陳生利¹ 余駿¹ 謝紫峰² 秦躍林²

（1.廣東韶關鋼鐵公司；2.重慶科技學院）

摘要：針對高爐煤氣利用率偏低且波動較大的生產現實，開展了煤氣初始分布、煤氣二次分布、煤氣三次分布的系統性研究，重新建立了各類工藝參數的控制標準，并且采用加廢鋼調節煤氣流技術。項目實施后，入爐生礦比例提高到25%以上，月滑料頻次減少70%以上，煤氣利用率提高到47%以上，實現了高爐煤氣分布長期穩定合理，各項經濟技術指標到達國內同類型高爐中的最高水平。

關鍵詞：高爐；鼓風；煤氣流分布；布料

1 概述

從2017年的生產指標來看，高爐大富氧后，高爐煤氣流分布還未達到最佳狀態，高爐煤氣利用率平均只有46.34%，煤氣利用率偏低且波動區間大，影響高爐燃料消耗，制約煉鐵生產成本。

從2017年的生產統計可以得到，因爐內煤氣流穩定性不足，爐內滑料現象多，平均每月爐內滑料30次，每次滑料增加焦炭消耗1噸，造成每年的直接經濟損失36萬元。

本項目在生產實踐中對高爐布料制度與送風制度進行研究，以高爐鼓風動能、風速、邊緣指數、中心指數為基礎參數建立高爐爐況順行標準，提高高爐煤氣利用率，達到降低高爐燃料消耗的目的。

期項目完成后，高爐送風制度，布料制度更加合理，爐內煤氣流穩定性提高，高爐抗波動能力增強，高爐煤氣利用率提高至47%以上。

2 研究思路

（1）階段性目標完成情況跟蹤

第一階段：高爐上部布料制度對煤氣流分布的影響研究。通過研究得出了最佳布料制定，包括礦焦角度、角差、布料檔位等。此階段按計劃完成。

第二階段：高爐下部送風制度對煤氣流分布的影響研究。通過研究，得出最合理的風口布局分布模型。此階段按計劃完成。

第三階段：合理高爐邊緣、中心指數，合理鼓風動能、風速的確定。相關工藝參數標準通過研究已經確定且操作上均按標準執行。此階段按計劃完成。

第四階段：優化高爐爐內煤氣流分布，實現高爐煤氣利用率提高。本階段開展的項目，對爐內料面形狀的檢驗未完成，因項目開展過程中發明的測料面裝置在2019年4月份才到現場，對料面參數的測量驗證工作推遲至6月份才完成。

（2）項目開展的主要步驟

利用2018年的6次休風機會，對送風制度，包括：風口布置、風口面積、風口角度、風口長度進行探索調節,結合生產實際跟蹤分析風口布置對高爐圓周煤氣分布的影響規律；分析送風面積對風速、鼓風動能的影響關系；分析風口回旋區的形成機理；分析風口長度對中心氣流與邊緣氣流的影響關系。通過對上部布料制度制定，包括：布料角度、布料環數，布料時間等，分析出高爐煤氣第三次分布機理。分析高爐爐身靜壓變化特點；分析爐腰、爐腹各層冷卻壁水溫差及熱負荷變化規律，分析爐腹煤氣指數變化特點，得出高爐軟熔帶形成機理與位置變化規律，得出高爐煤氣流第二次分布形成原理，最終制定出高爐煤氣流分布重要措施。

（二）需解決的問題（要求與項目立項申請表一致）

通過現場實踐研究，選擇最佳及最有利于高爐穩定的送風制度與布料制度，降低高爐壓差，減少爐況波動次數，減少高爐崩滑料次數，提高煤氣利用率，實現降低高爐冶煉成本。

（三）采用的方法、技術路線以及工藝流程（此部分內容是報告的核心部分，也是項目最有理論和實際價值及供企業內成果共享、后續研究的基礎，要求實事求是地認真撰寫，并體現研究的實質及核心成果，如：實驗室試驗和工業試驗、工業性試制、用戶技術服務和用戶使用跟蹤情況、分析和結論、模型開發的源程序及代碼等。要求要有理論分析做支持，有具體內容和必要的實驗數據，）

3 研究與分析

3.1  采用的工藝技術路線及流程

3.2  主要研究的內容

（1）高爐爐內初始煤氣分布的研究

u 高爐內型結構參數

6號高爐內型尺寸設計特點是針對有效容積1050m³高爐采用了薄爐襯設計，爐缸安全容鐵系數為0.6，爐缸容積系數為0.6，爐缸的安全容鐵量為262.1噸。

u 高爐風口布局

2016～2017年，韶鋼1050m³高爐逐步實施了提產能攻關活動，日產量由最初的2800噸，逐步提升到2017年度的3000噸。此階段高爐20個風口全部送風，入爐全風量2300m³/min，富氧2000m³/h，進風面積0.2144㎡，標準風速170米/s，實際風速220米/s，鼓風動能65kg?m²/S²。高爐整體走料順暢但滑料現象頻繁，平均每天出現1次以上。

2018年初，在1050m³高爐開展強化冶煉攻關，項目組成員考察了國內同類型先進高爐風口布局情況，認為韶鋼1050m³高爐進風面積偏大，隨后逐步開始調整進風面積。

2018年3月22日，利用休風會，將風口布局進行調整，進風面積由0.2144㎡縮小至0.2013㎡。經過一段時間的應用，高爐風速與鼓風動能均得到提高。確立了高爐送風制度標準：進風面積：0.2107平方米；標準風速：＞180（m/s)；風口角度：斜5°；風口長度：500mm；鼓風動能：＞70kg?m²/S²；中心溫度：400～600℃；透氣性指數：95～105；標準風量：2300～2350m³/min。

送風制度確定后，高爐爐內工藝參數更加合理，鼓風動能逐步得到提高，為打通中心氣流創造了條件。

（2）高爐第二次煤氣分布研究

u 爐體熱負荷分布及變化規律研究

對2016年至2018年高溫區熱負荷進行跟蹤研究，通過調整初始煤氣分布，中心氣流打通后，邊緣氣流穩定性增強。從2018年4月份開始，高溫區熱負荷逐步穩定。

u 軟熔帶煤氣分布特點研究

塊狀帶：在高爐的上部，保持固體層狀逐漸下降，層狀逐漸趨于平坦，厚度變薄。主要特征：焦與炭呈交替分布層狀，皆為固體狀態。主要反應：礦石的間接還原、碳酸鹽分解^[1]～[5]。

圖1  圖示軟熔帶煤氣分布

軟熔帶：爐料在下降過程中溫度達到900。C以上并在重力作用下開始軟化并逐步呈熔融狀態，這個過程形成了軟熔區，兩個軟熔層之間是焦炭層，多個軟熔層和焦炭層構成軟熔帶。主要特征：礦石呈軟熔狀，對煤氣阻力大。主要反應：礦石的直接還原、滲碳和焦炭的氣化反應。

u 軟熔帶煤氣分布影響因素研究

通過熱態模型試驗發現（楊永宜），當裝料制度和風口面積不變時，隨著風量的增加，軟熔帶從V型或M型向W型和倒V型轉變，當風量增加到一定水平后，均出現倒V型軟熔帶，且整體升高，中心頂部層數增加。

當風量和裝料制度不變時，隨著風口直徑的縮小，即風速的增大，軟熔帶從V型向W型和倒V型轉變。

當風量和裝料制度不變時，隨著風口直徑的縮小，即風速的增大，軟熔帶從V型向W型和倒V型轉變。

當風量較大，軟熔帶為倒V型時，改變風口直徑不影響軟熔帶的形狀，只影響軟熔帶根部的位置和軟熔帶整體高度。

（3）高爐第三次煤氣分布研究

u 高爐布料模型設計

借鑒國內成熟的布料方程理論，根據韶鋼高爐的特點，自行設計了高爐布料模型以及布料方程式。

韶鋼1050m³高爐布料參數計算：

表1 高爐布料參數及計算

高爐布料參數計算結果：

表2 各角度對應檔位前面積統計表

計算結果：

l 爐料在溜槽末端的速度C1：

C1²=2g*（l₀-etanβ）(sinβ-μcosβ)+4π²ω²(l₀- etanβ)²cosβ(cosβ+μsinβ)=12.55

C1=3.5426

l 槽有效長度La

La=l0- e*tanβ=1.4994

l 爐料離開溜槽末端后，在xy平面上的x方向的投影Lx

Tan²β+（2*（Q-P）/mC₁²* cos²β[l₀(1- sinβ)- ecosβ+h]）=9.5305

Lx=1.1322

l 堆尖距高爐中心線的水平距離n：

n²=（l₀*cosβ-e*sinβ）²+2*（10* cosβ- e*sinβ）Lx+[1+4π²ω²*（l₀-etanβ）²/C1²]Lx²

=4.7211

n=2.1728

u 合理料制調整研究

從2017年的基本料制優化為2018年標準料制。結論：礦石最大角度控制由41.5°調整到40°，焦炭最大角度控制在42°調整到39.5°，確定較適宜角差是0.5°較適宜。礦批34噸做微調，按重量布料法布料，制定料流閥開度52/54區間微調整策略。

u 料面形狀優化研究

通過不斷優化布料制度與送風制度，同時借鑒高爐造渣制度先進經驗，料面形狀發展為平臺加中心漏斗型。建議：如6號高爐進一步強化冶煉，料柱模型將由倒V型逐步發展為倒U型，因此不易長期超過2400m³/min的風量。

圖2  休風拍攝料面形狀圖（22/3/2018）

圖3  休風料面平臺加中心漏斗型形狀（7/8/2018）

通過不斷優化布料制度與送風制度，同時借鑒高爐造渣制度先進經驗，料面形狀發展為平臺加中心漏斗型。建議：如6號高爐進一步強化冶煉，料柱模型將由倒V型逐步發展為倒U型，因此不易長期超過2400m³/min的風量。

（4）各類工藝參數標準建立

通過項目開展，建立了1050m³高爐工藝參數控制標準模型，此系統理論原理及實現的功能，目前已經對接到智慧中心操作系統。

（5）加廢鋼冶煉過程煤氣流調節

在韶鋼1050m³高爐加廢鋼冶煉，隨著高爐廢鋼加入量的提高，高爐鐵水產量得到大幅度提搞，同時高爐煤氣流分布和高爐燃料消耗發生較大變化，項目組針對煤氣流發生的變化情況，對布料參數做了相應的調整。

加廢鋼前高爐風量維持在2300-2400m³/min，風壓在290-310Kpa。高爐加廢鋼后，風量維持在2200-2400m³/min，風壓在280-305Kpa，風壓小幅度下降，風量、風壓整體波動加大。主要是加廢鋼后高爐產量提升，爐前是間隔出鐵，出鐵前高爐爐內渣鐵較多，風壓上升所致。

加廢鋼后，前期高爐將廢鋼裝在每批料的第一車，高爐布料時相應將廢鋼布在料面的邊沿。經過兩周的觀察研究，項目組成員討論確定，將布料角度整體縮小。

高爐布料料制調整后，中、后期廢鋼裝在第2、3車，相應廢鋼往料面的中心布，邊沿溫度呈明顯下降趨勢。

4 應用與結論

(1)將研究結論應用于高爐生產，煤氣利用率提高到47%以上，2018年對比2017年提高0.52%、2019年1-6月對比2018年提高0.41%，高爐經濟技術指標得到改善。

(2)高爐滑料頻次大幅度降低，由項目開展前的30次/月降低至8次/月。

(3)通過本項目的開展，韶鋼1050m³高爐煤氣流更加穩定，為提高入爐生礦比創造了條件，從2018年開始，高爐入爐生礦比例逐步提升，至2019年6月，入爐生礦比例提高至25%以上，最高達30%，在國內同類型高爐中處于最高水平。

參考文獻

[1] 楊永宜. 高爐內煤氣分布和爐料運動研究的新進展[J]. 煉鐵，1983（1）：9-16

[2] 趙華濤，杜屏等. 沙鋼5800m3高爐合理煤氣流分布的探索[J]. 煉鐵，2016，36（05）：31-34

[3] 魯 儉，李宏偉等. 首鋼京唐1#高爐合理煤氣分布控制措施[J]. 河北冶金，2018，（01）：45-50

[4] 項鐘庸，王筱留等．高爐設計-煉鐵工藝設計理論與實踐[M]．北京: 冶金工業出版社

[5] 劉云彩．高爐布料規律[M]．第四版．北京: 冶金工業出版社