焦窗增加，軟熔帶透氣性增強，改善了料柱透氣性。

5、採用合理的中心加焦比例

中心加焦是在高爐中心部位另外填加焦炭來改善爐缸焦炭床充填結構,從而確保倒v型軟熔帶的穩定存在,以及提高爐缸透氣性和透液性。它不僅能夠活躍中心,而且能促進順行。但過多的中心加焦使得中心過大,煤氣由中心過多吹出爐外得不到利用。面在目前的原燃料條件下,過低的中心加焦比例又不利於爐況的順行。

6、高頂壓操作

提高頂壓力後,使煤氣在高爐中停留的時延長,提高煤氣利用,降低入爐燃料比。另外,提高爐頂壓力還有利於穩定煤氣流,促進高爐穩定順行。根據經驗,爐頂力每提高01%,降低燃料比05%。但爐頂壓力絕非越高越好,除了設備因素外,過高的爐頂壓力將造成風壓的上升,最終造成風速、動能的下降,影響爐缸的工作。

7、保持合理的送風比

合理的送風比可以維持良好的操作爐型,形成穩定的煤氣流。

8、強化目常操作

實施精細管理,保證爐況穩定,確保順行，高爐順行是取得一切良好指標的前提。爐內製定每周操作方針,操作三班統一,爐外零間隔出鐵,根據情況合理使用合適鑽頭開鐵口,合理控制打泥量,保證鐵口深度在規定的深度,開鐵口時間要嚴格按照規定執行,及時排出渣鐵,保證爐況順行。

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