风口焦炭取样对高炉操作影响文章081223钢铁研究

1风口焦炭取样研究对高炉操作的指导竺维春，张雪松首钢技术研究院，北京，100043摘要:在首钢4号高炉进行了风口焦炭取样，取样深度超过高炉炉缸半径。根据焦炭取样的研究结果，分析了回旋区焦炭带的长度与实际风速、风口焦炭粒度及焦炭质量的关系；探讨了煤比与渣量及回旋区焦炭带的长度的关系；探索了高炉透气性指数与实际风速、煤比、风口焦炭粒度及高炉布料制度之间的关系。并通过炉缸径向煤气压差分析对高炉焦炭负荷、上下部制度的合理调整提出了建议，相关建议得到实施，技术经济指标进步明显。关键词:风口，焦炭，压差，高炉，操作ResearchontuyerecokesamplingtoguideoperationofblastfurnaceZHUWei-chun，ZHANGXue-songShougangresearchinstituteoftechnology，Beijing，100043Abstract:ThetuyerecokeofShougangNO.4BFissampledandthelengthofsamplingislongerthanhearthradius.Therelationofcokebandlengthofracewayandactualwindspeed,tuyerecokegranularityandcokequalityisanalyzed,therelationofcoalratioandslagvalue,cokebandlengthofracewayisdiscussedandtherelationofactualwindspeed,coalrate,tuyerecokegranularityandchargingisresearchedthroughtheresearchresultsofcokesampling.Thesuggestionforcokeloadandupperandlowersystemreasonableadjustmentisgiventhroughanalyzinggasdifferencialpressureofhearthradialdirection.Theprogressoftechnicalandeconomicindexisobviousaftercarryingoutthesuggestion.Keywords:tuyere,coke,differentialpressure,blastfurnace,operation首钢技术研究院利用风口焦炭取样机在北京地区炼铁厂4号高炉进行了风口焦炭取样。取样长度超过高炉炉缸半径（4号高炉炉缸半径为5.4米)，取样管每隔0.5米为一段，共12段，即取样一次12个样品。因此，具备了分析整个炉缸径向风口焦炭粒度分布、炉缸径向煤气压差分布等的条件。在此基础上，通过风口焦炭粒度、风口回旋区焦炭带的长度、炉缸径向煤气压差等研究为高炉焦炭负荷、上下部制度的合理调整提供依据，从而能够很好地指导现场操作以取得较好的技术经济指标。1停风时风口前焦炭分层为了准确研究风口焦炭取样结果，需要了解停风取样前高炉风口前状态，如图1所示，沿风口前分别为回旋区、回旋区焦炭、鸟巢区和死料柱，在回旋区上方是炉腹焦炭。所以停风后炉缸半径上的风口焦炭可以分为炉腹焦炭、回旋区焦炭、鸟巢焦炭、死料柱焦炭。图1高炉风口前焦层示意图Fig.1sketchofcokelayerbeforeBFtuyere竺维春（1966－），男，硕士，教授级高工，13520400136Email：[e-mail],国家科技支撑计划项目资助（2006BAE03A01）2由于停风后回旋区上方的焦炭落入炉缸，故沿风口径向风口焦炭样中粒度明显变小的地方即为风口回旋区焦炭的边缘。由于炉缸中渣铁存在滞留，而焦粉集中的地方渣铁滞留量亦较大，故从风口径向风口焦炭样中焦粉明显增多的地方(或渣铁滞留量较大的地方)亦为回旋区的边缘。综上所述，通过风口焦炭取样分析，可以推算出高炉风口回旋区焦炭带的长度（这里指风口前端至鸟巢区的距离，相比较而言，在炉缸径向，回旋区焦炭带长度内的焦炭粒度相对较大）。2风口焦炭取样分析对高炉操作的指导风口焦炭粒度变化对风口回旋区焦炭带的长度、炉缸径向压差分布有所影响，因此研究炉缸径向风口回旋区焦炭带的长度和炉缸径向煤气压差分布是判断高炉炉缸工作状态很有效的途径，并最终指导高炉操作(焦炭负荷调整、布料制度、送风制度调整)。以下内容即是在首钢4号高炉风口取样的基础上，通过分析风口回旋区焦炭带的长度和炉缸径向煤气压差分布来判断炉缸工作状态，结合高炉技术经济指标对高炉炉况及冶炼制度作出准确的判断，从而指导高炉焦炭负荷及冶炼制度调整。另一方面，也分析了高炉透气性与风口焦炭粒度、煤比、实际风速、矿焦角差之间的关系，以了解高炉透气性与诸因素的关系，有利于高炉操作水平的提高。2.1风口焦炭取样研究对高炉煤比的影响分析首钢4号高炉取样时经济技术指标及分析结果见表1，图2～图4所示。表14号高炉技术经济指标及分析结果Tab.1technicalandeconomicindexandanalysingresultsofNO.4BF阶段取样日期风量Nm3/min风温℃透气性指数Nm3/（min.MPa）实际风速m/s渣量kg/t12004.9.27466510503561123530922004.10.20463610283538923031832005.8.10462810833479723930642005.9.28460510833626024130352006.3.20459810893483324229962006.8.1450410983240323427972007.1.17455310613372623429582007.2.68454211303315324628792007.8.154495114732810246286阶段焦炭灰分%焦炭M40%煤比kg/t风口焦炭粒度mm（0－2.5米）回旋区焦炭带长度，m矿焦角差度112.8380.083.313.311.75-0.8212.9379.877.615.922.25-0.2312.8881.2101.515.982.25-1.9412.7480.797.317.192.25-1.5512.0182.6127.018.762.75-0.5612.3682.7129.014.692.25-2.3712.4282.2113.214.662.25-1.2812.3582.2147.515.922.75-2.3912.3383.4145.018.582.75-0.3注：矿焦角差=布矿角度加权平均值－布焦角度加权平均值30102030405060700.250.751.251.752.252.753.253.754.254.755.255.75距风口前端距离，m渣铁混合物占全部样品的比，％123456789图24号高炉渣铁混合物占全部样品的比例Fig.2theratioofironandslagmixturetoallsamplesofNO.4BF注：位置0.25对应距风口距离0-0.5米，0.75对应距风口距离0.5-1.0米，其它类推。0510152025300.250.751.251.752.252.753.253.754.254.755.255.75距风口前端距离，m平均粒度，mm123456789图34号高炉风口焦炭平均粒度Fig.3tuyerecokeaveragegranularityofNO.4BF0102030405060700.250.751.251.752.252.753.253.754.254.755.255.75距风口前端距离，m小于2.5mm所占比例，％123456789图44号高炉小于2.5mm焦粉所占的比例Fig.4cokepowderoflessthan2.5mmratioofNO.4BF图2～图4分别研究了4号高炉距风口前端不同距离时渣铁混合物占全部样品的比例、风口焦炭平均粒度、小于2.5mm焦粉所占的比例。由图3、图4分析了4号高炉风口回旋区4焦炭带的长度，列于表1。分析煤比与其它因素的关系得公式1，在显著性水平α取0.05的条件下，对于两因素的多元线性回归，相关系数要求为0.977，本公式为0.979，故线性关系显著。分析回旋区焦炭带的长度与其影响因素的关系得公式2，在显著性水平α取0.1的条件下，对于三因素的多元线性回归，相关系数要求为0.900，本公式为0.903，故线性关系较显著。445.1941.42239.105c渣CRQL（1）式中：CR－煤比；渣Q－渣量，kg/t；cL－回旋区焦炭带的长度，m4010.0770.010470.092230.104McbcLVd（2）式中：bV－实际风速，m/s；cd－风口焦炭粒度，mm;M40—焦炭冷态强度，%由公式1可见，4号高炉提高煤比需回旋区焦炭带的长度长一点，渣量低一些。由公式2可见，实际风速、风口焦炭粒度、入炉焦炭M40较高有利于回旋区焦炭带的长度的增加。从活跃炉缸的角度出发，应尽量维持较高的风速。2.2风口焦炭取样研究对高炉透气性的影响分析由表1分析可得公式3，在显著性水平α取0.05的条件下，对于四因素的多元线性回归，相关系数要求为0.878，本公式为0.958，故线性关系显著。7540.589172.41871.511122.764bcPIVdCR（3）式中：PI－透气性指数；矿焦－矿焦角差，°从公式3可以发现：随着煤比的提高、矿焦角差的加大及风速、风口焦炭粒度的降低，高炉透气性降低。另一方面说明有时虽然风口焦炭粒度（0－2.5米）较大，但由于实际风速大、煤比高、矿焦角差大等因素，透气性较低。2.3高炉炉缸径向焦炭带内煤气压差分布研究对高炉操作的指导采用风口焦炭煤气压差测量仪器（见图5）测量炉缸径向不同位置焦炭内的煤气压差。压差测量装置中，空管的直径80mm，高700mm，筛板的孔径为0.5mm。试验中气体压力0.2MPa，流量6m3/h。试验温度为室温，空塔速度为0.34m/s。4号高炉炉缸径向焦炭带内煤气压差分析分析结果见图6所示。炉缸半径方向不同位置焦炭带内煤气压差可用于分析炉缸初始煤气流分布，判断中心气流的强弱，从而利于上部布料制度的改进。而总体压差的比较有利于对焦炭负荷调整的判断。根据分析结果提出对高炉操作的建议及结果如表2所示。图5压差试验装置正面图Fig.5frontviewofdifferentialpressuretestingmachine52005.8.10-4号高炉0.0100.0200.0300.0400.0500.00.250.751.251.752.252.753.253.754.254.755.25距风口前端距离，m压差，mm水柱层流紊流2005.9.28-4号高炉0.0200.0400.0600.0800.00.250.751.251.752.252.753.253.754.254.755.25距风口前端距离，m压差,mm水柱层流紊流2006.3.20-4号高炉0.050.0100.0150.0200.0250.0300.00.250.751.251.752.252.753.253.754.254.755.25距风口前端距离，m压差,mm水柱层流紊流图64高炉炉缸不同位置风口煤气压差分布Fig.6tuyeregasdifferentialpressuredistributionindifferentpositionofhearth表24号高炉技术经济指标、取样分析结果及操作意见对比Tab.2thecontrastoftechnicalandeconomicindex,samplinganalysingresultsandoperationsuggestionofNO.4BF取样日期年.月.日煤比Kg/t焦炭灰分%风口面积m2实际风速m/s