北營3200m3高爐布料矩陣優化調整實踐

鄒德勝 王光亮 寇明銀

北營3200m3高爐有效容積為3200m3，由中治京誠設計，采用串罐無料鐘爐頂裝料設備，減少布料偏析。自2012年11月開爐至2019年8月期間，其采用的主要布料矩陣模式為“中心加焦”→“平臺+漏斗”→“中心加焦”。其“中心加焦”模式在矩陣調整時，遵循“發展中心，抑制邊緣”的氣流分布模式，爐況順行，但煤氣利用率低，消耗過高。尤其是第二階段的中心加焦模式，強烈發展中心氣流，使得消耗高，爐腹煤氣量大，稍增加風量，就升高壓差，只能被迫提高富氧率來提高產量，導致風速及鼓風動能始終偏低，爐缸活躍性差，抗外界波動能力差。2019年9月，重新調整思路，以“穩定中心，適當邊緣”進行氣流調整，并通過CCK技術改善爐缸工作狀態，同時對布料程序進行調整：布礦時，在布礦至最小擋位第二圈礦時全開節流閥，再布最后一圈礦；在布焦時，布焦至次中心擋位時關閉節流閥，溜槽傾動至中心時，布中心焦。實現了中心焦、礦精準布料，避免了無礦區混入礦石，中心環帶上減少布焦炭，穩定了中心氣流，實現了“穩定中心，適當邊緣”的雙開型氣流分布模式，使爐況改善，風量增加，產能提升。由于減少了中心焦量，也提高了煤氣利用率，降低了燃料消耗。

1.布料矩陣的調整

布料矩陣是高爐上部調劑的重中之重?？茖W合理的布料矩陣是根據高爐自身特點，長期探索、優化的結果。高爐要長期穩定生產，必須要有合理的布料矩陣。其根本就是要根據原燃料質量、氣流分布、礦石批重和組成等條件的不同，形成合理的焦炭、礦石平臺和中心漏斗，即形成合理的料面形狀和合理的礦焦比分布。對高爐操作而言，依據具體條件的不同，形成穩定的平臺和漏斗的料面形狀才是追求的目標。這種料面結構的優點是具有形狀穩定、礦焦比分布易控制、能夠抑制爐料大小顆粒偏析等。

生產中控制合理的平臺位置、平臺寬度和漏斗深度是關鍵環節。平臺整體靠中心或平臺過寬、漏斗過淺，都易使中心過重，邊緣氣流不易控制；平臺整體靠邊緣或平臺過窄、漏斗過深，則料面形狀不穩定，不利于煤氣流的穩定。布料矩陣的探索是將風量作為貫穿始終的生命線，一切緊緊圍繞合理的料面形狀和礦焦比分布的問題，以打開中心氣流，獲得合理、穩定的邊緣氣流為指導思想，要根據具體生產條件的不同，對布料矩陣進行有計劃、有步驟的調整。

1.1 第一階段的調整：矩陣的優化

2019年8月，3200m3高爐矩陣調整思路轉變為“穩定中心，適當邊緣”。調整步驟為：通過以風量為基礎，疏導邊緣，合適的邊緣氣流后，逐步增加中心負荷，抑制中心氣流。2020年2月，高爐采用CCK方式布料調整如下：

其礦角差增加至9.5°，中心加焦量占比20%,邊緣適當放開:邊緣溫度由60℃～100℃提高到140℃～180℃，中心溫度由700℃～800℃降低至450℃～550℃。見圖1。但由于開爐后熱風爐系統的原因，采用低風溫（950℃左右）、輕負荷、低風速操作長達近2月，爐缸工作差，強化困難，指標較差。對此，下一步主要工作是恢復爐缸工作。

圖1 3200m3高爐調整前后十字測溫變化趨勢圖

1.2 第二階段的調整：恢復爐缸工作

兩座3200m3高爐配吃6m及4.3m焦爐的焦炭，在同樣配煤比情況下，熱強度相差3%左右。6m焦爐的焦炭用量只有30%左右，為充分利用資源，在不增加配煤成本的情況下，將質量較好的6m焦爐的焦炭布在高爐中心，置換了爐芯部位的死焦堆，同時下部大幅縮小風口面積至0.3555m2，在風量不變的情況下，風速及鼓風動能大幅提高，改善了爐缸工作。

1.3 第三階段的調整：穩定中心氣流

2020年5月后，爐缸工作明顯改善，入爐風量增加，指標提升，邊緣及中心兩道氣流逐步形成。5月份，為進一步增加風量，風口面積回調至0.3812m2，風量達到5500m3/min～5600m3/min,標準風速240m/s。但是在增加風量及增加負荷的過程中，存在中心無礦區混入礦石及中心焦不能進一步減少的問題，出現中心氣流不暢現象。其主要原因是：礦批增大后，在礦石布料過程中，由于稱量料罐的稱量補償問題，有1.5噸～2噸的礦石隨溜槽下傾灑落中心；同樣在布焦炭時，次中心角度（擋位）的焦炭在向中心角度布料的過程中，有10%～ 15%的焦炭灑落在次中心角度（擋位）與中心焦角度（擋位）的環帶上。由于不能控制灑落量，尤其在原燃料粒度波動時，這種不穩定愈加明顯，造成高爐中心氣流發生明顯的無規律波動，影響了高爐氣流的穩定性，最終使高爐爐況的穩定性受到影響。

第一步，數據采集及分析，對在布焦時，在布完次中心焦后到中心焦時，不關閉節流閥及關閉節流閥，數據見表1。在計劃檢修時打開爐頂大門，觀察布礦布完最小擋位礦時，灑落礦量大約1.5噸～2噸。

表1 3200m3高爐環帶焦量與中心焦量 噸

第二步，矩陣采用第一階段時的矩陣，布礦時布完32.5°擋位一圈礦石后全開節流閥，布最后一圈礦，保證礦全部布在最后一圈。布焦時布完29.5°后關閉節流閥，下傾至12°時打開節流閥布料，并且在調整中心焦時，為避免中心焦量變化太大造成爐況波動，中心焦量由3圈下調至2.5圈，最終其矩陣為：

經過調整后避免了中心氣流周期性波動，風壓平穩，礦批增加至102噸/批的水平，負荷達到5.512。

2.參數對比

2.1 調整前后十字測溫對比

經過調整后，邊緣溫度由60℃～100℃提高到140℃～160℃，中心溫度由700℃～800℃降低至400℃～500℃。其第一種（2013年）、第二種（2016年）及調整后（2020年）中心加焦模式十字測溫溫度分布變化見圖2。

圖2 北營3200m3高爐十字測溫溫度分布 ℃

2.2 風口面積及長度的調整

經過生產實踐，證明生產中等效爐腹角在74°就能有效克服邊緣氣流過大的缺陷。延長風口長度可以克服設計爐腹角缺失，達到有利于煤氣流動初始分布。北營大高爐的爐腹角為78.5°,其自身爐腹角設計角度較大，需要加長風口長度控制邊緣煤氣流。經過調整，風口長度由580mm逐步調整為640mm。另外，在加長風口長度抑制邊緣氣流過大的同時，均勻風口布局及縮小風口直徑，也能夠促使初始氣流的分布合理。最終采用直徑為Ф120mm和Ф125mm的風口，風口面積由0.4122m2縮小到0.3812m2。經過調整后，一次氣流分布合理，爐腹、爐腰壁體溫度穩定。見圖3。

圖3 北營3200m3高爐風口面積變化 m2

2.3 操作參數的變化

“發展中心氣流，抑制邊緣”的模式，是煤氣通路以中心氣流為主。“穩定中心，適當邊緣”的模式，是形成邊緣與中心兩條通路，使高爐接受風量能力大大增強。其重要操作參數變化見表2。

表2 北營3200m3高爐重要操作參數

2.4 指標提高

經過調整，高爐產量及指標與基礎期相比，產量提高565t/d，焦比降低45kg/t,燃料比降低34.7kg/t。其他各階段指標見表3。

表3 北營3200m3高爐經濟指標

3.總結

（1）將“發展中心氣流，抑制邊緣”調整為“穩定中心，適當邊緣”的模式，形成邊緣與中心兩條通路，大大增強了高爐接受風量的能力。

（2）“穩定中心，適當邊緣”的氣流分布模式，在兩條通路上將小顆粒爐料吹向中心環帶上，對原燃料的適應能力更強。

（3）矩陣的調整要以風量為基礎，在不同的鼓風動能下，注意二次氣流的不一致分布。

（4）通過布料程序的調整，實現精準布料。無礦區內沒有其他礦混入，中間環帶內減少了焦量，提高了煤氣利用，降低了燃耗。

（5）爐缸工作差時采用CCK技術，在不增加煉焦成本的前提下，將優質焦炭布置在高爐中心部位，快速置換死焦堆，改善爐缸工作。但此布料方法的缺點是，上料能力不足，僅能滿足低強度生產；在高強度下，上料能力明顯不足。