（冶金工程专业论文）酒钢高炉上下部调剂研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 酒钢高炉上下部调剂研究 专业：冶金工程 硕士生：贺学兵 导师：邹德宁副教授 马质廉高工 摘要 本文以酒钢高炉炼铁实践为依据，系统研究和分析了高炉上下部调剂技术对高炉冶炼的影 响。认为高炉上下部调剂是高炉炼铁的核心技术，每一项新技术的应用都立足于高炉上下部调 剂的正确结合。 根据实验室模拟及炉顶布料试验的分析研究得知，在酒钢高炉的技术装备和原燃料条件下， 上部调剂应以分装多环布料为基本的上部调剂模式；下部调剂应以上下部调剂的匹配为核心， 在保证全开风口工作的前提下，采取较高的鼓风动能与短风口、喷煤及富氧等技术相结合。对 酒钢高炉长期存在的上部批重小和下部炉缸不活的问题，提出了杜绝长期堵风口作业的操作习 惯，以确保规则的高炉工作炉型和良好的炉缸工作状况。高炉操作只要保证“上稳下活”，多环 布料便能发挥出其应有的效果。 将提出的以全开风口作业和大批重分装为基础的多环布料的上下部调剂措施用于实际生产 之后，炉缸工作曰趋均匀、上部气流分布逐步稳定，高炉实现了长期稳定j i 顷行的目标，促进了 高炉的增产降焦工作，使酒钢的高炉操作水平取得了历史性的突破。截止2 0 0 2 年底，高炉焦比 降至4 3 0 k g t ，高炉煤比达l o o k g t ，取得了显著的经济效益。 理论分析和生产实践表明，在目前酒钢冶炼条件下，1 号高炉( 1 8 0 0 m 3 ) 最佳批重为4 8 吨， 鼓风动能l l o 1 3 0 k j s ；2 号高炉( 1 0 0 0 m 3 ) 最佳批重为2 8 吨，鼓风动能8 0 9 0 k j s 。 关键词：高炉冶炼上下部调剂改进措施增产降焦 西安建筑科技大学硕士论文 s t u d y o nt h e t e c h n i q u e o fs i m u l t a n e o u s c o n d i t i o n i n go fu p p e ra n d l o w e rp a r t so fbia s tf u r n a c e s p e c i a l i t y ：m e t a l l u r g i c a le n g i n m a n g n a m e ：h e x u e b i n g s u p e r v i s o r ：z o ud c u l n g m az k l i a n a b s t r a c t b a s e do nt h ep r a c t i c eo fi r o n - m a k i n gi nj i u q u a ni r o n & s t e e lg r o u pc o t h ei n t l u m c e so f s i m u l t a n e o u sc o n d i t i o n i n go f u p p e ra n dl o w e r p a r t so n b l a s tf i l l t l a c ei r o n - m a k i n gw e r es t u d i e d i tw a s c o n s i d e r e da st h ek e r n e lt e c h n i q u ef o rb l a s tf u n l a c e e v e r yn e w t e c h n i q u e w h i c hb e p u ti n t op r a c t i c ea l l d e p e n d s o n a c c u r a t e l y c o m b i n a t i o n w i t h s i m u l t a n e o u s c o n d i t i o n i n g o f u p p e r a n d l o w e r p a r t s m e a s u r e s a c c o r d i n g t ot h ee x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h et e s t i n ga n a l y s i so f b u r d e nd i s t r i b u t i o ni n t h ef i l m a c e i o o f , i tw a sf o u n d t h a tc e r t a i nr o l e ss h o e db ef o l l o w e du n d e rt h ec o n d i t i o n s o f j i u q u a nb l a r e f u m a c o e q u i p m e n t s a n dr a w m a t e r i a l s a d j u m m m t m e a s l l r e so f m e u p p e rp a r ts h o u l dc o m p l y w i t ht h e b a s i c p r i n c i p l eo f s e p a r a t e a n d m u l t i - - r i n g b u r d e nd i s t r i b u t i o n , a n dt h ek e r n e lo f a d j a s t m e n tm e a s u r e s o fl o w e r p a r ts h o u l d b em a t c h i n gw i t ht h es i m u l t 锄c o u sc o n d i t i o n i n go f u p p e ra n dl o w e r p a r t s u n d e r t h e p r e c o n d i t i o n o f f r i l l y - o p e n t u y e r e s ，h i g h b l a s t k i n e t i c e n e r g y s h o u l d b e e r n p l o y e da n d c o m b i n e d w i t h t h et e c h n i q u e s ，s u c h 勰：s h o r t - t u y e r e ，c o a li n j e c t i o na n dr i c ho x y g e n ap r o p o s a lw a so f f e r e df o r f o r b i d d i n g t o b l o c k t h e t u y e r e a o v g a a l o n g p e r i o d o f t i m e , s o t h a t r e g u l a r b l a s t f u h l a c es h a p e a n d m e a d ) w o r kc o n d i t i o no f f u m a c eh e a r t hc o u l db eo b t a i n e di nt h e p r o c e s so f f u r n a c eo p e r a t i n g , a sl o n g a st h e g u i d e l i n e u p p e r - p a r tb e i i l gs t e a d ya n d l o w e rp a r fb e i n ga c t i v e b ee n s u r e d t h ee f f e c to f m u l t i - r i n g b u r d e nd i s t r i b u t i o nw o u l d g o i n t oe f f e c t a f t e rt h ep r o p o s e dm 翩s i 艄b 她p u ti n t op r a c t i c e , s u c ha s ：f u l l y - o p e n e dm y e r ew o r k i n ga n d m u l t i - r i n g b u r d e nd i s t r i b u t i o no nt h eb a s i so f s e p a r a t ec h a r g ea n d h e a v yb u r d e n , w o r k i n gc o n d i t i o no f f u r n a c eh e a r t hb e c a m eu n i f o r mg r a d u a l l ya n dt h eg a s - f l o wd i s m b u t i o no f t h e u p p e r f u m a c cw e n ti n t o s t a b l es t a t e t h el o n g - t e r ms t a b l ea n di n r e g u l a rs e q u c e f u r n a c e g o a l w a sa c h i e v e d t h el e a j t 撕o no f i n c r e a s i n gp r o d u c t i o na n dr e d u c i i l gc o k ew a s a c c e l e r a t e d t h eo p e r a t i n gl e v e lo f j i u q u a nb l a s tf u r n a c e r e a c h e dt h eh i g h u g h tl e v e li nt h e h i s t o r y t i l ll l l ee n do f 2 0 0 2 ，c o k er a t i of e l lt o4 3 0 k g t f e , c o a lr a t i o r e a c h e dt ol o o k g t f e r e m a r k a b l ee c o n o m i cb e n e f i t sw e r eo b t a i n e d 西安建筑科技大学硕士论文 f r o mt h et h e o r i c a la n a l y s i sa n dt h ep r a c t i c e , u n d e rp r e s e n tm e t a l l u r g i c a lc o n d i t i o no fj i u q u a n , 雠d i r e c t i o n ss h o u l db ef o l l o w e d f o r1 4b f ( 1 8 0 0 m 3 ) ，t h eo p t i m i z e db u r d e nw e b , a ti s4 8 t o n , b l a s t k i n e t i ce n e r g y11 0 1 3 0 k j s ；f o r2 “b f ( 1 0 0 0 m 3 ) , t h eo p 血- m z e db u r d e nw e i g h ti s2 8 t o n , b l a s tk i n e t i c e i l e i g y8 0 9 0 k j s k e y w o r d ：b l a s tf u r n a c es m e l t i n gs i m u l t a n e o u sc o n d i t i o n i n go f u p p e r a n dl o w e rp a r t s i p m v e d m e a s u r e s i e r e a s i n g p r o d u c t i o na n d r e d u c i n g c o k e 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 7 论文作者签名：獭 日期： 抄钐亏 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保鼠送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) i 芝篡薹羔锡剔磴轹勺2 吟聃：沙3 p注：请将此页附在论文首页。 1 | 西安建筑科技大学硕士论文 1 1 前言 1 文献综述 我国是世界上最早用铁的国家之一。据历史资料记载，殷代就出现了铁器，至春秋时代， 中国已有了较大规模的冶炼鼓风炉，发明了生铁的冶炼及铸造技术，铁器在农业、军事上有了 广泛的应用，使社会逐步由铜器社会过渡到铁器社会。东汉初期，我国南部地区发明了水力鼓 风机和风力鼓风炼铁炉，这是炼铁史上的一大仓0 举，其结果大大节省了人力，并实现了不间断 鼓风，使炉温提高，产量增加。南北朝前后，开始采用石炭作燃料，宋朝开始采用木风箱鼓风， 风量大幅度增加。至宋代，又发明了有活塞和活门的木风箱，使冶炼技术日臻完状况a 我国炼铁技术的发明比欧洲早1 7 个世纪，至公元1 3 1 4 世纪时，炼铁技术才传入欧洲。 近代炼铁技术的发展，是由1 8 世纪欧洲爆发工业革命开始的，1 8 2 0 世纪这2 0 0 年中， 炼铁技术经历了以下几个突破性的发展阶段：( 1 ) 1 7 0 8 年，英国首先开始用焦炭代替木炭，为以 后高炉向大型化发展打下了基础。( 2 ) 1 9 世纪初，英、俄采用蒸汽鼓风机，鼓风能力大大提高， 为扩大炉缸直径刨造了条件。( 3 ) 1 8 2 9 年，英国人发明了高炉煤气加热鼓风，用热风代替冷风的 技术。( 4 ) 上个世纪5 0 年代开始使用人造富矿，解决了天然富矿奇缺、冶金性能差的问题。( 5 ) 上 个世纪6 0 年代开始采用综合鼓风技术，从风口喷入燃料代替部分焦炭，大大缓解了炼焦煤的 供应问题。( 6 h 眸来计算机技术的应用，使高炉生产实现了操作人工智能化，多数部位实现自 动连锁控制，大大减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 我国虽然是世界t 炼铁发展最早的国家之一，欧洲的炼铁技术也是从中国输入的，但是当 欧洲正在进行工业革命，高炉生产向着大型化、机械化、电气化方向发展，冶炼技术不断完善 的时候，中国却处在落后的封建统治时代，发展非常缓慢，以至到1 9 世纪末，不得不转而从欧 洲输入近代炼铁技术。清末洋务派首领张之洞于1 8 9 0 年首次在汉阳建造了两座日产i 0 0 吨生铁 的高炉，迈出了我国近代炼铁的第一步。1 9 4 3 年是我国解放前生铁产量最高的一年，为1 8 0 万 吨，后来由于战争的破坏，到了1 9 4 9 年，生铁年产量仅为2 5 万吨。旧中国留下的钢铁工业是 一个陈旧落后，残缺不全的烂摊子。解放初期，我国炉容在3 0 0 m 以上的高炉只有1 6 座。在恢 复生产的初期，东北的炼铁厂采用的是日本所沿用的高炉操作技术，风量少、卢弛鄙氐、焦比高， 容积为6 2 0 m s 的鞍钢2 号高炉的生产能力仅为5 0 0 t d 。5 0 年代，鞍钢结合实际，认真推广苏联 的炼铁经验。如：用自熔性高烧解决了鞍山细精矿的造块问题，否定了鞍山细精矿只能生产方 团矿的结论；在此基础t ，解决了冶炼i s i o 9 以下的炼钢生铁问题。1 9 5 8 年，本钢铁两座 3 0 0 m s 级高炉( 1 号3 3 3m 3 ，2 号3 2 9 寸) 创造了高产经验。 西安建筑科技大学硕士论文 首先是改善原燃料质量，如进行高烧过筛，筛除小于5 m 粉末，提高高烧品位：其次是 采用提高压差的办法增加风量，提高冶炼强度：再就是采用改变装料制度，增加批重，扩大 风口直径等办法。通过这些技术操作措施，使高炉的利用系数由1 3 1 4 提高到2 2 2 4 。 本钢一铁总结出的“以原料为基础，以风为纲，提高冶炼强度与降低焦比并举”的高炉操作 方针后来成为指导全国炼铁的技术路线，虽然大跃进中有严重的浮夸风，造成严重损失，但 在解放思想上是有贡献的。1 9 6 1 年国家进行经济调整，钢铁工业由“大上”转为“大下”，相 当多的炼铁厂停产、减产。1 9 6 0 年全国产铁2 7 1 6 万吨，1 9 6 1 年降为1 2 8 1 万吨，1 9 6 2 年降为 8 0 5 万吨，1 9 6 3 年进一步降为7 4 1 万吨。高炉强化是高炉操作的课题，低冶炼强度操作则是 经济调整阶段带来的新课题。通过克服高炉低冶炼强度操作带来的一系列困难，使高炉工作 者对高炉冶炼规律的认识得到了深化。1 9 6 3 年因我国甩掉了“贫油国”的帽子，重油供应开 始充裕，鞍钢高炉开始试验喷吹重油，取得成功后在全国重点钢铁厂得到推广。1 9 6 4 年，首 钢高炉喷吹煤粉试验成功，并在一部分铁厂得到推广，当时欧美掌握高炉喷煤技术的也只有 a r m c o 的a s h l u n d 工厂。在这些独立开发出来的技术推动下，虽然生铁产量因大批高炉下马， 而低于大跃进时期，但1 9 6 6 年的高炉技术经济指标却达到了最好水平。重点企业的高炉焦比 降至5 5 8 k g t ，仅次于日本，居当时世界第2 位。某些大量喷吹的高炉焦比降至4 0 0 k g t 水平， 属当时国际领先水平，“文革”期间，随着运动时起时伏，生铁产量时降时升。党的十一届三 中全会后，我国钢铁工业进入了新的发展阶段。1 9 7 8 年以来，我国陆续引进了欧美、日本的 当代先进工艺技术。宝钢一期成套引进了日本7 0 年代后期包括原料场、烧结、焦比、高炉炼 铁等整套先进技术。其它局部引进的技术包括无料钟炉顶，高烧冷却等。这些引进技术促进 了我国炼铁系统的技术进步，我国炼铁技术进入了引进技术与独立发展相结合的阶段。到1 9 9 6 年，我国已成为世界第一产铁大国。2 0 世纪末期，我国高炉喷煤技术方兴未艾，宝钢独立开 发的高炉大煤量喷吹操作技术处于世界一流水平，煤比达到2 5 0 k g t ，焦比降至2 5 0 k g t ，伴 随高炉煤比的提高，高炉利用系数继续攀升，有一批3 0 0 m 3 的高炉利用系数超过了3 5 t m 3 - d 。 建国以来历年生铁产量变化如图1 1 所示。 酒钢高炉始建于1 9 5 8 年，但由于历史原因，直至1 9 7 0 年炉容为1 5 1 3 m 3 的1 号高炉才建 成投产。由于走的是一条先建高炉，再建前道工序的道路，搞简易出铁，原矿入炉，使注定 了酒钢炼铁一开始就与艰难困苦相伴，炉况长期不顺，低产高耗。7 0 年代初期，矿石入炉 品位仅为3 8 0 3 9 0 9 6 ，有害元素含量高，其缺点是碱负荷、硫负荷高，分别高达1 2 k g t 和1 6 k g t ，化学成份波动大。当时高炉生产水平十分低下，指标相当落后，焦比高达 1 5 0 0 k g t ，比同行业的焦比高出近两倍，生铁合格率很低，7 0 年代1 号高炉的主要技术经 济指标见表1 1 。 2 西安建筑科技大学硕士论文 图1 i新中国成立后历年铁产量变化情况 表1 17 0 年代l 号高炉的主要技术经济指标 产量焦比利用系冶强入炉品风温煤气熟料比 年份合格率 tk g t数t m 3 畦t m d位c 1 9 7 31 7 6 4 4 48 4 9 31 2 0 80 3 5 20 4 2 33 8 1 16 4 99 37 2 8 9 1 9 7 42 2 4 2 8 97 1 6 01 0 7 6o 4 4 10 5 1 34 0 8 96 5 11 0 o6 9 4 8 1 9 7 52 3 9 8 3 37 5 1 19 8 60 4 7 20 4 6 84 1 7 76 7 31 0 16 9 5 9 1 9 7 62 6 3 2 1 47 3 5 49 2 2o 5 0 90 4 7 44 4 2 66 9 48 87 3 9 7 1 9 7 72 7 8 6 0 23 3 9 68 0 10 5 4 60 5 2 24 4 5 57 6 01 0 09 0 7 0 1 9 7 83 6 4 1 5 76 6 4 67 2 30 8 6 70 6 1 24 6 2 68 1 01 1 39 1 6 8 1 9 7 94 7 5 6 3 29 9 o o7 0 50 9 3 00 6 3 84 7 5 98 6 91 1 59 7 1 8 随着1 9 7 2 年l 号烧结机的投产，高炉熟料比上升，但是高烧品位低，冶金性能差，炉况长 期不顺，长期 氐料线作业，高炉操作是“洗不完的炉子，恢复不完的炉况，炸不完的瘤”。直到 1 9 7 9 年3 月，酒钢高炉才结束最后一次休风降料线炸瘤的历史。8 0 年代初中期，采用了许多新 工艺、新技术，高炉的技术经济指标逐年改善，1 9 8 1 年到1 9 8 3 年，生铁产量每年增长1 0 万吨， 1 9 8 3 年产铁5 0 万吨，1 9 8 6 年产铁7 0 万吨。焦比也随之下降。1 9 8 9 年1 2 月1 6 日，炉容为7 5 耐 的2 号高炉投产，结束了酒钢单高炉生产的历史，9 0 年代的高炉生产可以划分为两个阶段。1 9 9 7 年以前，炼铁生产也一度取得过比较理想的技术经济指标，但终因原燃料质量太差和炉型结构 3 西安建筑科技大学硕士论文 不合理，高炉没有走出失常的怪圈。1 9 9 7 年以后，伴随着以高碱度高烧为主，以部分球团高烧 和少量富块矿为主的高炉合理炉料结构的确立，高炉的强化问题得以解决，利用系数逐年提高。 至2 0 0 0 年，高炉利用系数达到2 0 t m d 以上。随着冶炼强度的提高，随之而来的是焦比居 高不下的难题困扰酒钢炼铁达四年之久，直到2 0 0 1 年，对高炉操作技术进行了重大调整，这一 问题才迎刃而解。酒钢高炉投产以来历年产量情况见表1 2 、图1 2 。 表1 2酒钢高炉历年铁产量表( 吨) 年份 1 9 7 01 9 7 l1 9 7 21 9 7 31 9 7 41 9 7 51 9 7 61 9 7 71 9 7 81 9 7 91 9 8 0 产量 1 3 6 8 41 0 1 0 5 61 2 1 2 2 31 7 6 4 42 2 4 2 8 92 3 9 8 3 32 6 3 2 1 4 2 7 8 6 0 23 6 4 1 5 74 7 5 6 3 24 3 5 3 2 3 年份 1 9 8 11 9 8 21 9 8 31 9 8 41 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 8 81 9 8 91 9 9 01 9 9 l 产量3 7 0 5 6 74 1 0 1 2 6 5 0 1 5 9 2鹌0 4 3 66 1 9 1 6 17 0 6 1 5 76 7 6 7 8 46 5 0 1 7 2 6 0 1 8 7 24 4 5 9 6 89 0 0 3 2 4 年份 1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 产量9 7 0 7 6 21 0 4 3 3 7 11 0 8 0 4 0 11 1 1 2 9 0 41 1 1 9 4 0 41 3 4 4 8 0 31 3 6 0 0 5 41 7 8 0 0 0 01 8 5 0 0 0 02 0 5 0 0 0 0 图1 2酒钢高炉投产以来历年产量情况 1 2 高炉上下部调剂的一般原则 高炉基本操作制度包括：送风制度、装料制度、造渣制度和热制度。调节手段主要有下 部调剂、上部调剂和负荷调剂。下部调剂的目的是保持适宜的风口回旋区和理论燃烧温度， 使气流分布合理，温度分布均匀，热量充沛稳定，炉缸工作活跃。调剂方法一是根据冶炼条 件和要求，选用适当的风口面积和合理的送风制度；二是正确判断炉况，及时采取日常调剂 措施“1 。上部调剂就是通过选择装料制度，以控制煤气流分布的一种调剂手段。上部调剂的目 的是依据装料设备的特点及原燃料的物理性能，采用各种不同的装料方法，改变炉料在炉喉 的分布状况，达到控制煤气流合理分布，以实现最大限度地利用煤气的热能与化学能。高炉 上下部调剂是炼铁技术的核心，高炉炼铁每项技术的发展，都立足于正确地运用上下部调剂， 4 西安建筑科技大学硕士论文 尤其是近年来发展较快的高炉喷煤技术和长寿技术，甚至连负荷调剂在很大程度上都受到上 下部调剂的制约。 “下部调剂是基础，上下部调剂相结合”是高炉炼铁的基本准则。下部调剂决定着炉缸工 作的好坏及初始气流的分布，因此，它对整个高炉冶炼的基本变化过程起决定性作用，是高炉 正常工作的基础，也是上部调剂的基础。同时也要重视上部调剂的作用，上部调齐情i 段多样灵 活，便于适应冶炼条件的变化，下部调剂只有在上部调剂的有机配合下才充分发挥作用。 提高冶炼强度时，下部宣扩大风口面积，上部可增大批重，采用疏松边缘的装料制度，降 低冶炼强度时则相反。 风口不变，在一定范围内提高冶炼强度和喷吹量，要相应地疏松边缘，根据情况采取加大 批重或其它装料制度来控制气流分布。 随时观察和分析炉况征兆现象，判断和确定调剂的方向和方法。一般先进行日常的下部调 剂，其次用上部调剂，最后才调整风口面积和长度。特殊情况也可不拘泥于上述程序，而同时 采用上下部调剂手段。 各高炉的设备、类型不尽相同，冶炼品种和使用原燃料也有差别，虽然上下部调剂的原理、 规律相同，但在具体运用时各高炉有其最适宜的经验方式和尺度。 13 国内外高炉上下部调剂的概况 上个世纪4 0 年代后期，苏联的炼铁技术居国际领先水平，巴甫洛夫院士总结了欧美高炉炼 铁理论和实践经验，使炼铁理论系统化，并领导科研小组，在苏联高炉上进行了许多研究。1 9 5 0 年蔡博同志引进了苏联料车式炉顶调剂技术，结合鞍钢具体条件先后在三座料罐式高炉进行试 验，经过两年实践摸索，于1 9 5 2 年明确了在鞍钢高炉原料和设备条件下，各可调因素对炉料在 炉顶分布的影响，形成了我国第一部料罐式高炉上部调剂规程。这在当时世界上，也只有少数 国家才有。1 9 5 3 年后，鞍钢系统地研究了原料特性和各种装料制度对炉内布料和煤气的影响， 明确了各种矿石的布料特征，推出了矿石分装法、综合装料法和周期装料法等，利用周期加净 焦或净矿方法调整矿石批重，利用装罐次序调整煤气分布。形成了部比较完整的上部调剂法 则，成为经常性上部调剂手段。由此，高炉操作技术向前迈进了一大步。 从世界范围内看，上部调剂的发展得益于炉顶布料设备的改进。第一个兼有布料的回收煤 气的炉顶设备是1 8 5 0 年在英国应用的巴利式布料器，它用手工操作，炉料放进料斗后，开大钟， 炉料沿大钟斜面布到炉内，使炉内料面呈漏斗形：边缘料面高，中心料面低“。一百余年来， 高炉炉料分布基本沿用巴利式大钟布料器所形成的漏斗形。巴利式布料器除结构上的缺点外， 布料也不均匀。如果料斗旋转，则堆尖位置可以变化，从而减少炉料在料斗内的不均匀性。布 朗式布料器是最初期的旋转式布料器。布朗式布料器是单钟的，使用过程中发现它不能从根本 5 西安建筑科技大学硕士论文 上克服巴利式布料器密封性不佳的缺陷。1 9 0 7 年美国马基公司设计的马基式布料器，继巴利式 布料器之后，进行了高炉布料的第二次革命”。在出现的短短2 0 年内，美国1 5 0 座高炉几乎全 部采用马基式布料器。除美国以外，它在世界范围内也得到迅速推广。到现在它己成为世界大 部分高炉的布料设备。马基式布料器继承了巴利式大钟、大斗的优点，并且用双钟双斗克服加 料时煤气漏出的缺陷：它吸收了布朗式布料器旋转的长处，使小钟、小斗一起旋转，把炉料按 六站( 每站6 0 。放到大斗内。这样就使炉料堆尖较均匀地分布在大斗里。随着钢铁工业的发展， 高炉容积日渐扩大。冶金专家对高炉深入研究后发现，马基式布料器也不是完美无缺的。首先， 炉料在小斗内分布不均匀，这种不均匀性，在炉料下到大斗内及随后下到炉内时依然存在。其 次，炉料在炉喉内按一定堆角分布；随着高炉容积扩大，矿石可能很少或者根本布不到高炉中 心，中心气流容易发展，影响煤气利用。美国s p k i n n e y 的试验表明，随着炉喉直径增加， 保持炉喉间隙6 0 9 6 毫米，矿石批重相应增加。试验结果如表1 1 所示。1 。 从表1 1 所列试验结果看出，炉喉直径由5 3 m 增到6 4 i i l ，炉喉面积增加8 2 5 中心无矿部 分的面积增加6 2 6 5 。无矿部分占炉喉整个面积由5 5 增到1 8 9 9 6 。由此s p k i n n e y 得出结 论：炉喉直径超过5 孙，炉料分布将不理想。这种结论，使部分美国高炉的炉喉直径偏小，出 现“瓶式高炉”。以巴甫洛夫为首的前苏联学派研究表明，马格尼托哥尔斯克厂的炉喉直径为 5 ，8 m 的高炉，虽然矿石布不到中心，但“无矿区”的煤气利用并不差。这些结论使前苏联1 3 0 0 m 的标准高炉炉喉直径达6 5 m 。冶炼效果良好。上个世纪6 0 年代，巨型高炉不断出现，各工业 国家为提高效率，增强竞争能力，高炉容积扩再扩，大钟式布料器面对巨大直径的炉喉，中 心布矿过少的现象更加突出；中心料面和边缘料面高度之差，随炉喉直径增大而增大。以炉料 炉内堆角为3 0 8 。计算，料面高度差h 如表1 2 。 表i 3炉喉直径与炉料分布 直径，m矿石环面积，m 2 无矿部分面积占 中间无矿部圈宽度矿石环中心无矿部炉喉 炉喉直径炉喉面积， 分直径 m 圈面积分面积面积 5 21 22 01 9 9 21 1 72 1 15 5 5 51 52 o2 1 8 61 8 32 3 77 7 5 81 82 02 3 6 62 6 52 6 31 0 5 6 12 12 02 5 鹃3 5 92 9 21 2 3 6 42 42 02 7 4 74 6 63 2 11 4 5 6 72 72 02 9 3 85 9 23 5 31 6 7 7 03 02 03 1 2 67 3 038 61 8 9 6 西安建筑科技大学硕士论文 表1 4料面高度差h 与炉喉直径之间的关系 l炉喉直径 2 53 54 75 66 77 38 29 81 11 24 i料面高度差h 0 7 51 0 41 4 01 6 72 o2 1 82 4 42 9 23 2 83 5 8 为解决上述矛盾，出现了变径炉喉。第个变径炉喉投产于1 9 6 4 年，是德国克虏伯公司设 计建成的。变径炉喉在炉喉内有一组活动钢板，这组活动钢板以可按布料要求在炉喉里面形成 一个“新炉喉”，入炉的料碰到钢板反弹入炉内，从而将炉料布到炉内指定的位置。显然，马基 式布料器再加变径炉喉，解决了中心布矿问题。马基式布料器在低压高炉上使用，其密封l 生尚 能足要求；炉顶压力超过0 1 4 7 m p a 以上，容易漏气，使大钟很快磨损，更换大钟要费很多时间。 为解决这些困难，曾出现三钟、四钟、双钟双阀、双钟四阀等多种形式的装料设备，试图克服 马基式布料器的缺陷。虽然这些新型布料设备各有优点，但设备复杂，在巨型高炉上必须与结 构复杂的变径炉喉配套使用，而且还不能省掉运输和安装均很不方便的大钟，而变径炉喉在炉 料入炉过程中又多一次碰撞机会。马基式布料器的所有这些缺陷，都推动了新型布料器的诞生。 第一个无钟布料器于1 9 7 2 年投产于德国蒂森钢铁公司h a l i l b o r n 厂，这是由卢森堡p a u w a r t h 公司在e l e g i l l e 主持下设计的。它以全新的原理，克服了马基式布料器的基本缺陷，为高 炉布料设备完成了第三次革命。无钟炉顶在世界范围内迅速推广，新建的大型高炉，几乎普遍 使用无钟炉顶。我国第个无钟炉顶于1 9 7 9 年应用于首钢2 号高炉。无钟炉顶溜槽倾角可以任 意变动，不像我国的大钟那样固定5 3 。角，因此炉料可以布在炉喉任何位置，而无需借助于变 径炉喉，从根本上改变了大钟布料的局限性。溜槽角度变动和控制都很容易，改变布料十分灵 活。 1 9 5 1 年鞍钢高炉工作者提出重视鼓风速度和鼓风动能，经过几年努力，发展成系统的“下 部调剂”操作，通过实践和理论分析，建立套具有极高指导意义的“下部调剂规程”，这是世 界上第一个实用的“下部调剂规程”。鞍钢在原料质量较差的条件下，高炉能够长期稳定顺行， 下部调剂起了重要作用。今天，我国各高炉普遍遵循的下部调剂方法，仍然是由鞍钢规程演变、 发展而成的。其主要内容有：在一定冶炼条件下，有个合适的鼓风动能，它的大小不是固定不 变的，而是随着冶炼强度提高，鼓风动能相应减小，冶炼强度与鼓风动能呈双曲线关系。这个 相关关系是下部调剂的理论基础。每个高炉都有一个合适的鼓风动能，炉子越大，鼓风动能越 高。小高炉炉缸直径小，容易吹透中心，大高炉炉缸直径大，不易吹透中心，必须采用较高的 鼓风动能。矮胖多风口的高炉，炉内阻力降低，可维持较高的鼓风动能，否则相反。原料品位 高，粉末少，粒度均匀的高炉，料柱透气性改善，可维持较高的鼓风动能，否则相反。高炉冶 炼过程要保持一个适宜的理论隰目8 温度，合理的理论燃烧温度为2 0 0 0 2 3 0 0 ，大高炉要偏高 些 s 】。 7 西安建筑科技火学硕士论文 上个世纪的6 0 7 0 年代，我国高炉煤气分布基本上是两种形式：一是边缘发展型，二是边 缘和中心同时发展型。采用的基本装料制度多是小批重正装和倒装综合循环装入，有的甚至以 倒装或半倒装为主，下部则采用大风口和低风速。造成这种情况是因为当时原料粉末多，料柱 透气性差，而在操作指导思想上又片面追求高冶强，忽视焦比的结果。这两种煤气分布不仅焦 比高，而且炉身砖衬损害很大，是很不经济的，特别是边缘发展型很容易造成中心堆积，风渣 口大量破损等事故。7 0 年代后期，国内许多高炉开始注重提高煤气利用，采取的措施是上部增 加正装或改用正分装，扩大批重，下部则适当提高风速，使整个煤气曲线提高，但以加重边缘 为主。许多高炉由过去的双峰式或“馒头”型煤气曲线变成了边缘比中心重，中心适当发展的 形状，随着无钟炉顶在国内高炉上的推广应用，9 0 年代无钟炉顶的多环布料蓬勃发展，在改善 气流分布提高煤气利用方面成效十分显著。国内的无钟炉顶多环布料技术，大致可以分为两个 流派，一个是以宝钢为代表的布料档位环数模式，将炉喉按照圆环面积相等的原则进行等分， 称其为档位，每个档位对应一定的布料角度，通过调整不同档位的布料环数控制气流分布，宝 钢的多环布料技术是学习引进意大利的技术，马钢和武钢的高炉采用这种模式；这一布料模式 的高炉大都采用中心加焦技术：另一个是以首钢为代表的布料角度环数模式，通过调整布料角 度和对应一定角度下的布料环数控制气流分布。华北地区的高炉大多采用这种模式，一般不采 用中心加焦技术，首钢还为了消除布料过程中的粉末效应，开发出了往复式多环布料技术，最 近两年在宣钢和湘钢高炉匕推广应用十分成功。攀钢开发的深料线技术别具格，有效地抑制 了边缘气流。酒钢高炉也基本上是第二种布料模式，只不过沿用了中心加焦技术。最近几年宝 钢4 0 0 0 m 3 级的大高炉，i 恿过在下部采用加长风口长度，提高鼓风动能的措施后，在上部调剂方 面放弃了中心加焦技术，结果炉况稳矧i $ 珩_ 煤气利用提高，否定了国外炼铁界一贯倡导的大 高炉必须中心加焦，否则中心吹不透的结论。随着高炉煤比的逐年提高，下部调剂的总体趋势 是提高鼓风动能，缩小进风面积。 国际领先的炉料分布控制技术为：无钟炉顶布料模型。韩国浦项光阳厂采用无炉炉顶 布料模型合理布料，取得了较好效果( 见表1 3 ) 。其典型料面形状剖面如图1 1 所示，其主 要特点为：将高烧分成4 - 1 2 n l n ， 1 2 m m 两级，大块( 块矿) 落后中心，小块落靠炉墙：焦炭 落靠炉墙，形成1 0 1 5 m 宽的平台；矿石落在焦炭平台的边缘，滚向中心形成一混合层； 小块料落向边缘，抑制过分的边缘煤气流，保证高炉长寿，调整中心和边缘炉料量及其颗粒 大小，保持合适的中心煤气流，以获得高炉最佳工作状态。焦丁、烧结矿混装在国外已得 到广泛应用，焦丁用量般在2 0 4 0 k g t 左右，焦丁粒度为1 5 3 0 m m 。焦丁入炉前与烧结矿 混合，然后装入高炉，落在中间环带，这样可以生成透气性良好的混合层，改善高炉中间区 的透气性，相应可控制过分发展的边缘煤气流，活跃中间煤气流，提高煤气利用率。( 3 ) 中心 加焦。改善炉缸透气和透液性关键在于促进中心煤气流发展。采用正装可发展中心煤气流， 但受到中心煤气流温度难以提高( 5 5 0 c ) 的限制，这样焦炭在中心溶损会增加，质量变坏， 8 西安建筑科技大学硕士论文 此外正装后靠近炉墙矿石多，会促使软熔带根部加厚，热损失增加。而采用中心加焦则可克 服上述正装的缺点。中心加焦最好加大块焦( 大于5 5 n n ) 。韩国光阳厂高炉采用中心加焦获得 以下好处，高炉发生突发事故或过多粉矿装入炉内时，可迅速恢复中心煤气流，维持高炉正常 运行；保持煤气流在炉身周围分布均匀：改善炉缸渣铁流动性，促使炉缸工作均匀，活跃稳 定；在高煤比条件下，炉壳表面和炉腰处的煤气温度趋于稳定。美国国家钢铁公司在中心加 焦方面有一种新方法，即高炉装料时，在料车底部加球团矿，上部加焦炭( c ) ，下落时球 团矿在焦炭上面，利用球团矿堆角小( 球团矿的堆角为2 5 。，焦炭的堆角为3 0 。) ，水平推力 较大的特点，将焦炭推向中心，实现中心加焦的目的。新的装料制度为0 0 lc 0 0lc c ci ( c 、 0 、c 分别为矿、焦、中心加焦量) 。 表1 5韩国浦项光阳4 号高炉的主要技术经济指标嘲 利用系数煤比燃料比富氧率理论燃烧 年份压差，肝a t ( m 3 d ) k g tk g t 温度， 1 9 9 32 2 l1 0 6 64 9 1 61 6 12 1 8 90 1 4 5 1 9 9 42 2 41 2 9 54 9 2 42 2 22 2 1 50 1 5 1 1 9 9 52 2 91 3 6 34 9 2 82 7 32 2 2 80 1 5 2 1 9 9 623 21 4 4 04 9 3 53 0 22 2 3 601 4 1 1 9 9 72 3 21 5 0 34 9 5 92 8 62 2 3 90 1 3 8 图1 3韩国浦项光阳厂采用无炉炉顶布料模型的布料料面 9 西安建筑科技大学硕士论文 1 4 课题的提出 如何用最经济的方法生产铁水，提高焦炉高炉工艺流程的竞争力是炼铁工作者广泛关注 的课题。为了刚氐生铁成本，高炉炼铁技术的主流发展方向是大喷煤长寿等。要改进喷长寿技 术，一方面要改善原燃料质量，提高装备水平：另一方面要优化高炉操作技术。国外高炉有良 好的矿产资源条件，因此更注重精料工作，将阿氐渣量作为高炉技术的努力方向。我国受资源 限制，矿石品位低，焦炭质量差，尤其是灰份偏高，研究的侧重点放在高炉操作技术的优化上。 酒钢更是如此，酒钢地处矿贫煤劣的西部内陆，靠进口矿石提高入炉品位，靠采购山西煤改善 焦炭质量既不现实，也不经济。即使能够取得良好的技术经济指标，结果却依然是昂贵的生铁 成本，与提高企业市场竞争力的目的背道而驰。因此，酒钢高炉炼铁技术研究的重点是如何像 攀钢一样利用较差的原料取得良好的技术经济指标，这就需要进一步优化高炉操作技术，而高 炉操作技术的核心就是上下部调剂技术。因此我们立足于从理论上、从实践匕对酒钢高炉的操 作特性进行全面的研究，认真分析酒钢高炉在当前原燃料条件下的合理装料制度，并且要寻找 出装私 帝0 度和送风制度之间的技术和理性，使高炉操作指导建立在科学计算以及理论和实践的 充分结合的基础之上，避免高炉操作被置于各级管理人员的盲目指挥、想当然分析、主观臆断 的粗放管理之下。这是科学精神、科学思想、科学方法在企业生产中的具体体现，也是充分发 挥技术作为第一生产力的必由之路。只有这样才有可能使企业的低成本竞争战略得以实现。基 于这样的认识，我们开展了本课题。实践证明，2 0 0 1 年，酒钢高炉在原燃料质量改善不明显的 情况下，实现了高炉降焦历史性的突破，到2 0 0 1 年年底，入炉焦比由年初的5 6 0 k g t 降至 5 0 0 k g t ，到2 0 0 2 年底，入炉焦比已经降至4 3 0 k g t ，靠的是合理运用了上下部调剂技术，所 以认真研究高炉上下部调剂技术在现阶段乃至将来具有十分深远的意义。 l o 西安建筑科技大学硕士论文 2 高炉上下部调剂的理论分析和工业试验研究 2 1 上部调剂的理论分析 上部调剂的核心是通过不同的布料方式改变矿石和焦炭在炉喉处在径向上的分布比例。径 向矿焦比与装料料线、装料次序、冶炼强度、炉料的堆角、比重、炉喉直径，无钟炉顶布料溜 槽角度均有关。矿焦比的分布状况决定了煤气流的分布。高炉合理的煤气流分布要满足三个条 件：高炉稳角顿行；煤气能利用好；炉体散热损失少。至于煤气曲线的形状，可视高炉 的具体条件而定，不可强求一致。 2 1 1 批重的选择 批重对炉料分布的影响是所有装料制度参数中最为重要的，矿批大到一定值时，装料制度 中其它参数的作用将变得不明显，甚至不起作用。随旷批的增加，矿焦层的厚度增大，软熔带 的压差上升，而总压差略微下降到某一点后又升高，矿石分布趋向均匀，利于控制合理的气流 分布和改善煤气能利用。矿批有三个不同的特性区域：激变区、缓变区、微变区。 a 矿石