高爐爐腹煤氣量指數與透氣阻力系數的應用分析

馬榮霞，楊成，王 芳

（山東石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城 271612）

試驗研究

高爐爐腹煤氣量指數與透氣阻力系數的應用分析

馬榮霞，楊成，王 芳

（山東石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城 271612）

將爐腹煤氣量指數XBG定義為單位爐缸斷面積上通過的爐腹煤氣量并給出了透氣阻力系數K的計算公式，XBG及K可以用作判斷爐況的標志，衡量高爐強化冶煉的程度。石橫特鋼的生產數據分析表明，1#高爐XBG為68 m3/（min·m2）、K為16.2時，高爐爐況最為穩定；3#高爐XBG為70 m3/（min·m2）、K為在16時，爐況順行最好。可將XBG、K并入高爐曲線，實現在線實時觀察，對高爐爐況順行狀態判斷實現量化。

高爐；爐腹煤氣量指數；透氣阻力系數；爐況判斷

1 定義及計算方法

焦炭、煤粉燃燒后，形成爐腹煤氣，爐腹煤氣的數量與鼓風量、富氧量、濕分、噴吹物的數量、成分等有關。爐腹煤氣在上升過程中穿過料層遇到阻力，其阻力大小除了與爐腹煤氣量有關外，還與煤氣的黏性、密度、爐料的粒徑、形狀、孔隙率等因素有關。由于爐缸靠近爐腹，在生產過程中爐缸斷面積基本不變，故將爐腹煤氣量指數XBG定義為單位爐缸斷面積上通過的爐腹煤氣量[m3/（min·m2）]。

1）爐腹煤氣量：

2）爐腹煤氣量指數：

3）高爐透氣阻力系數：

式中：VB為風量（不包括富氧），Nm3/min；VO2為富氧量，Nm3/min；WB為濕分，g/Nm3；H為煤粉的含氫量，%；PC為噴吹煤粉量，kg/h；d為爐缸直徑，m；VBG為高爐爐腹煤氣量，m3/min；PB為熱風壓力，kPa；PT為爐頂壓力，kPa[1]。

2 XBG與各指標的關系

限制高爐強化的操作因素都與高爐內的煤氣流動有關，也就是高爐內煤氣的通過能力決定了高爐的強化操作。高爐能夠通過的煤氣量取決于爐料的透氣性。高爐料柱的孔隙率越大，能通過的爐腹煤氣量也越大，高爐也更利于提產。對石橫特鋼1#、3#高爐（爐容均為1 080 m3）2014年4—8月份的XBG和有效容積利用系數進行統計對比，見圖1，XBG和燃料比的關系見圖2。

圖1 2014年石橫特鋼高爐XBG與利用系數的關系

圖2 2014年石橫特鋼高爐XBG與燃料比的關系

從圖1可以看出，當3#高爐利用系數較低時，提高爐腹煤氣量指數XBG可以強化高爐的冶煉（圖1b）。XBG達到一定程度后，利用系數有下降或變緩的趨勢。利用系數最高時，XBG在70 m3/（min·m2）左右。1#高爐4月份時XBG最大，但高爐利用系數并不高，后通過降低燃料比，單位生鐵的爐腹煤氣量降低，利用系數稍有升高。5月17日后，隨著高爐大富氧，理論燃燒溫度升高，風口前的熱量也升高，為了保持熱量穩定，高爐爐腹煤氣量略有下降（圖1a）。

從圖2可以看出，燃料比和XBG也有一定對應關系，燃料比最低時并不是XBG最大，XBG有一定界限。經過分析近幾個月的曲線，發現1#高爐XBG穩定在68 m3/（min·m2）左右時，高爐燃料比最低，且爐況最為穩定（圖2a）。3#高爐XBG穩定在70 m3/（min·m2）左右時，爐況順行穩定（圖2b）。

3 高爐透氣阻力系數的應用

根據卡曼方程和公式（3）可以看出，高爐透氣阻力系數K是與爐料透氣性密切相關的指數，涉及到風壓、頂壓、風量、富氧量、噴吹煤粉等參數。對比目前使用的透氣指數K’＝60VB/（PB－PT）來說，高爐透氣阻力系數對指導高爐更全面，更能反映爐內的實際狀況。

對石橫特鋼1#高爐、3#高爐2014年4—8月份透氣阻力系數與利用系數關系的統計分析見圖3。

圖3 2014年高爐透氣阻力系數K與利用系數的關系

從圖3a可以看出，1#高爐2014年4月份K值相對較低，此時燃料比偏高，前期520 kg/t，后透過調整布料矩陣，煤氣利用好轉，高爐K值有所上升，高爐利用系數也隨之升高。說明K值在此區間時，高爐有近一步提產的可能，可采取壓邊等措施來強化冶煉。

從圖3b可以看出，3#高爐4月份高爐K值持續偏高，在17以上，說明料柱透氣性差，在此區間操作，如果強行加風，則高爐發生懸料、崩料的概率會大大增加。此時只能通過減輕焦炭負荷，縮小礦批等措施，改善高爐料柱的透氣性，使高爐爐腹煤氣量增加，燃料比才能逐漸降低，有效容積利用系數逐步提高。

4 高爐XBG與K的應用價值

從高爐下部液泛現象和高爐上部流態化現象分析認為，高爐存在冶煉強度的界限。限制高爐強化的氣體力學因素，歸根結底是高爐內煤氣的通過能力。采用爐腹煤氣量指數XBG，為高爐細化管理創造了條件。當生產需要高爐進一步強化冶煉時，可以檢查XBG的潛力，采取必要的措施使爐腹煤氣量接近最大值。已經接近最大值時，應為高爐創造必要的條件，采取減少噸鐵爐腹煤氣量措施，保持爐況穩定和順行，達到高產。采用最大XBG來衡量高爐強化程度，更科學、更符合高爐冶煉的本質。根據一定的原燃料條件，可以計算出最大XBG值，超過最大XBG值的界限，將導致燃料比的升高和爐況失常。

高爐透氣阻力系數K對高爐順行、高產具有重要指導意義。當K值保持在正常范圍，說明高爐穩定順行；當K值高于正常范圍，說明高爐料柱透氣性變差。若K值不斷升高，則高爐可能發生滑料、崩料、懸料等事故；若K值低于正常范圍，則可能發生吹料、管道等失常爐況。

5 結論及建議

5.1 爐腹煤氣量指數和高爐透氣阻力系數是一個綜合參數，可以作為判斷爐況的標志。通過分析近幾個月的生產數據，發現1#高爐爐腹煤氣量指數XBG在68 m3/（min·m2）、透氣阻力系數K在16.2時，高爐爐況最為穩定；3#高爐XBG在70 m3/（min·m2）、K在16左右時，爐況順行最好。

5.2 高爐爐腹煤氣量指數和透氣阻力系數是近幾年提出的概念，此方面的研究分析不是太多，大部分人對此也比較陌生，因此，還有很多工作要做，其中最重要的是能夠接受新的觀念。

5.3 下一步可將爐腹煤氣量指數與透氣阻力系數并入高爐曲線中，實現在線實時觀察，對高爐爐況順行狀態判斷實現量化。

[1]項鐘庸.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，2007：164-165.

Application Analysis of BF Bosh Gas Index and Permeability Resistance Coefficient

MA Rongxia,YANG Cheng,WANG Fang
（Shandong Shiheng Special Steel Group Co.,Ltd.,Feicheng 271612,China）

XBG(the bosh gas index)is defined as bosh gas volume through the area of hearth,Kis given as the ventilation resistance coefficient and its formula,withXBGandKcan be used as an indication of the furnace condition and measure of strengthening BF smelting. Analysis of Shiheng Special Steel production data showed that the No.1 BF’sXBGis 68 m3/(min·m2)and theKis 16.2,the BF is the most stable;the No.3 BF’sXBGis 70 m3/(min·m2)and theKis 16,the BF is the best regular working.TheKandXBGcan be incorporated into the blast furnace curve,the on-line real time observation can be realized,and the judgment for BF condition is quantized.

blast furnace;bosh gas index;air resistance coefficient;furnace condition judgment

TF538

A

1004-4620（2015）04-0030-02

2015-03-24

馬榮霞，女，1980年生，2001年畢業于山西省冶金工業學校鋼鐵冶煉專業；2011年畢業于內蒙古科技大學冶金工程專業。現為山東石橫特鋼集團有限公司生產技術部工程師，從事煉鐵工藝管理工作。