浅析高炉合理煤气分布

第1页共5页摘要本文浅要分析了高炉合理煤气分布的内涵及实现途径，控制煤气分布形态及稳定程度，在炉况顺行的基础上实现煤气利用的提高，高炉下部充足的鼓风动能及上部装料的有效调节是实现高炉合理煤气分布的途径。关键词高炉煤气分布ThesimpleanalysisofBFcoalgasdistributioninreasonZhangHeshunMaHongbin(ShougangIronmakingPlant)AbstractThisarticlesimplyanalysesthemeaningandrealizationapproachofBFcoalgasdistributioninreason.Controllingtheformandstabilizationofcoalgasdistribution,coalgasutilizationfactorisincreasedinthebaseofBFregularworking.EnoughblastkineticenergyatBFwellandefficientregulationofmaterialloadingatBFtopistheapproachtorealizeBFcoalgasdistributioninreason.KeywordsBFcoalgasdistribution前言高炉合理煤气分布，没有一个固定的模式，随着原燃料条件改善和冶炼技术的发展而相应变化，国内各炼铁厂对高炉合理煤气分布的理解也不尽相同，生产实践中也出现了不同模式的高炉煤气分布都取得较好高炉经济技术指标的情况。煤气自炉缸产生，经过软熔带，到达固体散料层，最终从料面逸出，经历三次煤气分布。高炉合理煤气分布，要保持炉况顺行稳定，控制边缘与中心两股气流；最大限度的改善煤气利用，降低燃料消耗。本文结合首钢2号高炉的冶炼经验，浅要分析高炉合理煤气分布的内涵及实现途径，寻找不同炼铁厂不同高炉之间合理煤气分布的普遍规律。2号高炉2002年5月开炉，有效容积1780m3，24个风口，炉身下部、炉腰、炉腹安装三段铜冷却壁，先后装备了高炉基础数据采集系统、高炉煤气成分在线分析系统、风口摄像系统、炉喉摄像系统、铜冷却壁渣皮厚度预测模型、首钢高炉专家系统、雷达料面仿真系统、铁水连续测温系统、炉缸侵蚀模型等先进设备及软件，完善的监测设备为客观分析高炉冶炼进程提供了数据基础。2006年开始，2号高炉解放思想、大胆创新，寻找适合高炉自身特点的作业参数，在炉况顺行的基础上，取得了焦比280Kg/t、煤比170Kg/t、小焦比45Kg/t、利用系数2.5t/m3.d的经济技术指标，引领着首钢（北京）高炉的冶炼技术发展，为首钢（北京）高炉经济技术指标的整体提高奠定了基础。1煤气分布的影响因素1.1送风制度鼓风离开风口时所具有的速度和动能，在风口前端形成一个疏松的椭圆形区间，焦炭在这个区间进行回旋运动和燃烧，回旋区的形状和大小决定着炉缸初始煤气的分布。回旋区的深度越大，煤气越向中心扩展，这也使炉缸中心保持一定的热度，控制中心堆积的焦炭数量，维持死焦堆良好的透气透液性能，避免下落的渣铁影响煤气向中心的渗透。送风制度决定的炉缸初始煤气分布从根本上决定了煤气分布的形态。为达到尽量扩展回旋区深度的目的，需要维持尽量大的动能。鼓风动能增大到一定水平后所担心的中心煤气过分发展问题，可以通过装料制度的调整来有意识的控制中第2页共5页心、疏导边缘得到解决。风口面积、风口长短根据生产任务与高炉自身特点选定后，生产中尽量不调整，为维持回旋区深度的稳定，尽量维持送风制度的稳定。1.2装料制度装料制度通过改变炉料在炉喉径向的分布状态来调整煤气在径向各点的流速，从而达到高炉稳定顺行的目的，并尽可能的提高煤气利用、降低燃料比。在上部固体散料层，由于焦炭对煤气产生的阻力要比矿石对煤气产生的阻力小得多，煤气在径向位置上主要沿着矿焦比轻的路径上升，或者说煤气沿这一路径的上升速度最快、煤气利用最差。但煤气的上升速度不能无限制的增加，否则会导致固体散料层的流化，出现管道行程，破坏炉况顺行。装料制度的主要作用是针对炉缸初始煤气的分布状态，控制中心与边缘煤气的流速，维持炉况顺行、提高煤气利用。装料制度的基础是准确布料，将炉料直接布到炉喉径向相应位置，减少依靠溜料实现的炉料在料面的再分配，装入的炉料尽量平铺，减少料面本身的不稳定性，装料制度的调整尽量采取调整矿石装料的方式，坚持“多议少动”，杜绝“盲动”。1.3原燃料质量原燃料质量对高炉煤气分布的影响体现在：一是原燃料粒度，原燃料粒度越小、越不均匀，对煤气的阻力越大，越易引起煤气分布紊乱；二是原料的低温还原粉化性能、块矿的热爆裂性能、球团矿的还原膨胀性能，这在炉内中、低温区引起原料粒度的变化，从而引起煤气分布紊乱；三是焦炭的高温冶金性能，焦炭高温冶金性能差导致炉内软熔带以下焦炭粒度过小，增加渣铁在焦炭中的滞留时间，煤气难于透过滴落带，易导致下部煤气分布紊乱。原燃料质量方面对粒度、冶金性能务必跟踪管理，减少原燃料质量问题造成的煤气分布紊乱。1.4日常操作日常操作对煤气分布的影响因素：一是喷煤量，高炉煤比增加后，若未燃煤粉对焦柱的堵塞作用及未燃煤粉使炉渣粘稠的现象不能通过高风温、富氧等得到缓解，会造成炉缸初始中心煤气被抑制，引起炉缸初始边缘煤气发展，再者日常操作中煤粉量突然增加极易引起炉缸边缘局部气流紊乱；二是炉渣性能及渣量，受原燃料质量影响，炉渣性能及渣量会发生一定的变化，增加渣铁在焦炭中的滞留时间，导致下部煤气分布紊乱；三是出渣出铁，炉内不能及时出净渣铁，同样易造成炉内下部煤气分布紊乱。日常操作中追踪管理煤粉量的稳定程度，稳定原燃料质量、及时调整炉渣碱度，出渣、出铁必须及时，在高煤比操作下，还需要解决未燃煤粉对炉内下部煤气分布的影响。2煤气分布的形态2.1煤气分布形态的表征由于高炉的焦炭负荷变化等因素，十字测温各点温度会在整体上出现同方向的变化，为更准确的描绘不同高炉、不同焦炭负荷下的炉喉径向煤气分布特征，对炉喉径向各点煤气分布比例有准确的评价，定义炉喉径向煤气分布指数：：炉顶温度（℃）；……：十字测温第一点（边缘）至第六点（中心）温度（℃）；……：十字测温第一点（边缘）至第六点（中心）煤气分布指数。图1首钢2号高炉典型煤气分布指数第3页共5页2.2煤气分布的形态煤气分布形态从下部煤气分布形态和上部煤气分布形态两方面分析，两者相互影响，下部煤气分布形态对煤气分布起决定性作用。下部煤气分布形态，需要考虑如何维持炉缸的活跃工作状态及炉缸的长寿，下部煤气尽量向中心渗透对这两者都是有利的，煤气向中心渗透的程度则受送风制度及装料制度的影响。上部煤气分布形态，主要是依靠装料制度，实现对下部煤气分布形态下的煤气流进行再分配，避免出现煤气流速过快导致管道行程的情况。以下部煤气向中心渗透的程度对煤气分布形态进行分类：（1）鼓风动能大，风口前回旋区深，下部煤气向中心渗透程度好：这种情况下煤气分布又可分为两类，一是中心煤气宽度小但力度强、边缘煤气稳定或存在少量虚火；二是中心煤气、边缘煤气都宽度大但力度弱。（2）鼓风动能小，风口前回旋区浅，下部煤气向中心渗透程度差：这种情况下煤气分布也可分为两类，一是中心煤气、边缘煤气都宽度大但力度弱；二是中心煤气宽度小、力度弱，边缘煤气有一定力度。3煤气分布的稳定3.1煤气分布稳定的表征煤气分布形态在很大程度上决定着高炉的煤气利用，煤气分布的稳定则在很大程度上决定着炉况的顺行，在注重对煤气分布形态控制的基础上，煤气分布的稳定在生产中得到逐步重视，为更准确的描绘不同高炉、不同焦炭负荷下的炉喉径向煤气稳定程度，对炉喉径向各点煤气流速变化幅度有准确的评价，定义炉喉径向煤气波动指数：：炉顶温度（℃）；……：十字测温第一点（边缘）至第六点（中心）温度波动幅度（℃）；……：十字测温第一点（边缘）至第六点（中心）煤气波动指数（%）。图2首钢2号高炉典型煤气波动指数对比通过首钢2号高炉的冶炼实践看，炉况顺行较差时，十字测温第一点、第二点、第五点、第六点煤气波动指数大，十字测温第三点、第四点煤气波动指数与炉况顺行时基本相同，炉况顺行主要取决于对中心区域与边缘区域的煤气流速波动幅度的控制。3.2煤气分布的稳定十字测温各点温度的波动幅度反应了炉喉径向各点煤气流速的变化情况，温度波动幅度越大说明该点煤气流速的波动越大，之所以出现煤气流速的大幅度波动，是因为固体散料层的不规则运动，造成固体散料层在炉内径向各点的矿焦比出现变化，出现径向各点固体散料对煤气的阻力发生变化，引起径向各点煤气流速的波动。固体散料层不规则运动的原因：一是炉喉径向料面分布的不稳定，由于焦炭平台宽度小，造成矿石没有稳定的分布，这种情况下，从十字测温温度看，温度存在波动，但波动幅度较小，对压量关系稳定性产生一定的影响，但对料尺工作影响不大。二是炉内局部出现管道行程，由于局部煤气第4页共5页流速过高造成散料流化，出现管道行程后，势必造成塌料，从十字测温温度看，温度波动幅度大，对压量关系、料尺工作影响明显，影响炉况顺行，威胁高炉稳定生产。4合理煤气分布4.1合理煤气分布高炉合理煤气分布是高炉炼铁的核心，涉及高炉稳定顺行、节能降耗、长寿等核心问题，合理煤气分布存在两个层面：一是炉况的稳定顺行，这也是合理煤气分布的基本目标，最具代表性的煤气分布形态为：中心煤气、边缘煤气都开，但开的程度因高炉而异，煤气流速没有局部过高的情况，炉况顺行较好，但煤气利用率低、燃料比高，虽然给炉内减小了压差损失，但长期来看，对高炉长寿不利；二是煤气利用的提高、燃料比的降低，这是高炉冶炼的追求目标，最具代表性的煤气分布形态为：中心煤气开、边缘煤气稳定，中心煤气的“开”表现在加完矿、焦后中心煤气火都不受影响，中心火柱窄而强，炉况顺行好，煤气利用率高、燃料比低，炉缸工作活跃，对高炉长寿有利，但存在压差损失高的情况。现在大多数高炉的合理煤气分布目标仍停留在炉况的稳定顺行方面，在继续提高煤气利用、降低燃料比方面需要进一步的探索。4.2合理煤气分布的途径煤气分布不单是炉料在炉喉截面分布决定的，煤气自炉缸产生，经过软熔带，到达固体散料层，最终从料面逸出，经历三次煤气分布。上部调剂虽然有很大作用，但必须从炉缸做起才能达到真正的煤气合理分布，调剂的原则是以下部为基础，上下部调剂相结合。合理的煤气分布应该是下部煤气形成中心发展的煤气，即炉缸初始煤气最大限度向中心渗透，以利于提高整个死焦堆的透气、透液能力，这就是“吹透中心”的高炉，只是吹透程度因高炉而异，要实现“吹透中心”，需要保持足够的、稳定的鼓风动能，维持风口前回旋区的深度。对应“吹透中心”的下部煤气分布形态，上部煤气分布形态在中心煤气与边缘煤气的分配方面产生程度上的差异，即产生中心煤气与边缘煤气都开的煤气分布形态和中心煤气开与边缘煤气稳定的煤气分布形态，但总的原则是中心煤气与边缘煤气的合理分配，不在局部发生因煤气流速过高导致管道行程的现象。高炉布料务必将炉料直接布到炉喉径向相应位置，使炉内增强对中心煤气与边缘煤气的控制能力，各档位矿、焦的调整能有效的控制中心煤气与边缘煤气，解决边缘煤气圆周方向不均匀、中心煤气波动问题。同时装料制度中焦炭布料的基础是形成适当宽度的平台及对应宽度的漏斗，以稳定矿石在料面的分布，生产中煤气分布的调整可以通过调整矿石布料圈数来有效的实现。5结语合理煤气分布涉及高炉稳定顺行、节能降耗、长寿等问题，各类型高炉对高炉合理煤气分布必须逐步统一标准，落实实践途径，解决影响高炉合理煤气分布的问题，通过推进高炉实现合理煤气分布，达到高炉炼铁经济技术指标的进步。（1）高炉合理煤气分布的目标是实现高炉的稳定顺行，在此基础上提高煤气利用，实现高炉炼铁的节能降耗。（2）通过研究十字测温各点温度及其波动幅度，可以对高炉径向的煤气分布及径向各点的煤气流速波动幅度进行有效的研究管理，实现对高炉煤气分布的准确把握。（3）高炉下部煤气分布依靠鼓风动能形成“吹透中心”的煤气形态，上部煤气分布针对下部煤气分布形态，利用炉顶装料实现中心煤气与边缘煤气的合理分配，