蕪湖新興鑄管3號(hào)高爐布料矩陣的優(yōu)化與實(shí)踐

陳韶勇+李玨明

【摘 要】針對(duì)原燃料質(zhì)量變化的情況，蕪湖新興鑄管3號(hào)高爐操作者基于“邊緣平臺(tái)，中心漏斗，中心焦堆”理論進(jìn)行了高爐布料模式的探索與優(yōu)化，形成了較理想料面。優(yōu)化實(shí)踐改善了高爐煤氣流的分布，提高了高爐對(duì)原燃料的適應(yīng)性，實(shí)踐取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

【Abstract】In the case of quality change of the original fuel， based on the the theory of “edge platform， center funnel， central focus heap”， operators of No.3 BF in Wuhu Xinxing Ductile Iron Pipe Co. Ltd. explored and optimized the burden distribution mode of BF， and formed the ideal burden distribution surface. The optimized practice has improved the distribution of BF gas flow， improved the adaptability of BF to raw fuel， and obtained better technical and economic indexes in practice.

【關(guān)鍵詞】高爐；布料矩陣；優(yōu)化；煤氣流

【Keywords】BF； burden distribution matrix； optimization； gas flow

【中圖分類號(hào)】TF54 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）10-0193-04

1 引言

布料操作是高爐上部調(diào)節(jié)的重要手段，也是決定高爐長(zhǎng)壽高效低耗的重要因素之一。而布料操作的重點(diǎn)是制定合理的布料矩陣，結(jié)合下部調(diào)劑，通過合理的布料矩陣形成理想的料面形狀，控制煤氣流分布均勻穩(wěn)定，從而保證高爐順行，達(dá)到提高高爐煤氣利用率，降低冶煉燃料比的目的。因此，探究和優(yōu)化合理的布料矩陣對(duì)于高爐操作來說是極為重要的。近年來，隨著高爐無料鐘式布料設(shè)備的普遍使用，高爐冶煉研究學(xué)者與企業(yè)高爐管理操作人員對(duì)無料鐘式爐頂布料進(jìn)行了大量的探索研究及實(shí)踐優(yōu)化[1-4]。首鋼2號(hào)高爐是我國(guó)第一座采用無料鐘爐頂布料設(shè)備的高爐，它的成功投產(chǎn)并取得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益是我國(guó)高爐煉鐵爐頂布料新技術(shù)發(fā)展的開端，為后續(xù)的研究探索提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)[5]；武鋼2號(hào)高爐通過調(diào)整布料矩陣，積極采用多樣布料模式形成理想料面控制煤氣流發(fā)展，提高煤氣利用水平降低消耗[6-7]；濟(jì)鋼1750m3高爐通過建立布料模型，以“平臺(tái)漏斗”理論為依據(jù)，優(yōu)化布料矩陣并在高爐生產(chǎn)中不斷驗(yàn)證，摸索出一系列無料鐘爐頂布料的相關(guān)規(guī)律[8]。

蕪湖新興鑄管3號(hào)高爐公稱容積1280m3，爐頂采用串罐式無料鐘設(shè)備，料罐容積為28m3，爐喉直徑為6.2m，爐喉高度1.8m，高爐設(shè)有22個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口呈180o布置。采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)， 屬于全冷卻壁磚壁合一薄壁內(nèi)襯型高爐。

2 高爐布料矩陣的優(yōu)化

2.1 無料鐘布料料流的測(cè)定

3號(hào)高爐在2013年開爐之際，采用激光網(wǎng)格法測(cè)試了高爐的料流軌跡，并運(yùn)用布料模擬仿真軟件得出不同料線位置下旋轉(zhuǎn)溜槽各擺角的礦焦落點(diǎn)及料流寬度，見表1所示。

由激光網(wǎng)格法及布料模擬仿真軟件測(cè)量計(jì)算出的礦焦在不同料線下各溜槽擺動(dòng)角度的料流落點(diǎn)中心距和料流寬度，為高爐布料矩陣的制定提供依據(jù)，是無料鐘式高爐布料操作的科學(xué)依據(jù)。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，3號(hào)高爐爐喉直徑為6.2m，定義料流邊緣恰好與爐喉鋼磚接觸的角度，此角度作為正常生產(chǎn)可以使用的最大角度，當(dāng)料線為1.5m時(shí)，3號(hào)高爐的最大焦角可達(dá)到34o～35o，最大礦角為33o～34o。

2.2 高爐布料模式優(yōu)化的目標(biāo)

3號(hào)高爐開爐投產(chǎn)根據(jù)測(cè)定的料流分布規(guī)律，采用布料矩陣以料線1600mm進(jìn)行布料。這種開放邊緣中心加焦的布料模式適用于開爐生產(chǎn)實(shí)踐，穩(wěn)定邊緣氣流，發(fā)展中心氣流，有利于新開爐爐況的順行，運(yùn)用該布料模式，3號(hào)高爐順利開爐并順行一段時(shí)期。然而隨著鋼鐵行業(yè)邁入下坡行徑，為控制成本創(chuàng)造效益，高爐越來越趨向于使用質(zhì)量較差的原燃料，這勢(shì)必給高爐的運(yùn)行帶來嚴(yán)重的不利影響。隨著劣質(zhì)原燃料的使用，有害元素在高爐內(nèi)的富集，3號(hào)高爐開始出現(xiàn)頻繁塌料，爐況難行等狀況，最終導(dǎo)致高爐爐缸不活躍，爐內(nèi)氣流紊亂，高爐的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與之前相比發(fā)生巨大變化，見表2所示。

如何讓高爐適應(yīng)原燃料的變化，使高爐提高對(duì)較差原燃料的抵抗力，3號(hào)高爐管理操作者基于“中心加焦”與“邊緣平臺(tái)，中心漏斗”理論，對(duì)高爐無料鐘布料模式進(jìn)行了積極的研究探索并實(shí)踐。采用中心加焦布料逐漸置換高爐中心死料柱，活躍爐缸，提高鼓風(fēng)動(dòng)能吹透中心形成穩(wěn)定的中心煤氣流。運(yùn)用“邊緣平臺(tái)，中心漏斗”理論控制合理的焦炭平臺(tái)，使礦石向邊緣分布，減少中心礦石量，形成較理想的平臺(tái)漏斗型料面。

2.3 形成平臺(tái)漏斗型料面優(yōu)化煤氣流分布

采用“平臺(tái)漏斗”理論布料模式形成的料面，有利于壓制穩(wěn)定邊緣氣流，發(fā)展中心氣流，提高高爐對(duì)原燃料變化的抵抗力，從而提高高爐的順行度和煤氣利用率，達(dá)到順行低耗的目的。就調(diào)整布料模式前后的煤氣流變化進(jìn)行闡述，通過監(jiān)測(cè)爐體溫度的變化，很好地說明了煤氣流的改善。應(yīng)用爐體熱電偶采集第八段鑄鐵冷卻壁溫度，該位置為高爐軟熔帶所在區(qū)域，煤氣流的分布情況直接影響到該段的溫度變化。分布取布料模式調(diào)整前后第八段爐體圓周方向均勻分布的四點(diǎn)日平均溫度，其變化趨勢(shì)如圖1所示。

從圖1中所示的第八段周向爐體溫度的變化趨勢(shì)可知，在2015年2月份，即布料模式調(diào)整前，圖1（a）所示，該段的爐體溫度波動(dòng)大且溫度整體偏高，只有15日至22日相對(duì)穩(wěn)定于適宜溫度，說明邊緣氣流過盛而且不穩(wěn)定，這樣的煤氣流分布勢(shì)必導(dǎo)致中心煤氣流減弱甚至消失，并且極易發(fā)生局部煤氣流管道而導(dǎo)致懸料，不利于高爐的順行的同時(shí)以高燃料比運(yùn)行。經(jīng)過布料模式的調(diào)整后，第八段的爐體溫度得到了明顯的改善，圖1（a）所示，2016年2月份的日平均溫度在270～350℃的適應(yīng)范圍內(nèi)，波動(dòng)的振幅較調(diào)整前小很多，說明調(diào)整布料模式后，邊緣氣流得到了穩(wěn)定，進(jìn)而可以穩(wěn)定發(fā)展中心氣流，兩股煤氣流分布合理。從高爐的整體爐體冷卻軟水水溫差也說明調(diào)整布料模式后，高爐的煤氣流分布得到了極大的改善，在調(diào)整之前軟水水溫差普遍在5～7℃，調(diào)整后水溫差基本在4.0℃左右穩(wěn)定波動(dòng)。endprint

2.4 高爐布料矩陣優(yōu)化后的實(shí)踐效果

基于“邊緣平臺(tái)，中心漏斗”理論而形成“大礦批、大角度”的布料模式在3號(hào)高爐生產(chǎn)實(shí)踐中運(yùn)用后，其煤氣流得到了極大改善，即中心煤氣流強(qiáng)而有勁，邊緣煤氣流穩(wěn)定。高爐的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也得到了提高，見表3所列舉主要指標(biāo)的改善情況。

經(jīng)過調(diào)整布料模式后，3號(hào)高爐的整體順行度有了顯著的提高，爐缸活躍度得到極大改善，風(fēng)量較調(diào)整前提高近100m3/min，保證了高爐運(yùn)行的基礎(chǔ)，富氧率由調(diào)整前的1.36%提高到2.99%，說明爐缸工作狀態(tài)良好，冶煉強(qiáng)度有明顯的提高。隨著爐內(nèi)中心氣流的穩(wěn)固發(fā)展，邊緣氣流趨于穩(wěn)定，高爐的煤氣利用率提高并穩(wěn)定在47%左右，這將進(jìn)一步降低綜合燃料比，實(shí)踐結(jié)果也證明燃料比相比調(diào)整之前降低了10kg/t左右，這將給高爐冶煉生產(chǎn)創(chuàng)造有利的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

①精料是高爐高強(qiáng)度冶煉的基礎(chǔ)，高爐操作者應(yīng)該守住原料質(zhì)量底線，不可過分追求低成本而降低原燃料質(zhì)量，這將給高爐生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的后果；

②蕪湖新興鑄管3號(hào)高爐基于“邊緣平臺(tái)，中心漏斗，中心焦堆”理論調(diào)整布料模式后，爐內(nèi)兩股煤氣流趨于合理的分布，第八段爐體溫度均勻穩(wěn)定在270～350℃的合理范圍內(nèi)，煤氣利用率提高了近1個(gè)百分點(diǎn)；

③“平臺(tái)漏斗，中心焦堆”的布料模式生產(chǎn)實(shí)踐運(yùn)用后，高爐的技術(shù)指標(biāo)得到顯著改善，利用系數(shù)提高到3.05t/（m3·d），富氧率提高了1.63%，燃料比下降10kg，高爐趨于穩(wěn)定低耗高強(qiáng)度運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉逸士. 冶金部召開高爐無料鐘爐頂研討會(huì)[J]. 煉鐵， 1992（1）：41.

【2】林致明， 黃小林. 無料鐘爐頂技術(shù)的發(fā)展[J]. 煉鐵， 1986（5）：47-52.

【3】于要偉， 白晨光， 梁棟，等. 無鐘高爐布料數(shù)學(xué)模型的研究[J]. 鋼鐵， 2008， 43（11）：26-30.

【4】鄭魁. 無料鐘高爐爐頂布料模型研究[D]. 昆明理工大學(xué)， 2013.

【5】陳欣田. 首鋼高爐無料鐘布料的應(yīng)用[J]. 煉鐵， 1986（5）：10-14.

【6】覃管明. 武鋼高爐無料鐘爐頂布料實(shí)踐[J]. 煉鐵， 2001（b09）：84-87.

【7】熊良勇. 無料鐘爐頂布料實(shí)踐及分析[J]. 鋼鐵， 2004， 39（7）：12-15.

【8】李傳輝， 安銘， 高征鎧，等. 高爐無料鐘爐頂布料規(guī)律探索與實(shí)踐[J]. 鋼鐵， 2006， 41（5）：6-10.endprint