本钢七号高炉布料矩阵对煤气利用率影响实践

本钢七号高炉布料矩阵对煤气利用率影响实践

李永强[1]

（本钢集团炼铁厂  辽宁 本溪 117000）

摘要：高炉布料矩阵对高炉顺行和煤气利用率的提高具有重要作用，由于料面中间区煤气流较少，还原效果较差。本钢7号高炉采用中心加焦结合平台漏斗布料方法可以使通过中间区煤气流增加，煤气利用率提高2%，燃料比降低15kg/t。

关键词：布料矩阵，中心加焦，平台漏斗，燃料比

Optimization Practice ofDistribution Mode

in Benxi Steel’s No.7 Blast Furnace

Li Yongqiang

(TheIronworks of Benxi Steel and Iron Group Liaoning Benxi 117000)

Abstract: Ithas an important role for the distribution mode in improving the utilization ofgas and ensuring the furnace anterograde, Due to the middle zone of Charginggas flow less,and reduction effect is poor.We take the distribution mode ofplatform-funnel with center plus coke to increase the gas of the middlezone.The gas utilization increased 2% and fuel ratio decreases 15kg/t.

Keywords: distributionmode,center plus coke,platform-funnel,fuel ratio

高炉冶炼是在焦炭和矿石从上到下，煤气流从下到上的逆流过程中来完成铁矿石熔化、还原和造渣等反应的过程，因此煤气在炉内的流动状态非常重要，直接影响到高炉生产的顺行和经济效益^[1,2]。本文通过本钢七号高炉布料矩阵的调整，对比分析实验前后顶温、壁体温度和煤气利用率等因素的变化，总结出适合本钢现有原燃料条件的最佳布料矩阵。

1 理论分析

由于高炉为管式反应器，因此自然状态下，在横截面上根据煤气流的分布可分为边缘区、中间区和中心区三部分，如图1 。其中边缘区、中间区和中心区的面积比是1:2:1，中间区面积虽然占总面积的50%，但通过的煤气流量只占30-35%^[3]。根据菲克第一定律，稳态下还原气体分子在未反应核模型的外边界层扩散方程如下：

由公式可以得出，当中间区煤气流浓度减小时，每秒穿过气体边界层的还原气体摩尔数下降，即还原气体扩散通量减小，从而导致还原速率减小，因此中间区矿物不能被快速充分还原，从而影响到煤气利用率的提高，使能量消耗增大，燃料比升高，所以发展中间区的煤气流是降低燃料比的关键。

图1 高炉料面横截面区域分布

Figure 1. The charge distribution of thecross-sectional area in blast furnace

2 平台漏斗布料矩阵分析

平台漏斗布料矩阵能够降低燃料比的原因是气流通过容器时具有“附壁效应”，因为壁面阻力较小，因此气流会沿着壁面行走^[4]。所以首先保证中心具有相对较多的煤气流，穿过软融带后，受“附壁效应”的作用，气流会偏向边缘发展，如图2(a)所示，从而通过中间区的煤气流增多，使得中间区矿物与煤气流充分结合，还原效率提高，煤气利用率上升（据研究实践表明，煤气利用率最高可达52%），燃料比下降，但平台漏斗布料矩阵的前提是具备优质的原燃料条件，能够使煤气流均匀分布。

通常发展中间区煤气流有两种方法，第一是增大鼓风动能，通过增大风量和风速使煤气流尽可能的吹到中心，为活跃炉缸中心，高炉鼓风动能一般已接近最大值。第二是采用平台加漏斗的布料方法，能够使煤气流经过软融带的焦窗之后仍然偏向中心发展。

图2 平台漏斗布料矩阵和中心加焦布料矩阵煤气流分布

Figure 2. The gas distribution of platform-funnel mode and center pluscoke mode

3 中心加焦布料矩阵分析

本钢七号高炉目前采用的是中心加焦布料模式，中心加焦布料矩阵是在料面中心的无矿区布一定比例的净焦（七号高炉中心焦比例32%），使料柱中心具有一定直径的“焦柱”。焦炭空隙度较大，透气性能良好，且具有较好的热强度，能够形成第一煤气通道，保证炉腹产生的煤气流顺利通过块状料层^[5]，如图2(b)所示。

受焦炭高温条件下高强度、高孔隙率的影响，七号高炉中心加焦布料模式所呈现的特点是：风压较活，当少量加减风量时，风压随之及时波动；煤气利用率差，当煤气流通过软融带两侧的焦窗向上流动时，受横向压差的影响，煤气流趋向中心发展，导致经过中间区的煤气量减少，从而中间区矿物间接还原不充分，而中心区煤气量过分集中，造成能源的浪费。（注意：中心加焦布料矩阵与平台漏斗矩阵相比，中心区缩小，中间区增大）

4 采用中心加焦的平台漏斗布料方法

虽然平台漏斗布料方法能得到较低的燃料比，但对原燃料条件的稳定性要求较高，特别是焦炭的质量。而采用“中心加焦”布料模式的高炉吸收原燃料条件波动的能力较强，但煤气利用率差，燃料消耗增加。

结合本钢高炉原料实际情况，炼焦配煤比和焦炭水分不稳定，烧结碱度和低温还原粉化性波动幅度较大，炉役中期冷却壁漏水多等原因，本钢七号高炉取平台漏斗和中心加焦之所长，采用“中心加焦+平台漏斗”的布料方法，经过一系列的试验调整，走出一条符合自身原料条件的道路，取得了良好的效果，调整前和最终布料矩阵变化如表1和表2。

表1 试验调整前布料矩阵

Table 1. The distribution modebefore the test

表2 试验调整后布料矩阵

Table 2. The distribution modeafter the test

当减少中心加焦量时，中心区煤气流通路得到限制，“焦柱”纵向压差增大，从而由边缘区到中心区的横向压差减小，因此，经焦窗向上流动的煤气流流经中间区区域增大，与煤气结合的中间区矿物增多，导致煤气利用率上升，燃料比下降。

（1）顶温变化

为探究矩阵调整对高炉顶温的影响，笔者将本钢七号高炉2015年9月份与试验后的顶温数据进行整理，并对比分析，除去炉况失常、休风和复风、原燃料条件有较大波动的异常数据，得到顶温的变化关系，见图3。

从图中可以看出，实验后边缘温度降低，中心温度升高，表明边缘气流减弱，中心气流强度增加，同时试验过程中由于中心焦量减少，从而使中心气流更为集中，中心气柱较试验前直径缩小且强度增大，与图2 顶温分析结果一致。证明在实验过程中，边缘区气流向中心区扩散，途径面积较大、煤气流量较小的中间区，使得更多煤气与中间区矿物结合，充分增加了气流与炉料的接触面积，由冶金反应动力学的未反应核模型可知，气固两相反应速度加快，煤气利用率由46.5%上升到48.5%，燃料比由最初的525kg/t降低至510kg/t以下，验证了试验设计的正确性。