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高压操作(high   top   gas   pressure  operation)
高炉强化冶炼技术措施之一。指炉顶煤气压力在30kPa以上的高炉操作。
发展简史高压操作的思想早在1871年就为法国冶金学家贝塞麦所提出。1915年俄国工程师叶斯曼斯基明确提出，提高炉内煤气压力可加速间接还原，并使高炉截面上的气流分布均匀，有利于冶炼过程。1940年前苏．联柯罗波夫(M．M．KoponoB)在彼德罗夫斯克工厂进行了首次高压操作试验，但未获成功。1938年美国J．厄弗里取得高炉使用高压的专利；1944年在共和钢铁公司克里夫兰的柯里钢厂5号高炉上进行了提高炉顶煤气压力到70kPa的高压操作试验，并在1946年试验取得了很好的效果：产量提高12．3%，焦比降低2．7%，炉尘吹出量大为减少。此后美国其他高炉相继采用高压操作。1950年以后，高压操作技术在世界范围内得到了广泛应用，炉顶压力水平也在逐渐提高。1956年中国在鞍山钢铁公司9号高炉率先采用高压操作，1000m3级以上的高炉均已实现了高压操作，顶压水平多在100～170kPa之间。到1990年中国高压高炉的生铁产量占全国高炉总产量的60%以上。70年代以来，随着高风温和高炉喷吹燃料技术的发展，高炉焦比大幅度降低，引起高炉料柱结构和炉内流体力学方面一系列变化，更加需要实行高压操作来保证高炉强化和炉况顺行。一些巨型高炉，如日本大分厂2号高炉(5070m3)，炉顶压力高达280kPa；扇岛厂1号高炉(4052m3)，顶压高于200kPa，俄国某厂的一高炉(5500m3)顶压220kPa；中国宝山钢铁(集团)公司炼铁厂3号高炉(4360m。)，顶压在220kPa以上(设计水平250kPa)，1989年获得利用系数2．202t／(m3•d)，综合焦比496kg／t(入炉焦比434kg／t)的良好效果。近年世界新设计的4000m3级以上的巨型高炉，顶压一般均按250～300kPa考虑。可以说，高压操作是自高炉使用热风以来的一项重大改革，是大型高炉强化冶炼的必由之路。
操作原理从流体连续性方程G=γw(式中G为气体的质量流量，kg／(m2•s)；)，为气体的密度，kg／m2；w为气流速度，m／s)可知，气体的质量流量不变时，气体密度与其流速成反比。提高炉顶压力后，高炉内各部分的压力或炉内平均压力相应提高，煤气被压缩，体积变小，密度(γ)增加。这时有两种可能供炼铁工作者选择：一种是气体质量流量G不变，则w必然减小，使得与煤气流速w的平方成正比的炉内料柱全压差△声降低(见高炉煤气运动)，促进炉况顺行。顶压水平愈高，对煤气流速和△声降低的作用愈强，愈有利于高炉顺行；另一种是保持炉内煤气的平均流速(面)不变，则G便由于γ的增加而增加。这就是说，往高炉鼓送的风量体积流量保持不变，它的质量流量增加了，即相应单位时间内送入高炉的氧量增加了，高炉冶炼强度就可以提高，在焦比基本不变或略有下降的情况下，产量也提高。这就是高压操作的理论基础。这一原理可用高压操作特性曲线(图1)来描述。从图1可看出在相同冶炼强度(如i1)下，高压比常压具有较低的△p，而且顶压水平愈高，△p愈低( △p3<△p2<△p1)。若在高压下保持与常压相同的△p(如△p1)，则随着顶压水平的提高，冶炼强度将从i1提高到i2和i3。这样，在常压操作时高炉不能接受的风量，高压操作时却能有效地使用；常压时高炉难于达到的冶炼强度，高压时却能顺利实现。

效果及意义高压操作不仅能有效提高冶炼强度，而且能有效降低焦比(燃耗)，但这种效果随顶压升高而递减。在常压改为100kPa高压时，顶压每提高10kPa，高炉可增产约2%～3%，而顶压超过100kPa后，每提高10kPa产量升高降为1.1%±0.2%，相应的焦比(燃耗)降低量为1%～2%和0.5%±0.2%。高压操作的降焦原因主要是改善了炉况顺行和煤气能量利用，发展了炉内间接还原，抑制了直接还原。在冶炼强度不变的情况下，高压操作降低了煤气流速，延长了煤气在炉内与矿石接触的时间，同时Ap的降低减少或消除了管道行程，改善了煤气分布，从而改善了块状带内的间接还原，使煤气能量得到充分利用。如果提高冶炼强度而保持△p不变时，节焦量就小很多。总的来说，在高压操作的高炉上，随顶压提高，炉顶煤气CO2含量和一氧化碳利用率(ηCO)均有所提高。
直接还原反应取决于碳素溶解损失反应CO2+C一2CO的发展。提高顶压，炉内平均压力和各部分压力相应提高，促使该反应平衡向气体体积减小的方向移动，也就是有利于CO2的存在，从而在某种程度上抑制了直接还原反应的发展。同理，高压操作可抑制硅还原反应SiO2+2C—Si+2CO，有利于降低生铁含硅量，使焦比降低。顶压提高，气相中CO分压相应提高，禹而硅在铁水中的平衡浓度与声晶。成反比，故[si]显著降低。另外据现代硅还原迁移的理论(见高炉铁矿石还原)，硅主要是通过风口高温区挥发的Si()气体为中介而还原进入生铁的。高顶压可抑制SiO挥发，从而抑制了硅还原。高压操作改善了煤气分布，降低了煤气流速，炉尘吹出量显著减少，促进炉温稳定，炉况顺行，因而可降低燃耗。同时，由于高压促进了顺行，可使高炉接受更高的风温，喷吹燃料可发挥更大的作用，促使焦比和燃耗比降低。
高压调节装置及工作原理     高压操作是通过安装在高炉煤气系统净煤气管道上的高压调节阀组，改变煤气通道截面，增加煤气通过的阻力，从而提高炉顶煤气压力的。高压调节阀组装置如图2所示。在阀组上有5条相互平行的通道和4个阀门组成。最小的一条通道是ψ200～300mm的常通道，不设阀门，起安全保护作用。即当顶压突然增高(如由炉内爆炸和崩料所引起)，或其他阀门失灵全部关闭时，仍有一个自由的煤气通道，以减小破坏作用。另外各阀门前用水清洗沉积的泥浆亦集中从此通过，排入灰泥捕集器。3条ф750mm的通道各设有一个电控(或液压控制)蝶形调节阀；还有一条的通道设一个自动蝶形调节阀。4个阀门全开时，高炉为常压操作状态。当各阀逐渐关小时，炉顶和炉内煤气压力渐高，高炉即处于高压操作状态。炉顶压力提高的程度由各阀的关闭程度来决定。一般是根据高炉冶炼的需要，选定一个炉顶煤气压力值，使3个ф750mm阀门关闭到某一确定位置，由ф400mm自动调节阀，按照顶压与执行机构(常用油压鼓膜或自动压力调节器)的互感作用，将炉顶压力自动调节并稳定在预定水平。当顶压高于预定值时，此阀自动开大，降低顶压；当顶压低于预定值时，此阀自动关小，使顶压升高。高压阀组除调节顶压的功能外，还具有良好的除尘作用，在顶压高于40kPa的条件下，通过高压阀组后的煤气含尘量可降到10mg／m。以下，除尘效率高达90%以上。
高压高炉设备特点采用高压操作，对高炉结构和附属设备提出了一系列要求。从送风系统到高炉本体和炉顶装料设备以及高压调节阀组前的煤气除尘系统，都要有能承受高压的强度和足够的气密性。顶压水平愈高，要求愈严。高压含尘煤气具有很强的磨蚀力，只要设备稍有漏气就会迅速扩大，影响正常生产。这种破坏作用对炉顶装料设备尤为突出，要求它必须使用优良的材质和具有高密封性。为了保护双钟式炉顶的钟、斗接触面或无钟炉顶料罐密封阀不被含尘的高压、高速煤气流磨蚀，同时为了保证在高压下大、小料钟或料罐上、下密封阀能自由开启，顺利装料，必须采用均压装置，以均衡炉内和装料装置之间以及装料装置与大气之间的压力。均压介质一般采用半净煤气(见高炉煤气)，以防均压阀很快磨损。对无钟炉顶还采用氮气作为二次均压介质。均压装置按功能由充压阀和放气阀组成。充压阀安装在引入均压介质的管道上并与装料装置空间接通，一般处于开启状态，进行充压，以均衡装料装置空间与炉顶压力。放气阀安装在由装料装置空间引出并通向大气的放散管上。当向装料装置内装料时，充压阀暂时关闭，放气阀打开，高压半净煤气放入大气，大小钟之间的压力或无钟装料装置的料罐内压力转为大气压力，保证小料钟或料罐上密封阀顺利开启、装料，装料完毕，放气阀即行关闭，充压阀打开，高压半净煤气充入大小钟之间或料罐，以保护装料装置，并保证大料钟或料罐的下密封阀顺利开启、装料入炉。在先进高炉上，均压放散管上还装有消音器，以消除或减小放气阀打开时的噪声；在一些高炉上还装有煤气回收装置，以回收放出的这部分煤气，减少能量损失，同时可不用消音器，免除其维修带来的麻烦。

炉顶煤气压力回收装置高压操作不可避免地要增加高炉鼓风机的能耗，但同时产生了具有相当大压力能的炉顶高压煤气。过去这种压力能经过调压阀组白白地损失了。现在可在高炉煤气除尘系统文氏管除尘(或干式除尘)后的净煤气管道上，同高压调节阀组并联安装煤气涡轮机，实行炉顶煤气余压发电。一般煤气涡轮机回收的发电量相当于高炉鼓风机电能消耗的30%。这种利用高压炉顶煤气压力发电的煤气涡轮机装置简称为TRT装置(top   recoveryy   turbine的缩写)。
炉顶煤气压力涡轮机回收方式有3种：(1)部分回收方式。使通过涡轮机的最大设计煤气量比高炉实际生产的煤气量(包括波动幅度的低值)少，可保证通过涡轮机的煤气量保持不变。此时炉顶压力仍由高压调节阀组控制。(2)全部回收方式。使通过涡轮机的最大设计煤气量比高炉实际生产的煤气量(包括波动幅度的峰值)大。此时关闭高压调节阀组，代之以煤气涡轮机，炉顶压力由涡轮机的调节阀或静叶自动调节来控制。(3)平均回收方式。使通过涡轮机的最大设计煤气量为高炉实际生产煤气量波动幅度的平均值，炉顶压力由高压调节阀组和涡轮机调速阀联合控制。无论是何种回收方式，当煤气涡轮机发电机组发生故障或需要检查时，高压调节阀组仍按高炉冶炼的需要照常工作。3种回收方式中，平均回收方式涡轮机发电能力较高，设备投资较低，且能保证炉顶煤气压力的稳定。中国宝山钢铁公司1、2号高炉(4063m。)即采用这种方式，其装机容量达17440kw。可根据工艺操作需要，分为常压、高压不发电和高压发电等几种情况来运行。它们的高压调节阀组系由ф900和500ｘ１4个阀组成。其中1个≠9。()阀保持常开度56.1o“量程阀”，起常通道作用。1个ф900阀全关闭(即0o另一个9ф00阀和1个ф500阀起自动调节作用。煤气涡轮机发电机组的出力由煤气流量，煤气入口温度、压力和出口压力来确定。一般随煤气入口温度的升高涡轮机发电出力增加。干式除尘较湿式除尘具有较高的煤气入口温度，故有利于提高煤气涡轮机发电出力。中国梅山冶金公司、首都钢铁公司和武汉钢铁公司等的高炉都已有了TRT装置。