趙國(guó)磊，高成云，孫劉恒
（中冶華天工程技術(shù)有限公司）
摘要：并罐式高爐是當(dāng)前帶用的一種無(wú)鐘高爐，由于其固有結(jié)構(gòu)缺陷，易造成爐內(nèi)爐料分布偏析。在實(shí)標(biāo)生產(chǎn)中，常通過(guò)“倒罐”模式裝料和改變溜槽轉(zhuǎn)向兩種手段來(lái)改善布料偏析狀況。通過(guò)分析可知，“倒罐”模式裝料時(shí)，爐料在料面上的落點(diǎn)半徑E1周分布曲線，以及瞬時(shí)流量圓周分布曲線均關(guān)于高爐中心對(duì)稱，而改變溜槽旋轉(zhuǎn)方向布料時(shí)，落點(diǎn)及流量H）周分布曲線均關(guān)于0°?180°線對(duì)稱，兩者均能夠減小爐內(nèi)整體料柱的BI周偏析程度，改善爐內(nèi)爐料分布狀況。
關(guān)鍵詞：并罐式無(wú)鐘高爐；布料；偏析
0 前言
高爐爐頂裝料系統(tǒng)是整個(gè)高爐系統(tǒng)的重要組成部分之一，當(dāng)前主流的無(wú)鐘高爐爐頂按裝料料罐布置形式主要分為串罐式爐頂和并罐式爐頂兩種，均在鋼鐵企業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。與串罐式無(wú)鐘爐頂系統(tǒng)相比，并罐式無(wú)鐘爐頂采用并列的兩個(gè)稱量料罐交替工作，裝料能力及趕料線能力強(qiáng)，且爐頂系統(tǒng)高度低、重量小、維修方便，主要以大型高爐應(yīng)用居多。但并罐式無(wú)鐘爐頂也有其固有缺陷，由于兩料罐排料出口偏離高爐中心線，爐料在高爐內(nèi)分布會(huì)岀現(xiàn)偏析現(xiàn)象，使得高爐圓周方向上爐料分布不均勻，對(duì)煤氣流分布及生產(chǎn)帶來(lái)明顯不利影響。在日常生產(chǎn)中，如何通過(guò)調(diào)整操作制度盡量減小并罐布料偏析的影響則顯得十分重要。
1 并罐布料偏析機(jī)理
對(duì)于并罐式無(wú)鐘爐頂，兩個(gè)料罐排料口通過(guò)中間漏斗裝置與中心喉管連接，將偏離中心線的料流引入中心喉管內(nèi)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)溜槽將爐料合理布至爐內(nèi)指定位置。通過(guò)分析布料過(guò)程爐料運(yùn)動(dòng)行為，當(dāng)一側(cè)料罐排料時(shí)，爐料沿著中間漏斗側(cè)壁滑向?qū)?cè)的中心喉管側(cè)壁，并沿側(cè)壁下滑落至溜槽內(nèi)，如圖1（a）所示。并罐爐頂這一固有結(jié)構(gòu)正是導(dǎo)致布料圓周偏析產(chǎn)生的根源。
由于爐料偏離髙爐中心線落至溜槽上，即使溜槽以某固定傾角布料時(shí)，爐料在溜槽內(nèi)落點(diǎn)位置也會(huì)隨著溜槽圓周旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，其落點(diǎn)軌跡形狀如圖1（b）所示。溜槽內(nèi)爐料落點(diǎn)位置的變化會(huì)造成溜槽末端出口處爐料位置與速度不同，從而使得在圓周方向不同位置爐料落點(diǎn)半徑不同，且同時(shí)造成不同位置處瞬時(shí)爐料流量不同，最終造成爐內(nèi)爐料礦焦比圓周偏析分布。
某實(shí)際并罐式高爐開(kāi)爐裝料過(guò)程中利用激光網(wǎng)格裝置對(duì)布料過(guò)程及料面分布，如圖2所示。在爐料裝至高爐中上部時(shí)，每批料裝入后對(duì)徑向上料面輪廓形狀測(cè)量，結(jié)果如圖2(b)所示。
從圖2(b)中可看出，實(shí)際料面中心偏離了高爐中心線，高爐料面呈圓周非對(duì)稱分布。
為了降低并罐式爐頂布料偏析對(duì)生產(chǎn)的影響,目前已在并罐式爐頂設(shè)計(jì)改造和生產(chǎn)操作制度調(diào)整等方面做了大量工作，其中生產(chǎn)中通過(guò)“倒罐”模式和變化布料溜槽旋轉(zhuǎn)方向是常用的兩種有效手段。
2 “倒罐”模式影響分析
在高爐生產(chǎn)實(shí)踐中，常用的“倒罐”裝料模式即按“料罐A裝入焦炭、料罐B裝入礦石”方式裝入若干批爐料后轉(zhuǎn)換為按“料罐A裝入礦石、料罐B裝入焦炭”方式裝料，并按此方式交替切換裝料模式,如圖3所示。當(dāng)料罐A排料時(shí)，料流在中心喉管內(nèi)偏向圓周0°方位一側(cè)，而當(dāng)料罐B排料時(shí)，料流在中心喉管內(nèi)偏向180°方位一側(cè)，使得相同情況下?tīng)t料在溜槽內(nèi)落點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。
由于溜槽圓周旋轉(zhuǎn)布料時(shí)不同料罐排料過(guò)程中爐料在溜槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)距離變化不同，使得爐料在料面上落點(diǎn)圓周分布及瞬時(shí)流量圓周分布也不相同?；诓剂蠑?shù)學(xué)模型計(jì)算得到的料罐A和料罐B分別排料時(shí)料面落點(diǎn)圓周分布，如圖4所示。
從圖4(a)中可看出，兩者圓周變化趨勢(shì)相反， 在0°?180。圓周區(qū)間內(nèi)，料罐A所排爐料落點(diǎn)距離高爐中心較近，料罐E所排爐料落點(diǎn)較遠(yuǎn)；在180° ?360°區(qū)間內(nèi)，則相反。圖4(b)則可反映出兩料罐布料時(shí)焦炭落點(diǎn)圓周分布曲線關(guān)于中心對(duì)稱，即任一曲線圍繞中心旋轉(zhuǎn)180°后與另一曲線重合。
料罐A和料罐B分別排料時(shí)料面上焦炭瞬時(shí)流量圓周分布，如圖5所示。與爐料落點(diǎn)圓周分布規(guī)律相似，兩組焦炭瞬時(shí)流量圓周分布曲線也存在180°方位角差，故在圖5(a)中變化趨勢(shì)相反，圖5(b)中兩曲線同樣關(guān)于中心對(duì)稱分布，但“倒罐”布料模式對(duì)爐料在料面上落點(diǎn)和瞬時(shí)流量圓周分布偏析程度大小沒(méi)有影響。通過(guò)“倒罐”模式裝料，可避免高爐圓周上長(zhǎng)期處于特定的偏析爐料分布。
3溜槽旋轉(zhuǎn)方向影響分析
溜槽轉(zhuǎn)向不同時(shí)布料示意圖，如圖6所示。當(dāng)溜槽轉(zhuǎn)向相反時(shí)，爐料在溜槽內(nèi)落點(diǎn)及料流運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)溜槽呈對(duì)稱分布，因此溜槽沿順時(shí)針?lè)较蚝脱啬鏁r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)相同角度時(shí)布料后爐料分布狀況相同，即爐料分布關(guān)于0。?180°線(X軸)對(duì)稱。由于一般串罐式高爐布料時(shí)料面上爐料圓周分布均勻，改變溜槽轉(zhuǎn)向?qū)ζ洳剂线^(guò)程沒(méi)有明顯影響，僅常被用作并罐式高爐布料圓周偏析調(diào)控的主要手段之一。
溜槽分別順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)焦炭在料面上落點(diǎn)圓周分布，如圖7所示。
從圖7中可看出，兩組焦炭落點(diǎn)圓周分布曲線變化趨勢(shì)完全相反，且曲線關(guān)于0°?180°線對(duì)稱分布。溜槽順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，焦炭落點(diǎn)半徑分別在方位角103°和301°達(dá)到最小值和最大值；溜槽逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，則分別在257°和59°方位角達(dá)到最小值和最大值。此外，還可看出溜槽轉(zhuǎn)向僅影響料面上爐料落點(diǎn)半徑變化趨勢(shì)，對(duì)落點(diǎn)圓周偏析程度無(wú)影響，兩者落點(diǎn)半徑最大值專最小值均相同。溜槽轉(zhuǎn)向改變時(shí)焦炭在料面上瞬時(shí)流量圓周分布，如圖8所示。
從圖8可看出，與爐料落點(diǎn)變化規(guī)律相似，溜槽分別順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)焦炭瞬時(shí)流量圓周分布曲線也關(guān)于0°?180°線對(duì)稱分布，兩者圓周流量最大值分別位于343°和17°圓周方位處，流量最小值則分別位于210°和150°方位處。溜槽旋轉(zhuǎn)方向改變對(duì)料面上焦炭瞬時(shí)流量圓周分布偏析程度大小無(wú)影響。
通過(guò)上述分析可知，“倒罐”裝料和改變溜槽轉(zhuǎn)向均能改變爐料落點(diǎn)和瞬時(shí)流量圓周分布，但兩者影響機(jī)理不同，因此在生產(chǎn)中結(jié)合兩種手段可在一定程度上減小并罐式高爐布料過(guò)程爐料圓周偏析程度，改善爐內(nèi)爐料分布狀況。
4 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)生產(chǎn)中常見(jiàn)的并罐式無(wú)鐘布料，本文基于爐頂設(shè)備結(jié)構(gòu)和爐料運(yùn)動(dòng)規(guī)律，剖析了并罐布料偏析機(jī)理，并分析了“倒罐”模式裝料和改變溜槽轉(zhuǎn)向兩種常用控制技術(shù)對(duì)布料偏析影響機(jī)理，得到如下結(jié)論：
1）并罐式高爐布料偏析主要是由于爐料在中心喉管內(nèi)偏行造成的，使得爐料在溜槽內(nèi)落點(diǎn)位置隨著溜槽圓周旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，并最終造成爐內(nèi)圓周方向上爐料落點(diǎn)半徑和瞬時(shí)爐料流量不同。
2） “倒罐”裝料時(shí)，爐料在料面上的落點(diǎn)半徑圓周分布曲線和瞬時(shí)流量圓周分布曲線均各自關(guān)于高爐中心對(duì)稱,但對(duì)圓周偏析程度沒(méi)有影響，可在一定程度上改變爐料圓周分布狀況。
3） 改變溜槽旋轉(zhuǎn)方向布料時(shí)，爐料在料面上的落點(diǎn)半徑和瞬時(shí)流量圓周分布曲線均各自關(guān)于0°?180°線對(duì)稱，因此在生產(chǎn)中可減小爐內(nèi)整體料柱的圓周偏析程度，改善爐內(nèi)爐料分布狀況。