邯钢5高炉中心加焦技术的应用探讨

2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集1邯钢5号高炉中心加焦技术的应用探讨李志全1魏琼花1郭兰芬1张红闯1王文生2杨春生2（1-邯钢技术中心；2-邯钢炼铁部）摘要：本文通过高炉布料实物模型模拟邯钢5号高炉布料矩阵，研究了中心加焦量的合理选择范围，探讨了中心加焦量、矿批/负荷的进退应如何适应原燃料条件改变以获得更好的操作指标。关键词：邯钢5号高炉中心加焦量原燃料条件1前言高炉中心加焦技术是日本神户钢铁公司开发的一种装料技术。所谓中心加焦技术就是在高炉布料时将部分焦炭布到炉喉中心，从而改善中心区域的透气性、透液性，使得炉缸保持活跃[1]。国内鞍钢、安钢等先后开展了中心加焦技术的应用试验。鞍钢11号高炉（2580m3）中心加焦量达到18-24%时效果较好；安钢7号高炉（380m3）中心加焦α=20°时，中心加焦量占总焦量的15-20%，炉况运行状态最佳。总之，各厂都有自己不同的操作条件，试验摸索了各自不同的中心加焦数据。另外，由于国内大部分厂家的原燃料条件变化较频繁，特别对于经常使用外进焦的厂家，其指标经常不稳定，所以探索适合本厂操作条件下的高炉中心加焦量及如何适时进退中心加焦，选择合理的矿批以适应原燃料条件的改变是值得探索的问题。本文结合邯钢5号高炉的应用实际，利用布料模型探讨了上述问题的量化范围[2]。2中心加焦技术的理论分析和模型试验2.1理论分析理论和生产实践表明：中心加焦技术要求将焦炭加入高炉中心区域，并且中心焦炭上下应连通起来，形成稳定的中心焦柱。目前，大高炉一般都采用无钟布料装置，利用多环布料时溜槽布料角度和布料圈数的改变来改变向中心布入的焦炭量。一般将炉喉等面积圆环中心视为中心加焦区，边缘平台视为边缘环带，漏斗斜坡视为中间环带。研究发现[3]：炉料在布下后，会有大量的滚动，而且矿石和焦炭的滚动应与布料矩阵形成的料面形状有很大关系。所以有的高炉在选择中心加焦时，考虑焦炭的滚动效应而选择大于20°布中心焦。目前，未见有焦炭滚动效应的量化数据，由此可推论，各厂摸索的中心加焦量数据只是一种实践摸索经验值。表1邯钢5号高炉（2000m3）环位、角度对照表环位编号布料角度°料线m12345678910111.220.529.534.037.541.044.047.049.552.054.51.32029.033.537.540.543.546.549.051.554.01.62028.032.536.539.542.545.047.550.052.555.0经验表明：合理布料应按高炉炉喉直径大小，将炉喉按等面积分成5-11等环，固定各区对应的角度，炉料按规定的有限位置布料，可以和不同的高炉实践比较，也可与本炉不同时期，不同布料进行比较。邯钢2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集25号高炉不同料线下的环位、角度对照见表1。依据环位和半径的对应关系，将邯钢5号高炉炉喉半径划分为三个环带：以距中心1.21m为中心区域；以1.21m～2.96m为中间环带；以2.96m～4.0m为边缘区域。相应环位对应为：1#环位对应中心区域；2#～6#环位对应中间环带；7#～9#环位对应边缘区域，实际最大用到9#环位。2.2布料模型试验2.2.1布料模型试验内容及说明模型试验研究内容选择邯钢5号高炉2009.6月上旬和中下旬使用的两个料制进行研究。模型试验的布料模型按邯钢5号高炉无钟炉顶尺寸依相似准则缩小到1/10，模型试验炉料及批重严格按相似理论指导下进行选择和确定，确保模型试验与高炉实际布料有很好的相似性。2.2.2模型试验的设计以下表2、表3、表4列出了模型试验所需的各参数。表2试验料制高炉操作参数料制使用时间料制矿批负荷料线2009.6月上旬α°4744413719K(圈)23320J(圈)32223该料制称为3号料制43.7t4.3071.2m2009.6月中下旬α°4845413719K(圈)33320J(圈)32223该料制称为4号料制44.76t4.311.3m表33#料制各角度的模型布料量（矿批9.16kg/批，料线1.2m）α°4744413719总共圈数O2332010C3222312模型O（kg)1.8322.7482.7481.832模型C（kg)0.53250.3550.3550.3550.5325表44#料制各角度的模型布料量（矿批9.38kg/批，料线1.3m）α°4845413719总共圈数O3332011C3222312模型O（kg)2.55822.55822.55821.7035模型C（kg)0.5450.36330.36330.36330.5452.2.3布料模型试验检测数据图表2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集3012345670510152025303540中心到炉墙距离0点是12cm料线标位3#料制4#料制-0.500.511.522.530510152025303540中心到炉墙的距离0点是13cm料线标位3#料制4#料制图1两种料制的布焦料面形状图图2两种料制矿焦比曲线图表5两种料制布焦料面形状参数对比表6邯钢5号高炉使用3#、4#料制期间对应的高炉操作参数与指标模型试验数据分析：（1）两种料制布焦圈数都是12圈，但布焦角度4#料制比3#料制在边缘区域的两个角位扩大了一度。（2）两种料制的布矿圈数与角度均有调整。（3）从模型试验焦炭料面形状图来看：3#料制形成了焦平台，4#料制焦炭料面形状几乎平行地覆盖在3#料制上，4#料制焦平台在边缘处料面较低（4）从3#、4#料制矿焦比曲线图2分析可知：3#料制O/C曲线也有与4#料制O/C曲线在左半部分非常相似之处，不同之处在于3#料制O/C曲线高于4#料制；在边缘区域，3#料制O/C较低，4#料制保持平坦。这是4#料制煤气利用优于3#料制的原因所在。料制参数3#料制4#料制焦平台宽度（cm）15.516漏斗坡度（°）10.3713.3最高点距炉墙距离（cm）2827.5中心焦量（%）11.279.17时间料制高炉操作指标系数t/m3·d焦比Kg/t煤比Kg/t风量M3/hCO2%十字测温边缘℃十字测温中心℃2009.6上旬3#料制2.54349.7128.43676.3019.0889.40582.102009.6中下旬4#料制2.55361.81134.363717.7919.9985.21543.432011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集4（5）由表5可知，3#、4#料制料面形状参数对比表结合表6分析可知：使用4#料制期间原燃料条件比3#料制期间稍为有所改善；从表5可见:4#料制焦平台略为放宽，漏斗坡度较陡、中心焦量略为减少，这些变化都是为适应原燃料条件稍为好转而调整的。根据邯钢5号高炉的原燃料条件中心加焦量在9～12%较为合理。原燃料好时，中心加焦量可控制在下限，原燃料条件差时，控制在下限。5号高炉在使用4#料制期间高炉利用系数提高，煤气利用指标改善。表7两种料制炉料在各环带之间偏差和滚动情况从表7中可见：（1）4#料制矿石从边缘向中心和中间环带滚动，3#料制矿石从中间环带向中心和边缘滚动，并且3#料制的滚动量大于4#料制，达到28.24%。（2）4#料制的焦炭从中心区域向中间环带发生环位布料偏差，边缘区域焦炭向中间环带滚动，焦炭偏差和滚动量占中间环带应布量61.64%；3#料制焦炭从中心区域向中间环带发生环位偏差，中间环带向边缘区域发生滚动、偏差，滚动量分别达到54.72%和37.74%。（3）由于上述的布料滚动和偏差，造成3#料制边缘O/C分布较轻。所以3#料制的边缘平均温度高于4#料制5°左右。煤气利用指标3#料制与4#料制相差为0.91%。3.原燃料条件改变时中心加焦量和矿批/负荷的进退鞍钢是我国早期采用中心加焦试验的钢厂，他们的经验是：在炉料、焦炭质量变差（特别是热性能）及风量偏小时，增加中心加焦的环数和缩小批重；在焦炭质量变好，风量偏大时，减少中心加焦环数而扩大矿石批重。这实际上是中心加焦量和矿批的进退原则。另有操作经验表明：可以利用焦平台的调整与中心加焦量调整相配合，当原燃料质量好时，焦平台适当放宽，中心焦量减少，矿批加大；当原燃料质量差时，焦平台适当缩小，中心加焦量增加，矿批缩小。利用焦平台的变化，调整中心加焦量，配合矿批的进退，有很多操作成功实例，说明该项综合考虑料面形状变化的操作是合理的。邯钢5号高炉操作实践见表8。结合邯钢2010.4～5月期间的原燃料条件对表8分析如下：（1）烧结矿：邯钢400m2烧结机的转鼓强度好于90m2烧结机，内供焦炭热性能层面的质量好于外供焦炭质量。（2）从时间上看：2010.4月中旬的原燃料条件好于上旬，高炉操作上将布料带向中心移动，料制变化调料制滚动情况3#料制4#料制中心环带中间环带边缘环带总重中心环带中间环带边缘环带总重矿石应布重量（kg）07.331.839.1604.265.129.38矿石实际重量（kg）0.865.263.049.160.84.424.169.38实际与计算误（kg）0.86-2.071.210.800.16-0.96偏差或滚动（%）11.73-28.2416.5115.623.13-18.75焦炭应布重量（kg）0.531.070.532.130.550.730.902.18焦炭实际重量（kg）0.241.160.732.130.201.180.802.18实际与计算误（kg）-0.290.090.20-0.350.45-0.10偏差或滚动（%）-54.7216.9837.74-47.9561.64-13.692011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集5表8邯钢5号高炉料制与操作指标对应关系表时间料制矿批/负荷料线高炉操作指标十字测温CO2%利用系数边缘℃中心℃2010.4上旬α°50484643.54137K332220J03333251.77/4.641.620.832.599754792010.4中旬α°49.547.545.54340.536.5K332220J03333251.5/4.191.620.752.534775852010.4下旬α°50484643.54137K322220J02222352.10/4.421.620.782.600696132010.5全月α°50484643.540.537K332220J02222352.50/4.271.620.562.60070603整是角度统一缩小0.5°，布料圈数未作调整；相应负荷由4.64退至4.19；高炉操作参数，十字测温中心上升较快而边缘温度变化不大。（3）2010.4月下旬，在高炉中心温度上来后，又采用了加大矿批、压边的操作制度，在料制的调整上角度统一向外移0.5°，矿批圈数在48°角位减一圈，焦批圈数由033332改为022223。上述变动结果：中心温度继续上升至613℃，而边缘温度略有下降。（4）2010.5月，为了稳定边缘和中心气流，只在布矿圈数48°角位增加了一圈，矿批扩大至52.50t，负荷由4.42退至4.27，十字测温，边缘稳定在70℃，中心稳定在603℃，高炉利用系数提高至2.60t/m3.d,煤气利用略有降低。（5）2010.4月上旬与2010.4月中旬的料制调整是通过布料带的整体向中心位移来改变中心布焦量，这种调整的目的可使中心和边缘气流都得以调整；2010.4月下旬与2010.5月的料制调整是通过布料圈数的调整改变中和边缘气流的分布。总之，邯钢5号高炉通过综合考虑中心焦量，负荷，料制的共同作用。灵活调剂高炉的气流分布，获得了利用系数2.60的较好操作指标。在掌握了高炉原燃料条件变化的同时，及时微调，适时重调由轻及重方面获得了成功的操作业绩。4.结论（1）利用高炉布料模型可以很好地解析高炉布料矩阵的径向量化参数，为研究高炉布料提供了一种很好的量化解析研究手段。（2）通过模型试验对比邯钢5号高炉的3#、4#料制、焦平台、漏斗坡度和中心加焦量数据。试验说明：邯钢目前的原燃料条件中心加焦量应控制在9～12%范围内，4#料制的数据适应了原燃料条件较好要求，获得了较好的操作