高爐穩定邊緣氣流研究與優化

李華鵬

（河北普陽鋼鐵有限公司，河北056305）

0 引言

高爐邊緣氣流分布在生產過程中起著關鍵的性作用，好的氣流分布不僅可以保證爐況穩定順行，延長高爐爐體壽命，而且可以增加爐內間接還原效率，提高煤氣利用率，降低焦比，達到節能降耗、優質高產的效果[1]。普陽鋼鐵公司1～3號高爐為2019年新建的高爐，開爐以來均表現出邊緣局部加重、結厚，爐況整體穩定性較差，嚴重影響到高爐技術經濟指標。從2019年下半年開始鋼鐵行情持續低迷，加之2020年初的新型冠狀病毒疫情的影響，鋼鐵下游產業都受到很大的影響，在這種背景下維持爐況的長期穩定順行、降低生產成本，成為了鋼鐵企業的當務之急，而穩定的邊緣氣流是爐況長期穩定順行的必要條件。

為適應鋼鐵行業形勢和環保限產的要求，普陽鋼鐵公司開展了高爐穩定邊緣氣流的研究與優化。本文介紹了穩定邊緣氣流的技術路線，提出了工藝和設備優化改進內容，通過爐頂設備技改、風口布局調整、優化爐內操作、合理布料結構的高爐上下部調整等改進措施的實施，穩定了高爐邊緣煤氣流分布，實現了高爐穩定順行。

1 影響因素分析和主要改進內容研究

高爐邊緣氣流穩定的表現主要包括：東南、東北、西南、西北四點頂溫曲線偏差小；爐內成像邊緣氣流均勻，沒有局部過寬的地方，沒有局部吹料；高爐壓差穩定波動小，不容易發生邊緣過重和邊緣結厚[2]。為了提高邊緣氣流穩定性，普陽鋼鐵公司高爐技術人員經過充分的研討及論證，開展了穩定高爐邊緣氣流相關冶煉技術的探索，并為此做了一系列的實驗研究。

1.1 邊緣氣流影響因素分析

為了提高爐邊緣氣流穩定性，對影響高爐邊緣氣流穩定的因素進行了分析梳理，從工藝和設備方面分析出四個影響高爐邊緣氣流穩定的主要環節。具體分析梳理思路如圖1所示。

圖1 影響高爐邊緣氣流穩定因素分析思路

1.2 工藝設備改進內容研究

1.2.1 爐頂設備調整措施

隨著高爐整體工藝裝備水平提高，高爐產量也在不斷提高。這就要求爐頂設備布料精準且不分散，為此公司組織煉鐵廠對原有高爐爐頂設備的使用情況進行了細致的研究，發現了其中的不足，并對現有爐頂設備提出了改進建議。

（1）調整中心喉管直徑。高爐目前設備所允許的礦批為40噸左右，布料圈數為10圈以上，每圈8.3秒，布料速度最大不超過0.48噸/秒。爐頂中心喉管直徑為600 mm，料流相對于喉管直徑非常細小，存在蛇形偏流，影響布料精準性，為此將中心喉管上加一個500 mm的套筒；

（2）調整溜槽摩擦力。原有溜槽為光面溜槽，磨擦系數為0.4，料流從喉管下到溜槽后存在小量的偏斜，因在溜槽上的料流速度較快，偏斜問題也會成倍的放大，因此在溜槽上焊接積窩，增大溜槽摩擦力，減緩料流速度；

（3）調整節流瓜瓣。目前節流瓜瓣開展，偏向節流主軸（小瓜瓣）一側，通過更改控制小瓜瓣的節流臂，使其成為可調節流臂，利用休風機會，將瓜瓣展開中心對準高爐中心。

1.2.2 操作制度調整措施

工藝操作上適當減小風量，增加富氧量，用以發展邊緣氣流，在保持料速不變的前提下，將富氧量由6 000～6 500 m3/h逐步增加到7 000～7 500 m3/h，布料制度上由原來的礦、焦同角調整為焦比礦大1.5～2°。

1.2.3 送風設備調整措施

普陽鋼鐵公司2號高爐送風設施配有20個風口，原風口小套尺寸為480 mm長、Φ115 mm直徑、斜5°。為了穩定發展邊緣氣流，擬將風口小套尺寸調整為10個480 mm長、Φ115 mm直徑、斜5°和10個460 mm長、Φ115 mm直徑、斜5°，單數是長套，雙數是短套。

2 實驗內容

結合普陽鋼鐵公司生產實際并經過充分論證與準備，在公司2號高爐進行了高爐穩定邊緣氣流的系列工業型試驗，2019年12月某日為基準期。實驗期對高爐的工藝和設備安裝既定方案進行了調整。

2.1 調整爐頂設備

爐頂設備能否按照工藝要求精準布料，是影響高爐邊緣氣流穩定的一個重要因素。為此煉鐵廠對2號高爐爐頂設備運行使用問題進行了深入的分析和討論，本著經濟高效原則，制定了2號高爐爐頂設備調整、改造內容，并在實驗期對爐頂設備實施了調整、改造，最大化減少設備對高爐順行的影響，且效果顯著。爐頂設備的成功改造成為此次研發項目的一大重要突破，打破了公司對高爐爐頂設備長期以來的盲區。基準期和實驗期爐頂設備對比情況見表1。

表1 基準期和實驗期爐頂設備對比情況

2.2 調整風口布局

由表2小套水溫差數據顯示，基準期小套水溫差整體呈現單數號小套水溫差高于雙數號小套水溫差，直接反應出爐內各風口區活躍度的不同，各風口區域煤粉的燃燒程度的差異性，煤氣流分布的差異性，間接表達出爐內各邊緣下料的不均勻性[3]。因而在實驗期創新性的調整了風口布局，促使邊緣煤氣流的定向穩定性和均勻分布性，風口布局情況見表3。隨著試驗次數的不斷增加，實驗數據對比顯示，各小套水溫差整體趨于相近，與實驗后爐頂溫度差值趨于相近情況基本吻合。

表2 小套水溫差數據 /℃

表3 風口布局調整情況

2.3 調整操作制度

爐內操作上，將高壓富氧量由6 000～6 500 m3/h逐步增加到7 000～7 500 m3/h，適當減少風量，增加富氧量，用以發展邊緣煤氣流，促使邊緣均勻下料，爐墻邊緣粘接物脫落，達到邊緣規整，煤氣流分布均勻，料速均勻適宜的爐況。隨著實驗的不斷進行和改進，四角頂溫差值逐漸縮小并趨于穩定，整體呈相近趨勢。富氧、風量參數創新性調節實驗參數見表4，四角頂溫差值見表5。

表4 富氧、風量創新性調節實驗參數值

表5 四角頂溫差值 /℃

2.4 調整布料制度

通過對表6實驗數據分析，可以看出布料制度選用了由原先的礦、焦最大角度同角，調整為最大焦角比最大礦角大1.5～2°，最外環焦炭布料量適當多于燒結礦，實現適當疏松邊緣，穩定邊緣煤氣流的目的。

表6 焦角與礦角角度實驗數據

3 實驗后經濟技術指標

隨著實驗的不斷進行，邊緣煤氣流趨于穩定分布的同時，高爐的經濟技術指標趨于好轉提升，見表7。高爐產量提升明顯，甚至超過正常水平，礦比趨于穩定，焦比、煤比降低，燃料比由基準期549 kg/t降低至穩定時的513 kg/t，取得了較高的經濟效益和實踐效益。

表7 高爐的經濟技術指標趨

4 結語

本文通過對高爐邊緣煤氣流不穩定問題的研究分析，提出了高爐邊緣煤氣流不穩定的影響因素，并對主要改進措施進行了研究和探討。經過系列實驗證明，通過從爐頂設備、爐內操作、風口布局、布料結構等方面的技術革新措施的實施，穩定了高爐邊緣煤氣流分布，實驗取得了良好的效果，達到了預期目的，在保證高爐穩定順行的同時，經濟技術指標也得到了顯著提升。