沈洪流， 趙 慶， 張 勇， 惲知軍， 劉 偉， 吳 飛
（蕪湖新興鑄管有限責任公司煉鐵部， 安徽 蕪湖 241000）
摘 要：風機選型可按照設計目標制定的燃料指標計算噸鐵耗風量，然后以設計產量計算入爐風量，但關鍵是爐型參數設計一定要合理，要將如何確保燃料指標作為爐型設計的第一要素。本文通過對比法以煤氣流速比確定爐腹角，以爐身角和爐喉直徑選擇新參數，確定爐腰和爐喉的直徑比值，并在生產中證明設計的合理性。
關鍵詞：風機 爐型 風量 高徑比
目前國內的煉鐵行業正進行結構升級，曾經普遍建造的 600 m3 的高爐已經全面淘汰，而蕪湖新興鑄管有限責任公司的兩座 600 m3 高爐已經拆除，但在 2008 年此類型高爐還比較少見，一般先進點的配備 AV45 型風機，指標與當時 300 m3 高爐比沒有先進性，因此沒有成熟的經驗可借鑒，因而蕪湖新興鑄管在籌備 600 m3 高爐時在風機的選型和爐型的設計上，另辟蹊徑，通過適宜的理論計算，選擇了當時同類型的高爐未配套過的 AV50-13 型軸流風機，并且通過長期的生產實驗證明達到了設計目標，因此，此種進行風機選型和爐型設計的方法對于大家在未來設計高爐時可以借簽。
1 風機選型的計算方法
1.1風機選型設計目標
當時要求高爐設計要按照燃料指標達到行業先進，燃料比按照 510 kg/t，高爐利用系數不低于 4.0 t/（m3·d）。風機選型風量必須與此配套。
1.2 風機風量的計算方法
為了達到先進指標，必須要有足夠的風量匹配，因此以當時的燃料質量，按照噸鐵燃料耗風推算理論噸鐵耗風，也就是按燃料比推導噸鐵耗風量，在按設計日產，計算入爐風量。具體測算過程如下：
1.2.1 燃料成分、配礦結構和設計的燃料指標
當時以自產焦為主，噴煤未配加煙煤，燒結礦和球團礦也已自產為主，生產工況條件較好，所以按照100%的熟料結構-75%的燒結加上 25%的球團，綜合品位達到 58.75%。因此設計按照 350 kg/t 入爐焦比，160 kg/t 煤比作為燃料目標。見表 1 和表 2，從而確定了風口帶入的主要碳量（為計算方便礦石碳量不考慮）。
1.2.2 鼓風濕度
鼓風濕度的取值:因蕪湖地區夏季相對濕度大：平均在 75%~90%（含水約 15~35 g/m3），春秋冬季的季節相對濕度在 65%左右：含水約 10 g/m3 左右，24h 的變化在 5~15 g/m3 。因此為便于計算方便，按照全年鼓風含水約 12.5 g/m3 計算。鼓風濕度為 1.53%。
1.2.3 風口前耗碳氣化量計算
計算方法：帶入的碳量-鐵水滲碳-氫氣還原碳量-直接還原鐵炭耗量-其他碳量。帶入碳量為焦炭和煤粉帶入量；鐵水滲碳按照 5.6%的鐵水含碳乘以帶入碳量；氫氣還原碳量按照煤氣中 CH 4 為 1%乘以帶入碳量所得；直接還原耗碳量按照直接還原度0.5，鐵水鐵元素 94%計算。帶出碳量指除塵灰其他含碳帶出及直接還原其他物質含碳，按照 20 kg/t 統一計算；滲碳和鐵水中的鐵元素是當時通過光譜化驗的數據。
1.2.4 噸鐵耗風量計算
風口前耗碳氣化量/24×22.4/鼓風氧氣帶入量=1 118 m3 。
根據燃料指標計算出噸鐵耗風量為 1 091 m3 ，詳細計算方法，見表 3。
1.2.5 風機選型
計算入爐風量（m3 /min）=日產量×噸鐵耗風量/（1 440 min×90%×95%）。
按照漏風率在 10%（實際進風 90%） 風機效率95%。
計算風機風量=2 237 m3 /min，設計定型風機為2 200 m3 /min。
2 風量與爐型設計的對應關系選擇
選擇風機的風量后，要確保如何達到這個燃料指標是爐型設計時的關鍵。因為風在風口燃燒燃料在爐腹產生煤氣流，而煤氣流的分布和煤氣利用率是決定爐況穩定和燃料指標達到設計指標的基礎。因此在分析研究高爐煤氣流分布時，控制煤氣流的關鍵在于一個要初始煤氣流的穩定分布，保持爐況穩定，另一個就是控制爐喉邊緣和中間部分氣流，決定了煤氣利用利用率，達到設計的燃料指標。
對此在爐型設計上，在采用對比法的同時又通過爐腹煤氣流速比爐腰煤氣流速確定爐腹角，選定爐身角和爐喉直徑來比較爐腰煤氣流速和爐喉煤氣流速的比值，來確定最終尺寸。蕪湖新興鑄管 260 m3高爐和 360 m3 高爐在當時的指標同類型的高爐中處于領先地位，利用系數平均在 4.5 t/m3·d，燃料指標方面 360 m3 高爐一般燃料比在 525 kg/t。因此以360 m3 高爐的爐型參數作為對比的目標，260 m3 高爐的爐型參數作為借簽。因為爐腹是煤氣的產出帶，合適的爐腹角適合煤氣的上升，利于煤氣流的初始分布，因此爐型設計時采用了爐腹和爐腰的煤氣流速的比值作為爐腹角的確定依據。因為 360 m3 高爐和 260 m3 高爐在操作時，爐況穩定，初始氣流分布合理，而兩者的比值在 1.34~1.36 m2 /（m3·min）間，因
此根據設計風量，即入爐風量×1.4 倍計算煤氣量后，進行多個爐腹角計算比對，后選擇了 80.84°作為爐腹角，爐腹和爐腰的煤氣比值在 1.35 m2 /（m3·min）。
爐身角和爐喉直徑決定了關鍵的燃料指標設計的達標，在高爐操作時往往強調壓制邊緣氣流，要保證中心氣流的發展，而隨著煉鐵的技術發展，有人提出必須注意到爐喉邊緣和中心圓環面積的比例與爐喉直徑的關系。例如后期舉例馬鋼 2 500 m 高爐爐喉半徑 4 150 mm，邊緣圓環區徑向距離 400 mm（3 750~4 150 mm），面積比為 18.35%，而同等徑向距離的中心圓環區（0~ 400 mm)面積比只占 0.93%。因此認為對大高爐來說，中心區域所占面積遠小于邊緣區域所占面積，爐喉直徑越大，中心所占面積比例越小，因此，強烈的中心氣流對煤氣利用影響不大。為此在設計爐型時，沒有按照 360 m3 高爐的84.2°的爐身角進行選擇，因為當時 360 m3 高爐和260 m3 高爐從爐頂攝像看，中心氣流過足，反而不利于煤氣的利用，需要降低爐喉煤氣的流速，因此當時將初步設計的 5 000 mm 爐喉直徑擴大到 5 300 mm，將爐身高爐降了降，爐身角卻保持沒有發生大的變化，設計為 84.71°，360m3 高爐的爐身角為 84.2°，260m3高爐爐身角為 84.3°。對比爐腰和爐喉煤氣的比值，設計高爐為 0.55，遠遠高于 360 m3 高爐的 0.47 和260 m3 高爐的 0.45。爐型參數確定后，高徑比為2.77，與 360 m3 高爐的 2.90 的高徑比，爐體稍顯粗壯。詳細參數設計對比見表 4。
3 實際生產驗證
蕪湖新興兩座 600 m3 高爐在生產后選擇了未休風未發生外圍事故影響的七個月數據進行了產量、燃料指標和入爐風量三項設計指標和實際比較：
設計產量方面：七個月平均品位 56.5%，平均產量 2 348 t，按照設計參數 58.75%的品位，以 1%品位影響 2.5%產量測算，計算如下：
2 348×[1+（58.75%-56.5%）/1%×2.5%]=2 480 t
日產 2 480 t 達到了設計系數 4.0 t/ （m3·d）、日產2 464 t 的設計產能。
燃料指標方面：七個月平均燃料比 524 kg/t，入爐焦比 364 kg/t，煤比 160 kg/t，根據設計煤比達到了設計要求，入爐焦比方面按照品位提高 1%，影響入爐焦比 1.5%計算，計算公式如下
364×[1-（58.75%-56.5%）/1%×1.5%]=352 kg
入爐焦比達到 352 kg/t，達到了設計目標 350kg/t 的目標。
入爐風量：七個月平均噸鐵耗風量為 990 m3 。設計為 1 118 m3 ，噸鐵相差 138 m3 ，如果扣除品位影響，實際耗風量更低。反應了煤氣利用更好。
因此產量、燃料指標都達到設計指標，噸鐵耗風量也證明了實際燃料指標較低，詳見表 5。
4 結論
1）高爐風機選型時，可以按照指定燃料指標設計，來確定噸鐵耗風量，從而按照漏風率 10%，風機效率 95%來定型風機型號的風量。但是鼓風濕度一定要考慮進去，否則誤差較大。
2）風機風量選定后，一定要核定煤氣流速比，高徑比在 2.7~2.8 時，爐腰和爐喉直徑比值可按照 0.55最佳，爐腹和爐腰煤氣流速比按照 1.35~1.36。同時爐身角在 84.7°，爐腹，80.84°煤氣利用效果較佳。
3）爐型設計時，一定要做好對比選擇，以廠內原有高爐參數做對比，因原燃料水平基本一致。