谈无料钟炉顶布料规律.doc

谈无料钟炉顶布料规律刘 琦目 录一、前言 11、理想的炉况 12、理想的煤气分布 13、创造“喇叭花”形煤气曲线的方法 2二、“大角.大矿角”装料方法显示布料理念的变化 2三、“大角、大矿角”实例 31、莱钢1#1880m3高炉 52、河南济(源)钢5#450M3高炉 83、邯钢5#2000M3高炉 94、河北国丰 115、江西萍钢 126、其他不同容积高炉的装料制度 13四、对“大角、大矿角”布料规律的初步认识 14 一、前言装料制度是高炉重要的基本操作制度之一，它与下部调剂制度相结合，决定着高炉内煤气的分布和利用水平。在一定的原料和设备条件下，与热制度、造渣制度组成高炉稳定、顺行、高产、优质、低耗、长寿的必要和充分条件。 当前，我国容积在500 M3以上的高炉基本采用无钟炉顶。300-500 M3的高炉也大部分采用此种装料设备。因此，研究无料钟炉顶的布料规律，对进一步改善高炉的运行状况，提高高炉的技术经济指标，有着重要的现实意义。本文根据近几年对一些高炉无钟炉顶布料方法的观察和亲身实践，提出一些看法，供同行参议。1、理想的炉况理想的装料制度，目的是创造长期稳定顺行的炉况。此种炉况应符合下述基本要求： 炉缸全面活跃，特别是中心。 料柱透气性好，压量关系正常，透气性指数适当。 煤气利用好。 在正常的炉渣碱度下，脱S效率高。 接受风量，在较高冶炼强度下炉况顺行稳定，极少悬料、崩料。 炉壁无粘结，无过快侵蚀，风口破损少。目前，国内许多高炉达到上述要求，长期稳定顺行。据笔者所知，首钢的4座2000-2500 M3 级高炉已接近40个月，莱钢的两座1880 M3高炉也已维持了十几个月稳定顺行。而宝钢的特大型高炉一向是稳定顺行的典范。在中型高炉中，如河北国丰的5座450 M3高炉，也能作到长期稳定顺行，并创造出很好的技术经济指标。2、理想的煤气分布从高炉操作角度出发，炉况长期稳定顺行必须具备理想的煤气曲线-“喇叭花”形煤气曲线。其特点是： 炉喉5点CO2分析：“喇叭花”形曲线的核心是中心通畅，要求CO2曲线中心低于边缘35个百分点，尖峰在23点间。 十字测温：中心温度500-600，边缘100。中心温度低于500，显示中心煤气通路不畅，并且煤气中的锌蒸汽可能凝结下沉，在炉内形成循环富集。但也不宜过高（如650），形成中心过吹，使煤气利用变差，而造成炉凉。边缘温度过低时，虽然煤气利用好，但炉墙温度过低，一旦炉况波动，可能造成粘结；而且，低于100时，炉料和煤气中的水蒸汽可能冷凝，也对炉壁不利。 炉顶红外成像：中心明亮，有一定区域。呈“明火状”，并有一定力度。“火光如炬”。 “喇叭花”形煤气曲线符合“边缘稳、中心活”的煤气分布原则。既能使煤气的热能和化学能得到充分利用，又能保持煤气的两条通路，有利于炉况稳定顺行。3、创造“喇叭花”形煤气曲线的方法 炉料。“喇叭花”形煤气曲线边缘是比较重的，要求较好的炉料条件。要求焦碳强度、特别是反应后强度较高，使料柱透气性和高炉下部透液性良好。烧结矿性能好，粉末少，还原粉化率低，在块状带保持良好的透气性；还原性好，并且含铁量较高，减少渣量。 较高的风速（动能）和较长的风口。创造“喇叭花”形煤气曲线，合理的送风制度是基础。在风口前形成较长的循环区，使煤气的初始分布向中心延伸，减少中心死料柱，改善炉缸中心的透气性和透液性，对形成“下活，上稳”的格局是非常重要的。 合理的装料制度。在合理的送风制度的基础上，配合以适当的装料制度，才能在上下部调剂上组成“喇叭花”形煤气曲线的充分条件。这是本文讨论的重点。下文主要讨论在无料钟炉顶上，采用“大角.大矿角”装料方法，创造“喇叭花”形煤气曲线，达到高炉长期稳定顺行的有关问题。二、“大角.大矿角”装料方法显示布料理念的变化 “大角.大矿角”装料方法是首钢炼铁工作者根据该厂2号高炉的实践首先提出来的。意在使用大角的同时，特别强调增大矿角的作用。近几年国内一批高炉也在实践着这种装料方法并取得良好的经济技术指标。下面阐述笔者对“大角.大矿角”的观察与思路。笔者认为，“大角.大矿角”布料方法显示了布料理念上的变化，特点是： 中心不是多加焦而是少加矿。传统的高炉布料方法为了打通中心通路，多采用向高炉中心多布焦碳的办法。有些高炉除正常角位外，还将10-20%的焦碳集中布向中心。但整体的矿石和焦碳角位不大，2000 M3级高炉最大角位的矿石落点与炉墙的距离往往达到1m左右，因此边缘比较发展。同时由于小角位矿石过于偏向中心，所以中心通路不理想。新的布料理念是加大角，特别是加大矿，使炉喉布料的矿石环带整体外移。较理想的矿石环带布在炉喉外沿“半径之半”以外。也就是所有的矿石角位分布在距炉喉中心1/2半径以外的环带内。一般最靠近中心的布矿点与炉喉中心的距离达到炉喉半径的6065%。在这种情况下，炉喉中心无矿石落点的区域，占炉喉面积的3642%，考虑到矿石会从堆尖向中心滚落，炉喉中心没有矿石的区域可能占炉喉面积的2025%左右。 焦碳角位数多于矿石，各角位上的焦碳环数倾向于平均分配。这样更有利于在靠近炉喉边缘处形成焦碳平台，而煤气流微调靠调整不同角位的矿石环数来完成，使边缘和中心负荷的调整更为灵活、准确。人们希望集中布向炉喉中心的焦碳起“焦坝”作用，阻挡矿石特别是球团矿流向中心。笔者认为，如果矿石环带距离中心足够远，而且球团矿主要布在边缘时，流向中心的矿石不会多。因此，当使用“大角.大矿角”布料方法时“焦坝”的作用有限。 “大角.大矿角”意味着焦角和矿角同时加大，焦炭与矿石的分布同时向炉喉边缘外移。一般情况下，为了形成足够的边缘负荷，最大的矿角大于最大焦角一个角位（2-30），或二者同角。只有在原料条件较差的高炉上，最大焦角才大于矿角。为了使中心有足够的焦碳，在靠近炉喉中心部位没有矿石的角位上，保持13个焦碳角位（以下称空焦角位）。最小的焦碳角位应接近中心。 “大角.大矿角”布料方法因矿焦角位同时加大，并不会造成边缘负荷过重。一般情况下，装料制度向“大角.大矿角”过度时期，应保持边缘负荷不变，使高炉容易接受。待中心通畅，炉况顺行得到保证后，自然会出现加重边缘的条件。 矿石环带应有一定宽度，表现为最大和最小矿角的角差。在一定的矿石批重下，较宽的矿石环带使矿层变薄，有利于改善料柱透气性，稳定煤气流并提高煤气利用水平。三、“大角、大矿角”实例近年，不少高炉采用“大角.大矿角”布料方法后，顺行改善，技术经济指标提高。下面就笔者亲历和收集到的信息举例说明。在本文的叙述中，引入如下概念，统称“布料参数”用以分析装料制度的特点：L：最大矿角（）矿石落点与炉墙的距离；l：最小矿角（）矿石落点与炉喉中心的距离；Bi：最小矿角矿石落点与中心距离和炉喉半径之比；CH：矿角差（矿最大-矿最小）；K：矿石环带宽度（矿最大与矿最小矿石落点距离）。Fb：边缘负荷（最大矿石角位的矿石重量与矿最大的焦碳角位上的焦碳重量之比。Fz:中心负荷（最小矿石角位的矿石重量与矿最小的焦碳角位上的焦碳重量之比）。B2：空焦角位比（矿最小的焦碳角位上的焦碳环数与全部焦碳环数之比）。 1、莱钢1#1880m3高炉该高炉从2005年10月开始炉况一直不佳。表现为不接受风量，且产量在3800-4200吨间徘徊，燃料比高。虽试用多种装料制度，直到2006年2月，未见根本好转。直到2006年3月3日开始试用“大角、大矿角”布料方法。表1分4个阶段描述装料制度的变化和各阶段的布料参数，以及各阶段有代表性的技术经济指标。- 14 -表1 莱钢1#1880M3高炉试用“大角、大矿角”情况装料制度布料参数技术经济指标矿批料线布料矩阵Ll1CHKFbFzB2平均日产(t)焦比煤比燃料比（含焦丁）(Kg)(t) (m)(m)(m)(%)度(m)(%)(Kg)(Kg)基准期19-24/2-06381.750 37 36 345 33 29 171.0 2.20 56.41 5.5 0.70 2.48 1.1041.7 4205 479 35 530 J 1 3 2 2 2 30 36 34 32 305 3 3 2 2第一阶段4-8/3-06441.70 395 38 365 345 32 26 180.592.40 61.547.5 0.912.20 0.9431.3 4555J 3 2 2 2 2 2 2 3K 2 2 3 2 2第二阶段18-20/3-06411.70 41 395 38 365 345 33 32 26 180.352.53 64.878.0 1.033.30.8333.3 477347264.5551J 2 2 2 2 2 2 2 2 2K 2 2 2 2 2 1第三阶段1-25/9-0650-521.70 445 43 41 395 38 365 35 32 2602.76 70.779.51.1419.40.8135.3 5390350140515J 1 2 2 2 2 2 3 3K 1 2 2 2 2 2 1第四阶段25-27/2-07481.70 42 40 38 36 335 320.232.57 65.98.51.17.70 0.8327.8 5143344134512J 3 2 2 2 2 5K 4 3 2 2 1从表1可以看出，最初两个阶段，在不到一个月的时间内， 外移5，的矿石落点外移0.65米，矿最小的矿石落点外移0.33米，矿石环带宽度增加0.33米，从变为同角。由于焦角和矿角同时外移，边缘负荷变化不大。重要的是，布向中心的矿石明显减少，即l和B1增加较多，中心负荷也有所下降，从而中心通路被打开。所以随着料制的改变，顺行情况明显好转，风量增加。与基准期比较，两个阶段平均产量分别提高350t和560t。在这两个阶段，燃料消耗不降反升，是因为此期间正进行粗粒度煤粉试喷，煤粉参数处于调整过程中，风温和负荷都留有比较大的余地之故。在初试成功以后的几个月内，莱钢1#1880M3高炉又逐步加大矿角，炉况和指标也进一步改善。8、9月份“大角、大矿角”布料方法达到极致，表1中第三阶段可作为代表。此时的矿石落点与炉墙的距离为0，大于1.5度。在第三阶段虽然采用了加大矿角差、加宽矿石环带宽度、拓宽中心无矿区的范围等分散负荷、促进顺行的措施，但边缘负荷仍高达19.4，并且由于矿石落点已碰到炉墙，矿石粉末堆积在炉墙边缘，所以尽管9月份平均日产达到5390t，创历史最好水平，但终因边缘过重，顺行变差，时有崩料发生。因此从10月份开始，又将收到42、矿角同角、边缘焦炭也有所增加。同时，将中心26处的焦炭集中到32,布5环，加大“焦坝”作用，这就是表1中的第四阶段。这一改变之后，炉况出现持续顺行局面，平均日产大于5000t。此期间粗粒度喷煤已获成功，焦比稳定在350Kg左右，燃料比较基准期下降约20Kg。总之，莱钢1#1880M3高炉自2006年3月份试用“大角、大矿角”布料方法以来，到2007年4月炉况顺行、高产低耗的局面已持续了13个月。莱钢2#1880M3高炉在1#料制试验成功之后，也随之改变，并且亦步亦趋，也取得同样好成绩。在这段时间内，莱钢1#1880M3高炉的煤气曲线基本达到了前文讲述的“喇叭花”形曲线的要求。表2列出莱钢两座高炉炉顶十字测温有代表性的结果。表2 莱钢1#、2#1880M3高炉十字测温()(四个方向平均值)边缘234567中心1# 3月/07年1017052751142463685302# 3月/07年1161087961662162755222、河南济(源)钢5#450M3高炉济(源)钢炼铁厂5#450M3高炉的原燃料条件不算好，入炉品位56.5%左右，烧结矿质量不佳，TFe=53.9%，SiO26.5%，碱度1.76，合格率74.27%，转鼓强度只有66.32%，焦炭全部外购，质量一般。但他们的高炉生产还是取得了很好的成绩，特别是强化水平较高。2006年3月份利用系数3.55。但顺行情况不好，崩料频繁，一般每天13次，有一半左右的天数发生连续崩料。燃料比较高，吨铁550Kg以上。2006年4月10日开始进行“大角、大矿角”布料试验。表3列出基准期（3月份）和试验阶段的装料制度、布料参数和技术经济指标。装料制度布料参数技术经济指标矿批料线布料矩阵Ll1CHKFbFzB2平均日产(t)利用系数(T/m3.d)焦比煤比燃料比(t) (m)(m)(m)(%)度(m)(%)(Kg)(Kg)(含焦丁Kg)基准期3月/06年22.21.40 31 29 27 230.941.1951.740.172.744.112015983.55402125553J 3 3 2 20 30 28 26 K 3 4 3 第一阶段11-20/4-0622.21.40 33 31 29 28 240.711.2855.750.314.493.372017183.82389126529J 3 3 2 2 2K 3 4 3第二阶段21-30/4-0622.219.51.40 385 36 33 30 27 24 0.591.3659.160.355.22.3133.317753.945379124518J 2 2 2 2 2 2 K 3 3 2最佳24-30/4-0622.219.51.40 385 36 33 30 27 240.591.3659.160.355.762.1938.517883.973370124508J 2 2 2 2 2 3K 3 3 21-24/5-0619.81.40 36 33 30 27 240.591.3659.160.357.122.0341.717083.80367150525J 3 2 2 2 3K 3 3 2表3 济(源)钢5#450M3高炉的试用“大角.大矿角”情况从表3可以看出，经过两个阶段试验，增加5，的矿石落点外移0.35米，的矿石落点外移0.17米，与中心的距离和半径之比从不到51.7%提高到接近60%，空焦角位比从20%增加到35%。矿角差从4扩大到6，矿石环带宽度从0.17m拓宽到0.35m。随着顺行改善和平均焦炭负荷提高，边缘负荷从2.74提高到7.2，中心负荷从4.11降低到2.03，使中心和边缘的关系趋于合理。这些布料参数的变化，在炉况上的表现是中心明显放开。虽然边缘负荷相对加重，但顺行明显改善。高炉中心通畅从炉顶红外摄像得到直接验证。基准期时，料面漆黑一片，试验期则中心明亮。5#高炉中心放开后，崩料明显减少。崩料减少还与矿批缩小有关。据分析，该高炉以前选用的矿石批重过大，22.2t的矿批在炉喉的料层厚度达到0.786m，超过许多大型高炉，导致炉内散料带透气性欠佳，并且中心布矿太多也不利于打开中心通路。目前该高炉矿批已缩到18t，崩料基本消失。济(源)钢5#高炉通过试验，最佳阶段利用系数达到3.973，平均日产比基准期提高190t，焦比下降32Kg，燃料比降低45Kg。3、邯钢5#2000M3高炉邯钢5#2000M3高炉2005年6月大修，容积从1260M3扩大到2000M3.，炉喉直径8m。7月10日开炉。投产初期角较小，在40左右，高炉不接受风量。经分析认为，主要原因是角过小。因该高炉布料溜槽较短，当料线为1.5m时，要达到56，矿石落点才能碰到炉墙。因此，在治理炉况过程中，逐步加大角。到10月份初见成效。此时，和都已用到48.5。进入2006年进一步加大角，到3月份达到53，高炉出现高产顺行的局面。在10个月内没有发生悬料和崩料。从开炉起16个月只破损1个风口。表4列出邯钢5#高炉2006年1-10月和10月份的主要指标。表4 邯钢5#高炉2006年1-10月和10月份主要指标时间平均日产利用系数焦比煤比焦丁燃料比（t）(t/m3.d)(kg)(kg)(kg)(kg)2004年1-10月50242.512354144375352004年10月50662.5333561403953510月份以后，在不变的情况下，增加最大矿角的矿石环数，使边缘负荷进一步加重。加之在冶炼低硅铁过程中炉渣碱度偏高。在渣中Al2O3不高的情况下（10月14.59%，11月13.63%），10月和11月R2=1.25和1.28，R3=1.513和1.564，R4=1.023和1.076。并且在原料不平衡时，高炉装入了一些强度差、粉末多的烧结矿和球团矿。因此在11月末，高炉因炉墙粘结而出现难行。表5列出邯钢5#高炉在扩大角过程中的几种装料制度和布料参数。表5 邯钢5#2000M3高炉装料制度变化情况时间装料制度布料参数矿批料线布料矩阵LlB1CHKFbFzB2(t)(m)(m)(m)(%)(度）(m)(%)2005年9月431.50 45 43 40 365 33 285 220.942.2255.590.842.862.1441.7J 3 2 1 1 1 2 2K 2 3 3 32005年10月481.50 48 45 43 40 365 33 285 220.762.2255.5121.024.961.0 30.8J 2 2 2 2 1 1 1 2K 2 3 3 3 12006年1月511.50 50 48 455 43 40 365 33 280.542.5563.8100.915.281.7633.3J 2 2 2 2 2 1 2 2K 3 3 3 3 3 12006年3月531.50 53 505 48 455 43 40 365 330.262.5563.8131.199.91.9823.1J 2 2 2 2 2 1 2K 2 2 2 2 2 2 22006年10月531.50 53 505 48 455 43 40 365 330.262.5563.8130.8413.721.528.6J 2 2 2 2 2 1 3K 3 3 2 2 2 2邯钢5#高炉稳定顺行时期的装料制度和布料参数与莱钢高炉极为相似，而且两座高炉都曾用过边缘负荷较重的装料制度，并在该时段取得超常的好指标。不同的是莱钢1#1880M3高炉在炉况出现不良反应后及时做了调整，而邯钢在高峰时期则因用料和碱度使用不当导致炉况失常，可见“大角、大矿角”布料方法的使用也要有“度”，在取得好成绩后，高炉顺行可能接近“边缘化”，操作人员应慎重应变，才能保持高炉长久稳定顺行。4、河北国丰河北国丰钢铁公司炼铁厂南区有5座450M3高炉，近年来技术经济指标一直是国内同类型高炉中的佼佼者。历年来，5座高炉采用同样的操作制度，都维持了稳定顺行的炉况，指标也出奇地类似，说明他们的基本操作制度比较成熟、合理，与原料条件相适用。表6是该厂2006年1-10月全场平均指标和下面将要加以分析的3#和4#高炉的指标。该厂高炉无料钟布料的使用是很好的，3#、4#高炉的装料制度和布料参数见表7。表6 国丰450M3高炉2006年1-10月指标利用系数焦比煤比燃料比CO2风温入炉品位SiS优质品率(t/m3.d)(kg)(kg)(kg)(%)(%)(%)(%)(%)全厂3.82338815754518.63113058.530.340.0291.23#3.84939715355018.34110158.210.330.02289.24#3.89438815554318.21113558.240.330.01992.24表7 国丰3#、4#高炉的装料制度和布料参数炉别 装料制度 布料参数矿批料线布料矩阵LlB1CHKFbFzB2(t)(m)(m)(m)(%)(度）(m)(%)3#151.20 34 32 30 29 27 26 23 22 160.161.4767110.572.754.1227.3J 3 3 2 2 1K 2 3 3 3 4#151.20 33 32 30 29 27 26 23 220.221.4767100.514.254.2527.3J 3 3 2 3K 2 3 3 3从表7可以看出，国丰高炉的炉顶布矿是十分靠近炉墙的，符合“大角、大矿角”的布料特点，矿石环带布在炉喉半径距中心6790%的范围内，与国内同类型高炉比较是很突出的，但顺行情况良好，这得益于： 矿石角差大，矿石环带宽，虽然矿批不小，但料层较薄，料柱透气性好； 虽然布料十分接近炉墙，但边缘负荷不重，较好的保持了两条通路； 炉料质量好，该厂烧结矿转鼓强度7576%，入炉5mm的粉末22.5%，10mm的在82%以上，为很多大型高炉所不及。5、江西萍钢 江西萍钢二分厂3#高炉，2007年11月试验从单环布料转为多环，取得明显效果（见表8）表8 萍钢二分厂3#高炉多环布料试验平均日产量(T)焦比()煤比()焦丁()风湿()Si(%)S(%)CO2R2矿批(T)料线(M) 矩阵基准期14-18/11-071206473130-1034.81.04815.511.127131.2 C30 c31 27 31单环 0=8 0=9 =9试验期20-26/11-071425.7446127-1055.65.03416.081.14414.51.2 36 33 30 27 23c 2 2 1 2 3 0 3 5 212月/07上旬16423951355.48.0301.1514.51.2 C 1 2 2 2 3 3 5 2 k 4 4 9该高炉近一年多一直生产不好，2007年110月份平均日产1255.9吨，试验中出现的转机是令人鼓舞的。6、其他不同容积高炉的装料制度表9列出不同企业容积从3200M3到450M3的7座高炉在炉况顺行，技术经济指标较好时采用的装料制度和布料参数。目的是观察他们无料钟布料的共同规律。表9 各种容积高炉的装料制度和布料参数高炉装料制度布料参数技术经济指标备注矿批料线布料矩阵CHFbFzB2利用系数焦比煤比燃料比(t)(m)(度）(%)(t/m3.d）(kg)(kg)(kg)武钢6# 3200m370-85环位10 9 8 7 6 5 1J 2 2 2 2 2 4K 3 3 3 2 2 2Ks 3 35环位18.111.4628.62.5633381635011.2005年9月数据 2.ks为小粒度烧结矿，占烧结矿的30%马钢2# 2500m360环位：10 9 8 7 6 1 a 46 44 41.5 39 36.5 11j 1 2 2 2 3k1 3 3 2 2k2 2 3 3 2ks 2 23环位 728.261.2 501.ks为小粒度烧结矿占1/6南钢1# 2000m350环位 8 7 6 5 4 3 2j 1 2 2 2 2 1 3k 2 3 3 2 24环位9.71.6230.82.7357126483（不含焦丁）济钢2# 1750m339.51.510 9 8 7 6 5 4 3a389 37 35 327 307 287 26 234环位 8.218.541.16502.77345150495（不含焦丁）原料质量好，焦炭M40 82.8%.M10 6.6%反应后强度60-67%反应性27-28%烧结矿转鼓79.7%J 2 2 2 2 1 3K 2 3 3 2 2莱钢1#1000m328a 45 42 39 37 355 29 9.5022.352.227.32.83.0330170500（不含焦丁）距炉样300mmJ 1 3 2 2 3 K 3 3 2 2 邯钢4# 900m324.21a 43 41 39 37 34 31 2399.791.57402.896335148534（含焦丁）1.指标为2006年1-11月 2.顺行好1-11月悬料一次 3.焦丁每吨铁50.5kgJ 2 2 1 1 1 3K 2 3 2 2 2德龙 450m3161.2a 33 30 28 27 26 24 21 711.561.16404.09358153511（不含焦丁）中心通畅.CO2分布边缘16.9%，尖峰在第三点21%，中心11%，混合CO2 21%J 2 4 3 1K