校红钢1350m3高炉布料角度及基础矩阵的确定.docVIP

红钢1 350 m3高炉布料角度及基础矩阵的确定林安川1 杨培红2 （1.红河钢铁有限公司；2.昆钢技术中心）摘 要 对红钢3号1 350 m3高炉串罐式无料钟炉顶装备技术特点进行了介绍和分析，依据布料溜槽的实际有效长度，应用高炉布料方程计算出不同料线高炉各段截面的落点角度及补偿值，初步得出高炉料流轨迹，进而确定布料基础矩阵。开炉装料实测及高炉实践效果表明该基础矩阵适应当期不同原燃料条件的生产要求，高炉炉喉煤气流分布合理、高炉稳定顺行。关键词 高炉 串罐式炉顶设备 布料角度 基础矩阵 Determination of Material Angle and Fundamental Matrix for Honggang 1 350 m3 BFLin An-chuan1 Yang Pei-hong2(1.Honghe Iron Steel Co.;2.Technology center）Abstract The No. 3 1 350 m3 blast furnace central feed type bell-less top equipment technical characteristics of Honggang are introduced and analyzed. Based on the actual length of distribution chute, the material equation to calculate the impact angle and the compensation value of blast furnace different material height section, blast furnace burden flow trajectory and material based matrix are determined. The practical application and actual measurement results show that the fundamental matrix meet the requirements of production in different raw fuel conditions, blast furnace throat gas flow distribution is reasonable, the blast furnace production operation is stable.Key Words blast furnace; central feed type bell-less top equipment; material distribution angle; basis matrix1 前言红河钢铁有限公司3#高炉有效容积设计为1 350 m3，采用国产化串罐式无料钟炉顶系统。所有阀门全液压推动，设有自动、集中手动、现场手动3种操作模式，和时间、重量，两种合用3种控制模式，并配置声纳传感器检测参与控制。具有设备可靠、精度高、布料灵活的特点，并能实现批次递进布料，增强布料均匀性。发挥无钟炉顶技术装备优势，掌握高炉布料规律，是制定高炉合理装料制度的重要内容。对煤气流分布合理、改善利用，活跃炉缸、炉况顺行、高炉长寿、节能、环保等具有积极的意义。红钢1 350 m3高炉通过计算和开炉实测确定的布料角度和基础矩阵，形成的焦炭、矿石平台和中心漏斗的深度合理，满足炉料在不同倾角下炉喉截面的分布要求，在生产条件发生较大变化时，对基础矩阵微调边缘和中心O/C比，控制焦炭、矿石加权角度差，很好地适应了当期不同原燃料条件的生产要求，高炉炉喉煤气流分布合理、稳定顺行，指标合理，在生产实践中应用效果良好。2 炉顶设备特点 红钢3#高炉炉顶系统由装料设备、料罐均排压设施、炉顶液压站、润滑站、炉顶溜槽传动齿轮箱及水冷却设施、炉顶探尺、检修设施及炉顶框架等所组成。设计采用上料罐固定，内设分配器的型式，上、下料闸采用封闭式结构。布料溜槽档位倾动角度精度在0.51.0范围内，可正反两个方向旋转，准确灵活实现环形、螺旋、定点、扇形四种布料方式。2.1 装料设备性能红钢3#高炉串罐无料钟装料设备主要由固定料罐、称量料罐、阀箱、传动齿轮箱及布料溜槽等部分组成，其主要性能如下：1）上料闸下料能力： 焦炭： 1.2 m3/s 烧结矿： 1.6 m3/s称量料罐有效容积： 30 m3称量料罐设计压力： 0.25 MPa（工作压力0.18 MPa）2）料流调节阀排料能力： 焦炭： 0.75 m3/s 烧结矿： 1.45 m3/s3）布料溜槽：长度： 2 860 mm 旋转速度： 8.0 r/min 倾动速度： 0 1.6 /s 倾动范围： 253 倾动停止位置： 11个4）各阀驱动方式： 液压 2.2 装料制度特点装料上分为：一批料分两次装入（CO）；一批料分三次装入（COLOS）。一周期炉料的组合，最多可由16个小料批（每个小料批为一个矿批或一个焦批）或者8个料批组成，满足较为复杂的炉料组成配矿入炉。矿批重和焦批重可在允许范围内波动。周期装料程序，全部纳入自动控制。装料能力有足够的富裕能力，作业率70%即可满足正常生产需要。此外，具有料线自动补偿、自学习模式功能。根据不同料线范围内设定值按实际料线进行自动倾动角度补偿，确保空料时炉料入炉落点不变，煤气流不致于因空料发生变化；可根据不同批重焦炭、矿石重量按设定多项式曲线对料流调节阀开度进行自动修正。确保炉料批重发生变化时炉料按既定档位、既定圈数将炉料在最后一圈完全布完，在不同批重、品种时使O/C值保持稳定。3 布料档位角度、基础矩阵确定实践证明，高炉内焦炭多的地方，煤气流较发展，煤气成分中CO含量高，温度高，软熔带位置也高。装料制度对炉内软熔带的生成、形状、位置密切相关，对炉内二次煤气流分布影响巨大。而布料是否合理对炉内第三次煤气流合理分布、有效利用煤气热能、高炉寿命具有决定性作用1。无料钟炉顶布料方式，主要考虑焦炭平台、矿石平台的宽度和中心漏斗的深度。找出满足当期生产条件下，不同倾角下炉料在炉喉截面的分布规律，保证炉料形成平台、堆尖位置合理，是制定合理装料制度的主要内容。3.1 布料落点计算炉料堆尖位置水平移动的距离不但受溜槽布料角度的影响，还受料线深度影响。对不同料线下溜槽各倾角布料落点进行计算，以得到合理的堆尖位置及不同料线范围内溜槽布料角度补偿值，满足高炉满料线和空料时布料要求，稳定煤气流。3.1.1 计算参数选择红钢3#高炉落点计算所需相关参数选择见表1。表1 红钢3#高炉落点计算相关参数Table 1 Relevant Parameters of Placement Calculations of Honggang No.3 BF项目溜槽 转速初速度溜槽末端速度料槽摩擦系数溜槽 长度溜槽有效长度料在x向投影炉料计算落点料线高差倾动距单位转/sm/sm/smmmmmm符号C0C1l0llxnh2e数值0.1330.20.6计算0.532.86计算计算计算1.200.653.1.2 布料落点计算布料角度不同，溜槽末端速度、溜槽实际有效长度相应发生变化。料线不同，同一布料角度炉料落点不同。由溜槽实际有效长度的高炉布料统一方程2，计算出高炉不同料线、布料角度与落点情况（见表2）。表 2 红钢3#高炉不同料线下各倾角炉料落点值 mTable 2 Materials Placement of Each Angel Under Different Depth of Honggang No.3 BF mh 4849505152535455565758591.4 m2.9732.8892.8042.7182.6312.5432.4542.3652.27492.1842.0942.0021.8 m3.0442.9602.8742.7872.6982.6092.5192.4282.3372.2452.1522.0592.0 m3.1133.0282.9412.8532.7642.6732.5822.492.3972.3042.2092.1154.0 m3.7293.6373.5433.4463.3473.2463.1443.042.9342.8272.7182.6096.0 m4.2504.1524.0513.9473.843.7313.6193.5053.3883.2693.1493.026h 60616263646566686970751.4 m1.9111.8191.7271.6341.5411.4481.3551.1661.0710.9740.3421.8 m1.9661.8721.7781.6831.5891.4931.3981.2041.1061.0070.3532.0 m2.0201.9241.8281.7311.6351.5371.4391.2411.1411.0390.3674.0 m2.4982.3862.2722.1582.0431.9261.8081.5691.4461.3210.4536.0 m2.9022.7762.6482.5192.3882.2552.1201.8441.7031.5580.527注： h料线；角溜槽与水平线夹角。计算结果表明，在料线2.0 m以上时，溜槽角度向高炉中心每变化1，炉料堆尖位置水平移向高炉中心距离范围为0.0820.102 m。料线越低、角度越靠近中心，堆尖位置水平移动的距离越大。料线4.0 m时，为0.0890.125 m；料线6.0 m时，为0.0940.145 m。即料线越低，溜槽补偿角度应越小。以角=56为例，料线2.0 m时，对应落点为2.397 m，料线4.0 m时，角应为61，对应落点为2.386 m，需补偿5。料线6.0 m时，角应为64，对应落点为2.388 m，只需再补偿3即满足。倾角不变时，在料线上移过程中，堆尖移向中心。移动距离范围为0.0480.020 m，越靠近炉墙，移动距离越大。此外，在正常料线范围，相邻倾角（60时的）炉料堆尖移动距离（0.0840.095 m）几乎是正常布料时的焦炭流股半径。这也说明，在正常料线下，档位角较靠近炉墙时连续相近档位易于形成焦炭平台。32 几个常规料线档位角度的确定高炉在正常生产中会根据原燃料变化或炉况需要在一定范围内调整料线，料线不同，维持每个溜槽档位布料时的落点位置，溜槽倾角将发生变化，计算几个常用料线下不同倾角的炉料落点，从而确定相应料线溜槽档位角度。3.2.1 确定炉喉截面各环直径一般依炉喉直径不同，将炉喉断面分成均匀的811等份（811环），对应于每等份，溜槽角度分成811个角度，即为溜槽档位，每个溜槽档位布料时的落点位置应为对应相近两环的中点3。将红钢3#高炉炉喉面积均匀分成11等份，计算各等份面积直径（表3）。表 3 红钢3#高炉炉喉等面积各环直径（11环）Table 3 Furnace Throat 11 Equal to Area of Each Ring Diameter of No.3 BF等份（炉墙到中心）1234567891011Ni等份各环直径(m)6.20 5.91 5.61 5.29 4.95 4.58 4.18 3.74 3.24 2.64 1.87 Ni等份各环半径(m)3.10 2.96 2.80 2.64 2.47 2.29 2.09 1.87 1.62 1.32 0.93 3.2.2 不同料线档位角度的确定及分析进一步的，首先对料线2.0 m时的档位角度进行确定，确定顺序为：计算11等分各环半径相邻两环中点查寻炉料落点分布（n值，表2）确定值，这样就得到了3#高炉料线2.0 m时11环等面积对应的档位角度（表4）。各档位对应的半径与角度在炉喉部截面的分布如图1所示；由确定的各档位角度结合表2各个料线深度时的计算落点值数据以料线2.0 m时确定的档位作出高炉初步布料料流轨迹（图2）。以此可进一步回归出各个档位不同料线下的料线落点二次多项式。表 4 料线2.0 m时11环等面积对应的溜槽角度Table 4 11 Equal Area Corresponding to Chute Angel When Depth Is 2.0 Meters（）47484950515253545556575859n（m）3.183.113.032.942.852.762.672.582.492.42.32.2092.11环界半径(m)3.102.962.802.642.472.292.09各环中点(m)3.032.882.722.552.382.19档位编号123456档位角()49.051.052.554.556.258.2（）60616263646566676869707175n（m）2.021.921.8281.731.631.541.441.341.241.141.040.940.48环界半径(m)1.871.621.320.93各环中点(m)1.981.751.471.130.46档位编号7891011档位角()60.563.065.869.075.0 炉喉截面北方向 料线沿高炉纵向增加方向 炉喉截面东西方向从高炉中心靠近炉墙方向图 1 溜槽档位角度的确定 图 2 3#高炉料流轨迹图Figure 1 Determination of Chute Angel Gear Figure 2 Material Flow Path of NO.3 BF更进一步的，用同样的方法、步骤可以确定料线1.8 m、1.6 m及其他深度时的档位角度（表56），初步料流轨迹和料线落点二次多项式。上述计算结果表明，在料线2.0 m以上时，每提高0.2 m，为维持炉料在炉喉截面落点位置不变，溜槽各档位角度逐次扩大0.51.0。生产实践中不考虑炉喉高度范围内的补偿角度，表现为提料线后堆尖移向高炉中心；需要注意的是：在料线2.0 m时的补偿档位确定，由于炉内截面面积变大，外环中点外移（即表3中直径数据须根据料线重新计算），结果为对应落点的角度有所增加，表现为超过2.0 m的补偿矩阵随料线加深，补偿角度渐次减小。表 5 料线1.8 m时11环等面积对应的溜槽角度Table 5 11 Equal Area Corresponding to Chute Angel When Depth 1.8 Meters（）47484950515253545556575859n（m）3.103.042.962.872.792.72.612.522.432.342.242.152.06环界半径(m)2.962.802.642.472.292.09各环中点(m)3.102.882.722.552.382.191.98档位编号1234567档位角()47.050.050.553.855.557.560.0（）60616263646566676869707175n（m）1.971.871.7781.681.591.491.41.31.21.111.010.910.46环界半径(m)1.871.621.320.93各环中点(m)1.751.471.130.46档位编号891011档位角()62.865.069.075.0表 6 料线1.6 m时11环等面积对应的溜槽角度Table 6 11 Equal Area Corresponding to Chute Angel When Depth 1.6 Meters（）46474849505152535455565759n（m）3.083.062.972.892.82.722.632.542.452.362.272.182.00环界半径(m)2.962.802.642.462.262.04各环中点(m)3.102.882.722.552.382.191.98档位编号1234567档位角()46.049.051.053.055.057.059.0（）60616263646566676869707175n（m）1.911.821.731.631.541.451.351.261.171.070.970.880.44环界半径(m)1.871.621.320.93各环中点(m)1.751.471.130.46档位编号891011档位角()61.865.067.675.03.3 基础矩阵确定为保证开炉期高炉上部有足够透气性，定料线为2.0 m。从图2及表2可知，在1档时料流质点落点为3.03 m，加上料流0.070.09 m半径，计算表明，在料线0.8 m时料流边缘即碰撞炉墙，实测中也得到了证明。4档上落点为2.55 m，料流边缘落点略超碰点，5档上落点为2.380 m，料流边缘落点刚至碰点。基于红钢原料条件及开炉期要求，应有一定边缘气流及稳定的中心气流。4档可作为焦炭最外档，焦炭最内档应为中心加焦角度，经实测为12。从表4知8档上落点为1.750 m，料流边缘过于靠近高炉中心，不利于形成中心气流，因此，将7档作为矿石最内档，最外档应略小于焦炭，以中间连续档位形成焦炭、矿石平台，初步确定布料矩阵作为基本矩阵。实测中，装料近4.0 m时，炉料堆尖位置与计算值较为吻合。布焦、矿时均形成明显中间平台及中心无矿区（8001 200 mm）、中心焦小平台(650750 mm)（图3），布料圆周均匀程度较高。按设定布料矩阵布料实测结果看，炉料在炉内落点位置较为理想，多环布料料面由焦炭平台和矿石漏斗组成，边缘、中心矿焦分布情况较好，布料矩阵可作为3#高炉基础矩阵。进一步由表2，很容易确定基础矩阵各档位角任何料线下的补偿档位角度，确保不同料线炉料落点合理。矿中心无矿区3060图 3 布矿石时料面形状Figure 3 Surface Shape of Ore Material4 应用红钢3#高炉自点火生产后至今，确定的基础矩阵角度及补偿角度保证了煤气流在炉喉的合理分布，整体上保持了较好的生产水平，在开炉期、生产期均达到了预计的生产指标。近年在原燃料条件发生较大变化，尤其是烧结矿品位由50.0%降至46.0%过程中，结合原燃料质量、冶炼强度控制、增加风口进风面积等下部综合鼓风技术的优化，对基础矩阵进行科学合理的的调整，结合料线调整对原基础矩阵加权矿角加权焦角3.47的矩阵进行平稳过渡到2.27，矩阵过渡顺序为： ，并长期稳定。这样，最终通过在边缘和中心各增加约8.3%的焦炭