（冶金工程专业论文）高炉无钟布料规律的研究.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 高炉无钟布料规律的研究 摘要 在上世纪七十年代以后，世界各国高炉在装料方面逐渐用无料钟炉顶代替了 钟式炉顶及钟阀式炉顶。因为其结构简单、设备重量轻、密封性能好、布料灵活、 维修方便、节省投资等优点，无料钟炉顶设备成为世界炼铁工业广泛采用的高炉 炉顶设备。 安钢七号3 8 0 矗高炉首次应用无料钟炉顶。虽然安钢炼铁厂在3 0 0 m 3 级高炉 操作上长期处于国内领先地位，但如何能够尽快掌握无料钟布料规律、发挥七号 高炉的布料优势，在安钢目前的原料条件下，通过提高风压、顶压来强化冶炼， 进一步提高高炉利用系数，对炼铁厂来说，是个很有价值的课题。 本文根据安钢高炉现场条件，通过炉顶设备优化以保证满足生产需要，通过 对开炉料实测，绘制不同原燃料的特性曲线图，同时对无钟炉顶功能进行校核， 测量设备对心情况、料罐最大装料能力，找出开炉时布料矩阵；对安钢七高炉单 环、多环布料、布料角度补偿等进行了探讨和研究。 在高炉开炉和原燃料差生产阶段，宜采用单环布料。为了得到合适的径向o c 比分布，不能采用矿焦同角布料，而应该是矿焦差角布料。安钢七高炉矿角比焦 角大1 。2 。为宜。多环布料能提高高炉冶炼强度，提高生铁质量，能够较强烈 发展中心，煤气利用率提高，对原料的要求比较强。多环布料中心加焦技术为进 一步扩大矿批提高了条件，安钢七号3 8 0 m 3 高炉在目前原燃料条件下，矿批可以 在1 8 2 0 吨左右。 关键词：高炉无钟炉顶多环布料单环布料 东北大学硕士学位论文 a b s l r a c t r e s e a r c ho nt h ec h a r g i n gr e g u l a t i o no fb e l l - l e s sb l a s tf u r n a c e a b s t r a c t s i n c el a s tc e n t u r y ，t h eb e l l l e s st o po fb l a s tf u r n a c eh a dr e p l a c e db e l lt o po fb l a s t 矗l r n a c e d u et ot h es i m p l es t r u c t u r e ，t h el i g h te q u i p m e n t sw e i g h t ，t h eg o o ds e a l s f u n c t i o n ，v i v i dc h a r g i n g ，c o n v e n i e n c em a i n t a i n s ，e c o n o m i c a la n ds oo n ，i th a sb e c o m e d f a v o r i t ee q u i p m e n t st h a tt h ew o r l di r o n m a k e i n gi n d u s t r ya d o p t se x t e n s i v e l y a n y a n gi r o na n ds t e e lg r o u pn o 73 8 0m 3b l a s tf u r n a c ea p p l i c a t eb e l l l e s sb l a s t f u r n a c ef o rt h ef i r s tt i m e a l t h o u g ha n g a n gi r o n - m a k i n gf a c t o r yt a k eal e a dp o s i t i o ni n t h ed o m e s t i co v e ral o n gp e r i o do nt h e3 0 0m 3c l a s sb l a s tf u r n a c e s ，i ti sav e r yv a l u a b l e t o p i co nh o w t om a s t e rt h ec h a r g i n gr e g u l a t i o no f b e l l - l e s s , s h o wt h en o 7b l a s tf u r n a c e a d v a n t a g ei nc h a r g i n ga ss o o na sp o s s i b l e ，u n d e rt h ec u r r e n tc o n d i t i o no fr a wm a t e r i a l o fa n y a n gi r o na n ds t e e lg r o u p ，b yr a i s i n gt h et o pp r e s s u r ea n dt h eb l a s tp r e s s u r et o e n h a n c et h eu t i l i z a t i o nc o e f f i c i e n to f ab l a s tf u r n a c e b a s e do na n g a n gb l a s tf l l r n a c ec o n d i t i o n ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sa n dr e s e a r c h e s0 1 1 m o n o c y c l i cc h a r g i n g ，m u l t i c y l i cc h a r g i n g ，c o m p e n s a c e f o rc h a r g i n ga a g u f a rd e g r e eo ft h e a n y a n gi r o na n ds t e e lg r o u pn o7b f p a s sah e a to fe q u i p m e n t se x c e l l e n tt u r nt os a t i s f yt o p r o d u c et h ed e m a n dw i t ht h ea s s u r a n c e ，a n t i c i p a t et h r o u g ht h ef o l i os t o v et om e a s u r e a c t u a l l y ，d r a wt h ed i s s i m i l a r i t yo r i g i n a lf u e lo ft h ec h a r a c t e r i s t i cc t l e v ed i a g r a m ，a tt h e s a m et i m et oh a v en ot h ep i tt h a taf u n c t i o nc a l t yo nt h es c h o o l ，m e a s u r et h ee q u i p m e n t s t ot h em o o dc o n d i t i o n , a n t i c i p a t eab i g g e s tp a c kt h ea b i l i t yo fa n t i c i p a t e ，f i n do u tt h e a m t r i xd u r i n gd i s t r i b u t i n gm a t e r i a l ；t ot h ea n g a n g sn o 7b l a s tf u r n a c e ，s i n g l e d i s t r i b u t i n gm a t e r i a l ，m u l t i l a y e rd i s t r i b u t i n gm a t e r i a l ，t h ea n g l e o fb l a s tf u r n a c e s c a r r i e do nt h es t u d ya n dr e s e a r c h e s i nt h ei n i t i a lp e r i o da n dt h eb a d r a wm a t e r i a la n df u e ls i t u a t i o ni nt h eb l a s tf u r n a c e ， i ti sg o o dt oa d o p tt h em o n o c y l i cc h a r g i n g t og e tt h es u i t a b l eo cd i s t r i b u t i n gi nt h e r a d i a ld i r e t i o nw es h o u l d n tu s et h es a m ea n g l e ，b u ta d o p tt h ed i f f e r e n ta n g l e sf o ro r e a n dc o k e t h ec h a r g i n ga n g ef o ro r eo ft h en o 7b l a s t 缸m c es h o u l db el 。2 。 l a r g e rt h a nt h ec h a r g i n ga n g l ef o rc o k ep r o p e r m u l t i c i r c l ec h a r 西n gc a ne n h a n c et h er a t e o fd r i v i n g s t r e n g t h ，i m p r o v e st h ep i gi r o nq u a n t i t y ，e v o i n t a t ec e n t e rg a s ，d e v e l o pt h e c e n t r a lg a st ot h er e q u e s to f t h er a wm a t e r i a ls t r o n g e r t h et e c h n i q u eo fa d d i n ge x t r ac o a l i nm u l t i c i r c l e c h a r g i n gm a k ei tp o s s i b l et or a i s et h eb a t c hw e i g h to fo r ef i l r t h e r a n g a n gn o 73 8 0m 3b l a s tf u r n a c eu n d e rt h ec u r r e n tc o n d i t i o no fr a wm a t e r i a la n df u e l ， t h eb a t c hw e i g h to fo r ec a nb ei n18 2 0t o n so rs o k e y w o r d s ：b l a s tf u r n a c e ，b e l ll e s st o p ，m u l t i c i r d ec h a r g i n g ，m o n o c y e l i cc h a r g i n g m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的a 论文中取得的研究成果 除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包 括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：绷风缉 日期：歹7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定： 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索、交流。 学位论文作者签名： 曰期： 另外，如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。 学位论文作者签名 签字日期： 导师签名 签字日期 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 概述 第一章文献综述 高炉是一个巨大的对流p a c k e d - b e d 化学反应器，在高炉冶炼过程中，煤气从 下往上加热并还原不断下降的铁氧化物。炉料装入炉内方式影响到炉料在炉内的 分布，最终将影响到还原气体的分布和流动，影响气一固接触，特别是要影响到 高炉的效率和产量。高炉生产的主要任务是将含铁物料中的铁还原出来生成生铁， 其过程的连续性需要连续不断地向高炉内供料，由炉顶装料设备将运送来的炉料 入炉并合理地分布到炉内。炉顶装料设备最初为一个料钟和料阀配合工作的单钟 式炉顶，有巴利式和布朗式两种结构【l l ，其密封效果很差。传统的双钟式炉顶装料 设备至今已有上百年的历史，至今仍然是中小型高炉的常用装料设备。由于高炉 冶炼技术的发展，高炉容积不断扩大，炉顶压力的不断提高，双钟式炉顶装料设 备已经不能满足生产的要求，先后出现了三钟式炉顶、四钟式炉项和钟阀式炉顶。 三钟式炉顶的优点是由于大钟上下压力永远保持平衡，它只起布料作用而不起密 封作用，从而显著提高了大钟的使用寿命，但其缺点是小钟容易吹损，没有得到 推广使用。四钟式炉顶工作比较可靠，克服了双钟式和三钟式炉顶的缺点，但其 结构复杂，高炉高度增加，制造和安装要求严格且不便于维修，未得到普遍采用。 钟阀式炉顶也因为设备复杂、不宜安装、维修量大、设备总重量增加等因素使用 受限。随着高炉容积的增加，钟式炉顶高炉为了提高炉顶压力和克服因大钟倾角 的固定而造成布料的缺陷，高炉工作者对钟式炉顶做了改进，在炉料沿大钟表面 以抛物线向下落过程中设有可调炉喉装置，用以改变落料的位置以达到要求的分 布状态。钟式炉顶虽然基本满足了高炉冶炼的需要，但不能满足大型化高炉进一 步强化所需要的布料手段，在上世纪七十年代以后，世界各国高炉在装料方面逐 渐用无料钟炉顶代替了钟式炉顶及钟阀式炉顶【2 】。 无料钟炉顶设备是用一个旋转溜槽代替了钟式和钟阀式炉顶的大钟进行布 料。它有并罐式和串罐式两种结构形式。最早设计应用的为并罐式无料钟炉顶， 1 9 7 0 年由卢森堡的保罗维尔特公司提出【3 】，1 9 7 2 年1 月8 日，在原联邦德国蒂 森钢铁公司汉博恩厂4 号1 4 4 5 m 3 高炉上首先安装使用，高炉投产后，因为其结构 简单、设备重量轻、密封性能好、布料灵活、维修方便、节省投资等优点，引起 了广泛的关注。1 9 7 9 年在首钢1 3 2 7r n 3 高炉上【4 j ，我国第一次采用了并罐式无料钟 炉顶设备，随后这一技术在我国被得到了广泛使用。人们对高炉冶炼研究不断深 入，发现并罐式无科钟炉顶设备不可避免的偏析问题，影响着煤气流的合理分布， 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 在上个世纪八十年代初，卢森堡p w 公司在并罐式无料钟炉顶设备的基础上开发 了串罐式无料钟炉顶。1 9 8 9 年鞍钢1 1 号高炉在国内首次引进了p w 公司串罐式无 料钟炉顶嘲，以后先后在武钢、宝钢、酒钢、杭钢等高炉上采用了串罐式无料钟炉 顶设备，近年来，串罐式炉顶推出了s s 型、紧凑式等新的结构形式。 1 2 高炉无料钟炉项装置发展现状 j 一布料滴槽；2 - - 溜礴传动齿轮箝；3 一f ，槎封阉1 4 一料谎词甘错： 5 一称敬科罐t 6 一上躲封闷；7 一移动受料斗 图1 1 并罐式无料钟炉顶结构 f i g1 1t h es t r u c t u r eo f p a r a l l e lb u c k e t sb e l l - l e s st o pb l a s tf u r n a c e 并罐式无料钟炉顶结构见图1 ，1 ，主要由受料漏斗、料罐、叉型管、中心喉管、 旋转溜槽及其传动以及密封、均压放散、冷却系统等组成。它用一个旋转溜槽代 替了钟式和钟阀式炉顶的大钟进行布料，溜槽上方有一个控制溜槽旋转和摆动的 齿轮箱，齿轮箱内通有氮气或加压净煤气以防止高温带尘煤气进入齿轮箱内，并 对齿轮箱进行冷却。齿轮箱上方有下密封阀、调节阀、中间漏斗、料罐、上密封 阀和翻板。料罐中的炉料通过中间漏斗、调节阀、中心喉管卸入溜槽。两个料罐 交替使用将炉料送入中心喉管，并由溜槽以最佳的旋转速度和最佳倾角以及最佳 的布料方式将炉料布入炉内。 并罐式无料钟炉顶从布料的多样性和灵活性、设备本身的结构、维护等方面 比钟式炉顶和钟阎式炉顶优越的多，但是经过对布料和煤气利用等进行大量分析 2 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 和研究发现，从结构上和炉料运动的实际轨迹上看，并罐式炉顶有以下不足：( 1 ) 由于两个料罐布置偏离了高炉中心，导致布料不对称、炉料偏心、径向矿焦比不 对称：( 2 ) 由于下料口是倾斜的，料流斜向与中心喉管相撞，出现“蛇形”运动现 象，从而导致炉料在炉喉断面圆周方向分布不均匀；( 3 ) 当溜槽的倾斜方向与料流 方向一致时炉料抛得较远，垂直时则较近，因此在炉喉断面的布料形状实际上为 椭圆形而不是圆形，矿焦两个料层也不吻合。由于以上的布料不均匀现象直接影 响了煤气的利用效率，为了克服并罐式炉顶的上述不足，卢森堡p w 公司在上世 纪八十年代初开发了串罐式无料钟炉顶【6 j 。 串罐式无料钟炉顶有卢森堡式、s s 型、紧凑式3 种。串罐式无料钟炉顶装料 设备是将双罐并列布置改为双罐上、下同心重叠布置。上料罐起受料和贮料作用， 仅在下罐设立上密封阀、下密封阀、料流调节阀和称量装置。由于下料口在高炉 的中心线上，从而避免了炉料偏析，得到了圆周均匀布料，同时也减少了对中心 喉管的磨损。它的另一个优点是占据空间小，因与并罐式无料钟炉顶相比省去了 一套均压放散设施和称量装置，相同条件下比并罐式无料钟炉顶节省投资。s s 型 无料钟炉顶【7 j 是在国内外高炉炉顶技术的基础上发展而来的，形成了自己独有的特 点：机械设备简单，制造容易，安装维护方便，工艺性能好，节省投资。在中小 型高炉应用较多。紧凑式无料钟炉顶虽然保留了串罐式无料钟炉顶的特点，但是 因作业率较低，尤其是当设备进行检修时影响高炉生产，未得到广泛使用。 串罐式无料钟炉顶与罐式无料钟炉项相比较有以下不同：( 1 ) 并罐式无料钟炉 顶的弊端是由于料罐中心偏离高炉中心产生布料偏析，但赶料线快；串罐式无料钟 炉顶由于料罐中心与高炉中心同心，不仅减少了偏析，而且减少了阀门开启的次 数，但赶料线慢。( 2 ) 并罐式无料钟炉顶两个料罐在一个大梁上，梁的刚度以及一 个料罐卸料时要影响另一个料罐称量，其精度难以保证：串罐式无料钟炉顶上、 下两罐分开，称量不受外界影响，称量精度高，这对高炉实现理想的冶炼过程， 实行自动化操作十分重要；( 3 ) 串罐式无料钟炉顶设备简单，少一套料罐装置，重 量减轻了3 0 ，投资减少1 0 2 5 ，并罐式无料钟炉顶的一个料罐的上密封阀 出现故障时，另一料罐可维持生产，但下密封阀或料流调节阀出现故障时，两种 炉顶都会影响生产甚至休风。世界各国将无料钟炉顶设备的冶炼参数归结位为“三 高”吼( 1 ) 高熟料比，熟料比达9 4 以上。( 2 ) 高顶压，高炉的顶压一般在o 2 0 2 5 m p a 。( 3 ) 高风温，风温维持在1 2 5 0 1 3 0 0 c ，并采用富氧鼓风( 6 0 8 0 m 3 0 。 鉴于串罐式无料钟炉顶的优点，近年来新建或改建的高炉多采用串罐式无料钟炉 顶。 国内、外部分无料钟炉顶高炉见表1 1 和1 2 ：【9 】 3 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 3 无料钟炉顶布料的特征 1 3 1 布料在高炉冶炼中的地位 高炉冶炼是一个连续而复杂的物理化学过中，生产中要取得好的技术和经济 指标，必须实现高炉的稳定顺行。高炉布料通过变更装料制度，即装入顺序、装 入方法、旋转溜槽倾角、料线和批重等手段，调整炉料在炉喉的分布状态，从而 使上升的煤气流更加合理，以充分利用煤气能量，达到高炉稳产、顺行的目的。 高炉的顺行与炉型、炉温、渣铁管理也互为因果。相互影响，它们之间的相互关 系见图1 2 1 h ! ： 4 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 3 无料钟炉顶布料的特征 1 3 1 布料在高炉冶炼中的地位 高炉冶炼是一个连续而复杂的物理化学过中，生产中要取得好的技术和经济 指标，必须实现高炉的稳定顺行。高炉布料通过变更装料制度，即装入顺序、装 入方法、旋转溜槽倾角、料线和批重等手段，调整炉料在炉喉的分布状态，从而 使上升的煤气流更加合理，以充分利用煤气能量，达到高炉稳产、顺行的目的。 高炉的顺行与炉型、炉温、渣铁管理也互为因果，相互影响，它们之间的相互关 高炉的顺行与炉型、炉温、渣铁管理也互为因果，相互影响，它们之间的相互关 系见图l 。2 【1 1 l ： 4 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 表1 2 国外部分无料钟炉顶高炉【1 0 j t a b l e1 2o v e r s e a sp a r t i a n yb e l ll e s st o pb l a s tf u r n a c e 5 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 顺行 炉温 渣铁管理 图1 2 布料在高炉操作中作用 f i g1 2t h ef n n c t i o no f c h a r g l n gi nb l a s tf u r n a c eo p e r a t i o n 为达到高炉顺行的目标，要求高炉炉型合理，它的形状和主要尺寸必须适应 炉料和煤气在炉内运动的规律，炉料下降时受热膨胀，炉料被部分还原，初生渣 及软融带的产生，使炉料透气性变差，故高炉上部的断面逐渐扩大，保证炉料顺 利下降，这也和煤气上升过程中温度下降、体积缩小相适应。炉料在下部因其中 渣、铁逐渐熔化而体积缩小，故高炉断面也逐渐收缩。炉型不合理破坏煤气流分 布，影响料线，使炉温波动变大，炉前出渣铁困难。炉温也影响顺行，过低或过 高的炉温，都能使料线不均匀甚至滑料、悬料，使渣铁流动性变差，都对炉况顺 行不利。同样，渣铁管理跟不上会造成炉温波动大、下料不均匀，长期出不净渣 铁会造成炉身、炉缸粘结，影响高炉顺行。 1 3 2 高炉布料在高炉操作中的作用 高炉冶炼操作制度包括送风制度、装料制度、造渣制度和热制度，各个操作 制度之间既密切相关，又互相影响。合理的送风和装料制度，能实现煤气流的合 理分布，炉缸工作状态良好，炉况稳定顺行。高炉上部的煤气流分布调节是通过 变更装料制度，即装入顺序、装入方法、旋转溜槽倾角、料线和批重等手段，调 整炉料在炉喉的分布状态，从而使煤气流分布更加合理，以充分利用煤气能量， 使高炉稳定顺行、高效生产。 在钟式炉顶，炉喉和大钟间隙、大钟倾角、大钟下降的速度和行程、大钟边 缘伸出大料斗的长度等设备因素影响高炉布料，原料的装入顺序一般希望废铁和 石灰石装入炉子中心，常规装料方法是从正同装、正分装、混同装、倒分装、倒 同装、双装逐渐发展边缘。日常操作中，高炉往往根据各种装料方法的特点，采 用两种程序，其一个程序边缘较重，另一个程序边缘较轻，按规定的周期综合装 入炉内。无料钟炉顶通过旋转溜槽进行多环布料，容易形成一个平台，即料面由 平台和漏斗组成，通过调整平台形式调整中心焦炭和矿石量。当矿批一定时，平 台小，漏斗深，料面不稳定；平台大，漏斗浅，中心煤气流受抑制。在实际生产 中，适宜的平台宽度由操作实践决定，一旦形成，就保持稳定，一般不做调整对 6 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 象。 无论是钟式炉顶还是无料钟炉顶，布料对高炉操作的影响通常而言，通过高 炉的操作效果即用焦比和利用系数来衡量，成功的布料能带来以下影响： ( i ) 保持高炉的稳定顺行。 ( 2 ) 延长耐火材料和炉顶设备的寿命。 ( 3 ) 生产稳定的高质量的铁水。 1 3 3 无料钟炉顶布料的方式 无料钟旋转溜槽一般设1 1 个环位1 2 1 ，每一环位对应个溜槽倾角，由外向里， 倾角逐渐增大，不同炉喉直径的高炉，环位对应的倾角不同，布料可实现以下方 式： ( 1 ) 单环布料。单环布料的控制比较简单，溜槽只在个预定角度作旋转运动， 其作用与大钟没有多大区别，但调节比大钟灵活，大钟倾角固定布料角度也固定， 旋转溜槽倾角可任意设定，溜槽倾角越大炉料越靠近边缘。在大型高炉，单环布 料在倾动机构发生故障时模仿大钟布料。单环布料是一种应急的布料方式，短时 间内可维持高炉正常生产，使损失降低到最低程度，但长期使用不利于高炉稳定 顺行。 ( 2 ) 多环布料。多环布料可充分发挥无料钟炉顶的优势，布料在两个或两个以 上环位，形成数个炉料堆角，克服了单环布料和钟式炉顶布料炉料粒度偏析大的 缺点，小粒度炉料有较宽的范围，布料合理，能够大幅度提高各项经济指标，保 持高炉长期稳定顺行，并实现长寿目标。 ( 3 ) 螺旋布料。正常生产时多采用这种布料方式，它比多环布料更加灵活、更 加有效，是无料钟炉顶最基本的布料方式。螺旋布料从一个固定的角位出发，布 料溜槽作匀速回转运动的同时，作径向运动而形成变径螺旋进行布料。通过优化 布料矩阵可使煤气流分布合理，使入炉焦比、煤比及利用系数等指标不断提高， 生铁成本逐步下降，炉况更加趋于稳定，并使高炉的一代炉龄达io 年以上，创造 出巨大的经济效益。 7 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 一蔫 、o 卜一 锞嘲逢泌毯五龋缓除。f 、 卜磕遥雪兰国赫霹 萃珂帮辩 鹏爨鳓 蛋坪靠辩 hj ，、， p 曼 兰叫 定点布辩 眵矧 意神布料嚣的布辩 ，斌 图1 3 几种布料形式 f i g1 3s o m ef o r m so f c h a r g i n g ( 4 ) 定点布料。定点布料可在任意一个环位上进行，布料时溜槽停止转动。这 种布料为手动操作，布料仅在炉况异常、偏料严重、局部产生管道而崩料和长时 间封炉后开炉时炉料下降不均等情况下使用，定点布料可以迅速纠正偏料，有利 于恢复炉况，避免炉况怒化，彻底清除因偏料而附加大量净焦，降低能耗。 ( 5 ) 扇形布料。这种布料为手动操作，可在预选两个角度熏复进行布料，当高 炉周向下降不均，风口布局不合理，开炉恢复时料面不稳可采用。它可改善炉料 分布，避免炉料结构发生变化而导致高炉热制度失常，对恢复炉况能产生积极影 响，但使用时间不宣太长。 ( 6 ) 择返布料【13 1 。多环布料和螺旋布料一般为从大的溜槽倾角向小的倾角方向 进行，炉料入炉过程中溜槽靠自重下降，倾角变小，有利于保护炉顶设备。科技 工作者在研究了从料罐下料的粒度分布规律后发现：在料流调节阀打开后，粒度 小的炉料起初较多，随着料罐中炉料逐渐布入炉内，炉料整体粒度增大。为了避 免粒度小的炉料集中布在边缘，在炉料质量太差情况下，布料时先布对煤气流和 透气性影响不大的中间环位，随后布边缘和中心。这种布料要求炉顶设备性能高， 需要带负荷提升溜槽改变倾角。 ( 7 ) 组合布料。有些高炉根据以上布料方法特点，采用两种布料矩阵，形成合 理的布料结构。 上述布料发生控制和溜槽特征见表1 3 ： 8 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 表1 3 无料钟布料控制及溜槽运动特征 t a b l e1 3t h ec o n t r o lo fb e l l - l e s sc h a r g i n ga n dm o t i o nc h a r a c t e ro fc h u t e 1 3 4 布料在高炉操作中的作用 布料对高炉解剖中几个不同的区域作用各有不同。在高炉解剖时把高炉从上 至下分为块装带、软融带、滴落带、风口带和渣铁贮存带。原料以焦、矿分层的 形式被装到炉身块状带中，在炉料的下降过程中，它们保持层状分布，并且与预 热和还原的颗粒状炉料的煤气进行交互作用，其中的煤气是在回旋区通过利用鼓 风中的氧燃烧焦炭及其它喷吹物形成的。高炉的焦层和矿层分布，其大粒度的炉 料滚到了高炉的中心及边缘，形成一个m 型的料面形状。具有较小面积一体积比 的大粒度炉料没有小粒度炉料易于被还原，但是煤气更易于在大粒度炉料周围流 动，由于这种较强的煤气流具有较高的煤气温度和较高的还原性组分，煤气的利 用率没有在小粒度炉料周围高。在高炉炉料的中心区域，由于煤气管道效应的影 响将增强高炉的中心气流。高炉中布料受原料粒度和质量、鼓风状态、高炉的炉 型、高炉装料设备等因素影响。 3 。6 。的关系。开炉之初，切忌布料简单化， 机械地模仿大钟布料，采取n 矿= n # 的操作。这样只能得到边缘轻、中心重的“馒 头形”煤气曲线。对于每一料面水平，都有料流开始冲撞炉墙的临界倾角。当布 料角度大于临界倾角后，料面不再变化，失去调节作用。生产操作中，选用小于 临界倾角2 。3 。比较合适。 4 ) 布料角度一定时，升降料线同样导致堆尖的移动。影响与料线升降值成正 比。提高料线相当于减小a 角度，降低科线相当于加大a 角度，矿、焦不等料线 时，依同样原则具体分析。亏料线作业时为避免料流冲砸炉墙并保持气流的稳定， 应随料面下降而减小n 角度。 5 ) 角度和料线一定时，批重增减，除改变层混合均匀度外，层厚也变了，类 似于升降料线。其影响与批重增减值成正比。 首钢在多环布料方面做了大量的研究1 2 6 1 ，研究高炉炉料在炉喉分布的规律如 下：径向o c 比分机在边缘主要取决于qr “_ 和布料起始角度，在中心分布则主 要取决ar a _ 和最里环角度。因为它们分别决定了边缘和中心的焦尖位置和高度。 q ，n _ 的关系与单环布料相近。在边缘和中心之间区域o c 比应接近一致。随着 a 婶a 补布料起始角度和最里环角度加大，多环布料的效果趋于明显，限度是斜 面中间不出现凹坑。中间环角0 2 、0 3 的影响，取决于1 环本身的径向位置， 距边级或中心越远，影响越小。利用粒度偏析大的特点，控制径向粒度分布，也 是多环布料的重要手段。鉴于我国目前烧结矿小于5 m m 的粉粒较多、喷吹虽大和 冶炼强度高的特点，调整布料a 的取值以使料流落在炉喉煤气2 4 取样点之间比 较合理。既维持了顺行，又在占炉喉面积g o 的中间区内改善了煤气利用。 多环布科的必要条件是节流阀应保证每批布料时间和每批布料重量接近一 定。否则，环分配比失去控制，原定布料意图难以实现i 首钢5 高炉操作停留在 “以单环布料为主”水平的重要原因即在于此【2 7 j 。目前只能采取“以料批为单位， 用不同倾角布料周期循环”的方法。避开了节流阀的缺陷，比较简易但效果有限。 1 7 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 4 2 济钢1 7 5 0 m 3 高炉布料的摸索【2 8 i 济钢1 7 5 0 m 3 高炉投产之前，全部是3 5 0m 3 以下的高炉，在上部调剂理念建立 在钟式炉顶布料的基础之上，1 7 5 0 m 3 高炉开炉后，由于炉顶没有二次均压设备， 料罐内的压力比炉顶压力低1 0 1 5k p a ，料罐“蓬料”现象频繁，多环布料无法 实现，高炉不得不采用单环布料，为了保证边缘和中心两道煤气流顺畅，使用半 倒装矩阵，常见的矩阵为：c 8 “。边缘焦炭比中心多1 0 1 5 ，该布料方式在一 段时间内取得良好效果。但该矩阵存在很大缺点，表现在中心和边缘两道煤气流 交替突出，3 2 。焦炭布完后大部分焦炭在边缘，中心形成个很大的漏斗，布完 2 6 。的矿后，大部分矿布到中心，使中心o c 比过重，与布完2 2 。焦炭和2 6 。矿 石后正好相反，中心和边缘十字测温的温度交替突出。上部边缘和中心o c 比分 布呈正弦式波动，造成上部煤气流分布紊乱，进而导致炉况周期性波动，塌料、 亏尺时有发生，矿石在商炉的上部不能得到很好的预热和还原，风口频繁滑块， 炉缸温度长期不足，造成炉缸堆积。在认识到半倒装矩阵的缺点后，由于多环布 料无法实现，济钢工作者采用了模拟双钟布料，采用纯单环布料，应用时间较长 的矩阵是c o ：”，但此类矩阵仍然不能使炉况建立良好的顺行状态，主要原因有： 一是为避免长期发展边缘所带来的恶果，选则布矿的角度大于布焦的角度，角度 差维持在2 。3 。，二是同时矿、焦的布料倾角都比较小，炉料的落点靠近中心， 难形成稳定的矿焦平台，既不能稳定中心，又不能发展边缘。三是纯单环布料失 去了无料钟炉顶布料灵活的优势，边缘和中心都不能兼顾，形成彼此消长的矛盾， 单环煤气利用很差，炉顶c 0 2 的利用率始终在1 6 1 7 的低水平。在使用了二 次均压后采用了多环布料，高炉采用最多的矩阵是：c ；矿o 5 。，矩阵特点布 矿角度大布焦角度2 。3 。，控制焦炭最外层档位不大于3 2 。，矿最外层档位不 大于3 3 。高炉指标不但没有好转，反而恶化。在尝试多环的过程中，操作仍然 没有从单环布料的思维中跳出来，担心矿焦角度选取过大，边缘煤气流过死，炉 墙粘结的矛盾会很突出，而实际上根据2 0 0 4 年北京科技大学与济钢共同开发的“无 料钟炉顶布料仿真系统”模拟效果分析，这类矩阵仍然没有解决建立一个稳固的 焦炭平台问题，实际形成一个m 型料面，堆尖远离炉墙，基本上在炉喉半径中间 位置，边缘和中心矿焦比曲线平坦，边缘和中心煤气流不突出，管道、塌料现象 多。此后高炉操作一度陷入困境。2 0 0 4 年3 月，在尝试多种布料经验教训的基础 上，结合布料仿真软件模拟炉内布料情况，将溜槽布焦炭时倾角改为上倾，使料 面堆尖向外推移边缘焦炭量增加，形成一个稳固的、合适的焦炭平台，料面基本 上是一个v 型，在保证边缘有足够焦炭的同时，维持合适的边缘矿焦比，控制布 1 8 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 矿石堆尖比焦炭平坦堆尖位置远离1 0 0 2 0 0 m m ，布料矩阵如下：c r ；8 。f o r ；7 。高 炉生产恢复了正常，各项指标优化，高炉的利用系数达到了国内先进水平。 1 4 3 马钢布料摸索与经验 2 9 ，”1 马钢9 号高 炉( 3 5 0 m 3 1 于2 0 0 2 年1 月3 1 日点火投产，其装备的p w 紧凑i i 型 串罐无料钟炉顶在马钢中型高炉是首例。由于3 0 0 m 3 级高炉的炉喉直径小f 一般为 4 m 左右) ，很多高炉在布料模式上采用模拟有钟的单环布料，而没有采用多环布料， 影响了无料钟炉顶使用效果。无料钟炉顶的应用，首先解决的问题是准确布料， 通过料流实测而得到，合理的布料则通过生产实践摸索得到。开炉前设计了无料 钟炉顶料流轨迹和调节阀开度的实验方案，并利用开炉装料时未带风实测。首先 根据料流轨迹实验得出了料线、档位、溜槽倾角之间的关系，根据料流调节阀的 开度实验得出正常矿石流速和焦炭流速，选定了料流调节阀开度：焦炭为3 2 。， 矿石为2 8 。其开炉装料模式设计参照了钟式炉顶装料模式：以c o c o 为主，布 料时净焦为c 。，正常料为c 。o 尹，根据炉况过渡到c ：；0 ；，向多环发展，开 炉后1 0 天布料矩阵为c ：0 ：；，为发展边缘矩阵，基本保证了顺行。在第二阶段 布料从双环向多环发展，操作特点是更进一步发展中心，压制边缘气流，并在1 0 批布料中有2 环中心加焦，布料矩阵为9 c 4 。3 1 u 。54 3 + c ：5 5 。4 3 。在第二阶段布料调整 由于粗糙和随意而且对无钟炉顶布料规律和调剂煤气流作用认识不深刻，矿石布 料角度与焦炭布料角度一起变动，没有建立日常调节范围，对矿焦布料角度差认 识不足，高炉操作对多环布料一度失去信心，高炉稳定一时难以解决。第三阶段 炉况趋于稳定，主要是对无钟布料模式及调剂对煤气流影响有了进一步认识，通 过建立稳定的焦炭平台，缩小矿石和焦炭的布料角度差在l 。2 。，对布料倾角 角度调整范围由1 。减小到不超0 6 。，克服中心加焦中心过分发展的弊端，高炉 操作以多环布料( c 。5 。43 。u ：6 5 ，：) 为主，日常微调固定焦炭模式调整矿石布料，高炉保持 了顺行，指标也不断改善。 1 4 4 国内、外几家钢铁企业无钟炉顶布料矩阵与特点 3 1 , 3 2 , 3 3 3 4 3 5 】： 1 9 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 表1 9 国内高炉布料矩阵与布料特点 t a b l e1 9n a t i v eb l a s tf u r n a c ec h a r g i n gm a t r i x e sa n dt h e i rc h a r a c t e r s 2 0 东北大学硕士学位论文 第二章本论文研究的目的及意义 第二章本论文研究的目的及意义 2 1 研究目的及意义 5 0 年代以来，高炉工作者以上部调莉作为控制高炉行程和改善能量利用的重 要手段，而炉顶布料是上部调剂的核心部分。随着各工业国家为提高效率，高炉 炉容不断扩大，对炉顶布料设备的要求越来越高，用马基式布料器加上交径炉喉 解决了高炉中心布矿的问题，但双钟炉顶布料当炉顶压力高时，密封效果差，使 大钟很快磨损，为了解决这些闯题，曾出现三钟、四钟、双钟双阀、双钟四阀等 装料设备，都因为存在设备复杂而且安装不方便等缺陷而限制炉顶布料。炉顶布 料的革命为p w 公司设计应用的为并罐式无料钟炉顶，1 9 7 2 年1 月8 日，在原联 邦德国蒂森钢铁公司汉博恩厂4 号1 4 4 5 m 3 高炉上首先安装使用，高炉投产后，因 为其结构简单、设备重量轻、密封性能好、布料灵活、维修方便、节省投资等优 点，引起了广泛的关注。在其后的2 0 年里，各国对无钟炉顶布料作规律了大量的 研究。1 9 7 9 年在首钢1 3 2 7m 3 高炉上，我国第一次采用了并罐式无料钟炉顶设备， 随后这一技术在我国被得到了广泛使用。我国对高炉布料规律的研究进行了多年， 起初不能进行定量计算，高炉依靠反复实践进行摸索。以刘云彩、安云沛【3 6 j ”同 志为代表的炼铁工作者作了大量研究，很好的指导了我国无钟炉顶布料的生产。 无料钟炉顶布料技术以前只在1 0 0 0 m 3 高炉上使用过。近年来国内一些3 0 0 m 3 级高炉如三明、杭州、柳州等钢铁企业先后应用了各种形式的无料钟炉项设备， 并取得了很好的经济指标。这些企业在无料钟炉顶的布料方式、设备维护和操作 上都已经有了较为成熟的经验。安钢炼铁厂七高炉( 3 8 0 m 3 ) 5 ：2 0 0 2 年5 月2 8 日点 火投产，高炉采用了s s - 4 0 0 型无钟炉顶、1 5 0 0 轴流风机、炉身水冷模块、炉顶 红外摄像、热风炉前置预热器等多项新技术，但高炉投产后生产指标一直不太理 想，且与全国同类型高炉先进水平相比差距较大( 见表2 1 ) ，其原因主要有：( 1 ) 原 燃料条件的波动：( 2 ) 炉顶设备故障率较高，影响了高炉的正常生产；p ) 高炉操作 者对无钟炉顶布料认识不足，未完全了解掌握无料钟炉顶布料规律；( 4 ) 随着生产 的进行，水冷模块部位砖衬的侵蚀引起高炉内型的变化，高炉难操作。 从表2 1 中可以看出，我公司炼铁各方面条件与全国同类型高炉先进水平相 比，基本相同，在生产中通过对七号高炉炉顶设备缺陷的改进和高炉操作的技术 攻关，找出适合于七号高炉的操作方针，可以达到高炉高产、优质、低耗的目的， 高炉利用系数可达到3 5t m 3 d 以上。 2 1 东北大学硕士学位论文第二章本论文研究的目的及意义 表2 12 0 0 3 年国内部分3 8 0 0 级高炉技术经济指标 t a b l e2 。le c o n o m i ca n dt e c h n i q u ei n d i c a t o r so f n a t i v e3 8 0m 3b l a s tf u r n a c 鹤i n2 0 0 3 企业炉号繁黧戳戳警入炉品位焦碳灰份絮篙宅2 杭钢4 4 5 03 9 74 1 11 2 71 0 6 66 0 5 21 2 2 38 9 9 30 6 11 8 6 8 三明 3 3 8 03 ，9 84 0 41 0 7l1 2 65 9 9 01 2 4 58 0 3 80 5 31 9 7 8 2 6 7 233 6 04 0 43 8 11 2 911 3 55 9 0 51 2 4 98 9 0 50 3 31 9 7 7 北台 13 5 03 8 44 6 58 41 0 2 56 0 6 21 2 。7 87 9 4 60 。5 4】6 4 9 安钢 63 8 0 3 2 95 5 709 8 35 8 6 41 3 2 58 2 1 00 6 31 8 1 2 安钢 73 8 0 3 2 7 5 5 70 1 0 0 25 8 6 21 3 2 58 2 1 00 5 91 8 o o 由于公司总体生产钢大于铁，炼铁产量的提高有利于进一步维系公司的生产 平衡，七高炉进一步提高产量，不仅可以充分发挥其新技术新装备的优势，缩小 与全国先进水平的差距，同时还可以提高公司的整体效益，具有很强的现实意义。 通过对七高炉高产的技术攻关，解决生产中的问题，特别是无料钟炉项布料操作 方法，可以充分发挥无钟炉顶高顶压、高炉使用高风温的优势，还可以为2 2 0 0m 3 高炉无料钟炉顶方面提供j 定的操作经验。 2 2 课题研究内容 本课题结合安钢现场生产条件，研究的主要内容包括： ( 1 ) 对料面进行钡9 试，测试截流阀料流，绘制不同原燃料的特性曲线图，同时 对无钟炉顶功能进行校核，测量设备对心情况、料罐最大装料能力，找出开炉时 布料矩阵； ( 2 ) 对影响布料的气密箱、旋转溜槽进行改进，实现炉顶布料准确可靠； ( 3 ) 计算理想状态下料流轨迹，为生产提供依据，研究3 8 0 m 3 级高炉溜槽角度 补偿情况： ( 4 ) 研究七高炉单环、双环布料规律，在不同调剂下( 矿批、布料角度、料线等) 与炉型之间的关系，炉型失常时的调剂； ( 5 ) t 业试验大矿批、多环布料、中心加焦等炉顶布料技术； ( 6 ) 在试验基础上对高炉操作全面改进，实现高炉产量提高，指标全面优化。 2 - 3 安钢七高炉布料规律研究方案 ( 1 ) n 用装开炉料的机会，钡4 量料面，布料器功能，找出开炉布料矩阵； ( 2 ) 在生产中认真总结不同调剂时炉况变化，对不同调剂下( 如布料倾角改变、 矿批增减、料线变化等) ，通过能利用的手段与工具，认真总结调剂后的变化，找 出适合高炉操作的布料规律