陈生利¹ 余骏¹ 谢紫峰² 秦跃林²

（1.广东韶关钢铁公司；2.重庆科技学院）

摘要：针对高炉煤气利用率偏低且波动较大的生产现实，开展了煤气初始分布、煤气二次分布、煤气三次分布的系统性研究，重新建立了各类工艺参数的控制标准，并且采用加废钢调节煤气流技术。项目实施后，入炉生矿比例提高到25%以上，月滑料频次减少70%以上，煤气利用率提高到47%以上，实现了高炉煤气分布长期稳定合理，各项经济技术指标到达国内同类型高炉中的最高水平。

关键词：高炉；鼓风；煤气流分布；布料

1 概述

从2017年的生产指标来看，高炉大富氧后，高炉煤气流分布还未达到最佳状态，高炉煤气利用率平均只有46.34%，煤气利用率偏低且波动区间大，影响高炉燃料消耗，制约炼铁生产成本。

从2017年的生产统计可以得到，因炉内煤气流稳定性不足，炉内滑料现象多，平均每月炉内滑料30次，每次滑料增加焦炭消耗1吨，造成每年的直接经济损失36万元。

本项目在生产实践中对高炉布料制度与送风制度进行研究，以高炉鼓风动能、风速、边缘指数、中心指数为基础参数建立高炉炉况顺行标准，提高高炉煤气利用率，达到降低高炉燃料消耗的目的。

期项目完成后，高炉送风制度，布料制度更加合理，炉内煤气流稳定性提高，高炉抗波动能力增强，高炉煤气利用率提高至47%以上。

2 研究思路

（1）阶段性目标完成情况跟踪

第一阶段：高炉上部布料制度对煤气流分布的影响研究。通过研究得出了最佳布料制定，包括矿焦角度、角差、布料档位等。此阶段按计划完成。

第二阶段：高炉下部送风制度对煤气流分布的影响研究。通过研究，得出最合理的风口布局分布模型。此阶段按计划完成。

第三阶段：合理高炉边缘、中心指数，合理鼓风动能、风速的确定。相关工艺参数标准通过研究已经确定且操作上均按标准执行。此阶段按计划完成。

第四阶段：优化高炉炉内煤气流分布，实现高炉煤气利用率提高。本阶段开展的项目，对炉内料面形状的检验未完成，因项目开展过程中发明的测料面装置在2019年4月份才到现场，对料面参数的测量验证工作推迟至6月份才完成。

（2）项目开展的主要步骤

利用2018年的6次休风机会，对送风制度，包括：风口布置、风口面积、风口角度、风口长度进行探索调节,结合生产实际跟踪分析风口布置对高炉圆周煤气分布的影响规律；分析送风面积对风速、鼓风动能的影响关系；分析风口回旋区的形成机理；分析风口长度对中心气流与边缘气流的影响关系。通过对上部布料制度制定，包括：布料角度、布料环数，布料时间等，分析出高炉煤气第三次分布机理。分析高炉炉身静压变化特点；分析炉腰、炉腹各层冷却壁水温差及热负荷变化规律，分析炉腹煤气指数变化特点，得出高炉软熔带形成机理与位置变化规律，得出高炉煤气流第二次分布形成原理，最终制定出高炉煤气流分布重要措施。

（二）需解决的问题（要求与项目立项申请表一致）

通过现场实践研究，选择最佳及最有利于高炉稳定的送风制度与布料制度，降低高炉压差，减少炉况波动次数，减少高炉崩滑料次数，提高煤气利用率，实现降低高炉冶炼成本。

（三）采用的方法、技术路线以及工艺流程（此部分内容是报告的核心部分，也是项目最有理论和实际价值及供企业内成果共享、后续研究的基础，要求实事求是地认真撰写，并体现研究的实质及核心成果，如：实验室试验和工业试验、工业性试制、用户技术服务和用户使用跟踪情况、分析和结论、模型开发的源程序及代码等。要求要有理论分析做支持，有具体内容和必要的实验数据，）

3 研究与分析

3.1  采用的工艺技术路线及流程

3.2  主要研究的内容

（1）高炉炉内初始煤气分布的研究

u 高炉内型结构参数

6号高炉内型尺寸设计特点是针对有效容积1050m³高炉采用了薄炉衬设计，炉缸安全容铁系数为0.6，炉缸容积系数为0.6，炉缸的安全容铁量为262.1吨。

u 高炉风口布局

2016～2017年，韶钢1050m³高炉逐步实施了提产能攻关活动，日产量由最初的2800吨，逐步提升到2017年度的3000吨。此阶段高炉20个风口全部送风，入炉全风量2300m³/min，富氧2000m³/h，进风面积0.2144㎡，标准风速170米/s，实际风速220米/s，鼓风动能65kg∙m²/S²。高炉整体走料顺畅但滑料现象频繁，平均每天出现1次以上。

2018年初，在1050m³高炉开展强化冶炼攻关，项目组成员考察了国内同类型先进高炉风口布局情况，认为韶钢1050m³高炉进风面积偏大，随后逐步开始调整进风面积。

2018年3月22日，利用休风会，将风口布局进行调整，进风面积由0.2144㎡缩小至0.2013㎡。经过一段时间的应用，高炉风速与鼓风动能均得到提高。确立了高炉送风制度标准：进风面积：0.2107平方米；标准风速：＞180（m/s)；风口角度：斜5°；风口长度：500mm；鼓风动能：＞70kg∙m²/S²；中心温度：400～600℃；透气性指数：95～105；标准风量：2300～2350m³/min。

送风制度确定后，高炉炉内工艺参数更加合理，鼓风动能逐步得到提高，为打通中心气流创造了条件。

（2）高炉第二次煤气分布研究

u 炉体热负荷分布及变化规律研究

对2016年至2018年高温区热负荷进行跟踪研究，通过调整初始煤气分布，中心气流打通后，边缘气流稳定性增强。从2018年4月份开始，高温区热负荷逐步稳定。

u 软熔带煤气分布特点研究

块状带：在高炉的上部，保持固体层状逐渐下降，层状逐渐趋于平坦，厚度变薄。主要特征：焦与炭呈交替分布层状，皆为固体状态。主要反应：矿石的间接还原、碳酸盐分解^[1]～[5]。

图1  图示软熔带煤气分布

软熔带：炉料在下降过程中温度达到900。C以上并在重力作用下开始软化并逐步呈熔融状态，这个过程形成了软熔区，两个软熔层之间是焦炭层，多个软熔层和焦炭层构成软熔带。主要特征：矿石呈软熔状，对煤气阻力大。主要反应：矿石的直接还原、渗碳和焦炭的气化反应。

u 软熔带煤气分布影响因素研究

通过热态模型试验发现（杨永宜），当装料制度和风口面积不变时，随着风量的增加，软熔带从V型或M型向W型和倒V型转变，当风量增加到一定水平后，均出现倒V型软熔带，且整体升高，中心顶部层数增加。

当风量和装料制度不变时，随着风口直径的缩小，即风速的增大，软熔带从V型向W型和倒V型转变。

当风量和装料制度不变时，随着风口直径的缩小，即风速的增大，软熔带从V型向W型和倒V型转变。

当风量较大，软熔带为倒V型时，改变风口直径不影响软熔带的形状，只影响软熔带根部的位置和软熔带整体高度。

（3）高炉第三次煤气分布研究

u 高炉布料模型设计

借鉴国内成熟的布料方程理论，根据韶钢高炉的特点，自行设计了高炉布料模型以及布料方程式。

韶钢1050m³高炉布料参数计算：

表1 高炉布料参数及计算

高炉布料参数计算结果：

表2 各角度对应档位前面积统计表

计算结果：

l 炉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 槽有效长度La

La=l0- e*tanβ=1.4994

l 炉料离开溜槽末端后，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 堆尖距高炉中心线的水平距离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 合理料制调整研究

从2017年的基本料制优化为2018年标准料制。结论：矿石最大角度控制由41.5°调整到40°，焦炭最大角度控制在42°调整到39.5°，确定较适宜角差是0.5°较适宜。矿批34吨做微调，按重量布料法布料，制定料流阀开度52/54区间微调整策略。

u 料面形状优化研究

通过不断优化布料制度与送风制度，同时借鉴高炉造渣制度先进经验，料面形状发展为平台加中心漏斗型。建议：如6号高炉进一步强化冶炼，料柱模型将由倒V型逐步发展为倒U型，因此不易长期超过2400m³/min的风量。

图2  休风拍摄料面形状图（22/3/2018）

图3  休风料面平台加中心漏斗型形状（7/8/2018）

通过不断优化布料制度与送风制度，同时借鉴高炉造渣制度先进经验，料面形状发展为平台加中心漏斗型。建议：如6号高炉进一步强化冶炼，料柱模型将由倒V型逐步发展为倒U型，因此不易长期超过2400m³/min的风量。

（4）各类工艺参数标准建立

通过项目开展，建立了1050m³高炉工艺参数控制标准模型，此系统理论原理及实现的功能，目前已经对接到智慧中心操作系统。

（5）加废钢冶炼过程煤气流调节

在韶钢1050m³高炉加废钢冶炼，随着高炉废钢加入量的提高，高炉铁水产量得到大幅度提搞，同时高炉煤气流分布和高炉燃料消耗发生较大变化，项目组针对煤气流发生的变化情况，对布料参数做了相应的调整。

加废钢前高炉风量维持在2300-2400m³/min，风压在290-310Kpa。高炉加废钢后，风量维持在2200-2400m³/min，风压在280-305Kpa，风压小幅度下降，风量、风压整体波动加大。主要是加废钢后高炉产量提升，炉前是间隔出铁，出铁前高炉炉内渣铁较多，风压上升所致。

加废钢后，前期高炉将废钢装在每批料的第一车，高炉布料时相应将废钢布在料面的边沿。经过两周的观察研究，项目组成员讨论确定，将布料角度整体缩小。

高炉布料料制调整后，中、后期废钢装在第2、3车，相应废钢往料面的中心布，边沿温度呈明显下降趋势。

4 应用与结论

(1)将研究结论应用于高炉生产，煤气利用率提高到47%以上，2018年对比2017年提高0.52%、2019年1-6月对比2018年提高0.41%，高炉经济技术指标得到改善。

(2)高炉滑料频次大幅度降低，由项目开展前的30次/月降低至8次/月。

(3)通过本项目的开展，韶钢1050m³高炉煤气流更加稳定，为提高入炉生矿比创造了条件，从2018年开始，高炉入炉生矿比例逐步提升，至2019年6月，入炉生矿比例提高至25%以上，最高达30%，在国内同类型高炉中处于最高水平。

参考文献

[1] 杨永宜. 高炉内煤气分布和炉料运动研究的新进展[J]. 炼铁，1983（1）：9-16

[2] 赵华涛，杜屏等. 沙钢5800m3高炉合理煤气流分布的探索[J]. 炼铁，2016，36（05）：31-34

[3] 鲁 俭，李宏伟等. 首钢京唐1#高炉合理煤气分布控制措施[J]. 河北冶金，2018，（01）：45-50

[4] 项钟庸，王筱留等．高炉设计-炼铁工艺设计理论与实践[M]．北京: 冶金工业出版社

[5] 刘云彩．高炉布料规律[M]．第四版．北京: 冶金工业出版社