芜湖新兴铸管3号高炉布料矩阵的优化与实践

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芜湖新兴铸管3号高炉布料矩阵的优化与实践陈韶勇李珏明摘要：针对原燃料质量变化的情况，芜湖新兴铸管3号高炉操作者基于“边缘平台，中心漏斗，中心焦堆”理论进行了高炉布料模式的探索…

芜湖新兴铸管3号高炉布料矩阵的优化与实践

陈韶勇李珏明

摘要：针对原燃料质量变化的情况，芜湖新兴铸管3号高炉操作者基于“边缘平台，中心漏斗，中心焦堆”理论进行了高炉布料模式的探索与优化，形成了边缘布料平台加中心漏斗的较理想料面。优化实践改善了高炉煤气流的分布，提高了高炉对原燃料的适应性，实践取得了较好的技术经济指标。

关键词：高炉；布料矩阵；优化；煤气流

Optimization and practice of burden distribution matrix for No.3 BF of Wuhu XINXING PIPES

Yang Youhui

Abstract：For the case of raw material and fuel quality degradation, the operators of No.3 BF in Wuhu XINXING PIPES explore and optimize the burden distribution matrix, based on the platform funnel and central coke charging theory, and form the ideal burden surface distribution. As the result of optimize and practice, it improve the distribution of BF gas flow, and enhance the adaptability of the blast furnace on original fuel. A better technical and economic indexes were obtained by production practice.

Key words：BF; Burden distribution matrix; Optimization; Gas flow

1引言

布料操作是高炉上部调节的重要手段，也是决定高炉长寿高效低耗的重要因素之一。而布料操作的重点是制定合理的布料矩阵，结合下部调剂，通过合理的布料矩阵布料形成理想的料面形状，控制煤气流分布均匀稳定，从而保证高炉顺行，达到提高高炉煤气利用率，降低冶炼燃料比的目的。因此，探究和优化合理的布料矩阵对于高炉操作来说是极为重要的。近年来，随着高炉无料钟式布料设备的普遍使用，高炉冶炼研究学者与企业高炉管理操作人员对无料钟式炉顶布料进行了大量的探索研究及实践优化^[1-4]。首钢2号高炉是我国第一座采用无料钟炉顶布料设备的高炉，它的成功投产并取得良好经济技术效益是我国高炉炼铁炉顶布料新技术发展的开端，为后续的研究探索提供了宝贵的经验^[5]；武钢2号高炉通过调整布料矩阵，积极采用多样布料模式形成理想料面控制煤气流发展，提高煤气利用水平降低消耗^[6-7]；济钢1750m³高炉通过建立布料模型，以“平台漏斗”理论为依据，优化布料矩阵并在高炉生产中不断验证，摸索出一系列无料钟炉顶布料的相关规律^[8]。

芜湖新兴铸管3号高炉公称容积1280m³，炉顶采用串罐式无料钟设备，料罐容积为28m³，炉喉直径为6.2m，炉喉高度1.8m，高炉设有22个风口，2个铁口呈180o布置。采用联合软水密闭循环冷却技术, 属于全冷却壁砖壁合一薄壁内衬型高炉。

2 高炉布料矩阵的优化

2.1无料钟布料料流的测定

3号高炉在2013年开炉之际，采用激光网格法测试了高炉的料流轨迹，并运用布料模拟仿真软件得出不同料线位置下旋转溜槽各摆角的矿焦落点及料流宽度，见表1所示。

表1(a) 不同料线位置下各角度焦炭的落点中心距（D）与料流宽度（D）

Table1(a) . The Placement center distance (D) and the width (W) of the coke burden under the different rotating angle and stockline

D/m, W/m		料线深度/m
		0.50		1.00		1.50		2.00		2.50
		D	W	D	W	D	W	D	W	D	W
溜槽角度	18o	0.82	0.27	0.88	0.29	0.93	0.30	0.99	0.31	1.04	0.32
	20o	1.03	0.31	1.09	0.33	1.16	0.34	1.22	0.35	1.28	0.37
	22o	1.23	0.35	1.31	0.36	1.38	0.38	1.45	0.40	1.52	0.41
	24o	1.43	0.38	1.51	0.40	1.60	0.42	1.68	0.44	1.76	0.46
	26o	1.63	0.42	1.72	0.45	1.81	0.47	1.90	0.49	1.98	0.51
	28o	1.82	0.46	1.92	0.48	2.02	0.51	2.12	0.53	2.21	0.55
	30o	2.02	0.50	2.12	0.52	2.23	0.55	2.33	0.57	2.43	0.59
	32o	2.21	0.54	2.32	0.56	2.43	0.59	2.54	0.61	2.65	0.64
	34o	2.39	0.58	2.51	0.60	2.63	0.63	2.75	0.65	2.86	0.68
	36o	2.58	0.61	2.70	0.64	2.83	0.67	2.95	0.69	3.06	0.72

表1(b) 不同料线位置下各角度矿石的落点中心距（D）与料流宽度（D）

Table1(b) . The Placement center distance (D) and the width (W) of the ore burden under the different rotating angle and stockline

D/m, W/m		料线深度/m
		0.50		1.00		1.50		2.00		2.50
		D	W	D	W	D	W	D	W	D	W
溜槽角度	18o	0.84	0.30	0.90	0.31	0.96	0.32	1.02	0.34	1.07	0.35
	20o	1.05	0.33	1.12	0.35	1.18	0.37	1.25	0.38	1.31	0.40
	22o	1.25	0.37	1.33	0.39	1.40	0.41	1.48	0.42	1.55	0.44
	24o	1.44	0.41	1.53	0.43	1.62	0.45	1.70	0.47	1.78	0.49
	26o	1.64	0.45	1.73	0.47	1.82	0.49	1.92	0.51	2.00	0.53
	28o	1.83	0.49	1.93	0.51	2.03	0.53	2.13	0.55	2.22	0.57
	30o	2.01	0.52	2.12	0.55	2.23	0.57	2.33	0.59	2.43	0.61
	32o	2.19	0.56	2.31	0.59	2.42	0.61	2.53	0.63	2.63	0.66
	34o	2.37	0.60	2.49	0.62	2.60	0.65	2.72	0.67	2.83	0.70
	36o	2.54	0.63	2.66	0.66	2.78	0.69	2.90	0.71	3.01	0.73

由激光网格法及布料模拟仿真软件测量计算出的矿焦在不同料线下各溜槽摆动角度的料流落点中心距和料流宽度，为高炉布料矩阵的制定提供依据，是无料钟式高炉布料操作的科学依据。根据表1中的数据，3号高炉炉喉直径为6.2m，定义料流边缘恰好与炉喉钢砖接触的角度，此角度作为正常生产可以使用的最大角度，当料线为1.5m时，3号高炉的最大焦角可达到34o~35o，最大矿角为33o~34o。

2.2高炉布料模式优化的目标

3号高炉开炉投产根据测定的料流分布规律，采用 QQ鎴布料矩阵以料线1600mm进行布料。这种开放边缘中心加焦的布料模式适用于开炉生产实践，稳定边缘气流，发展中心气流，有利于新开炉炉况的顺行，运用该布料模式，3号高炉顺利开炉并顺行一段时期。然而随着钢铁行业迈入下坡行径，为控制成本创造效益，高炉越来越趋向于使用质量较差的原燃料，这势必给高炉的运行带来严重的不利影响。随着劣质原燃料的使用，有害元素在高炉内的富集，3号高炉开始出现频繁塌料，炉况难行等状况，最终导致高炉炉缸不活跃，炉内气流紊乱，高炉的各项技术指标与之前相比发生巨大变化，见表2所示。

表2 原燃料劣化前后高炉的技术指标参数变化

Table2. The technical indexes of BF before and after the raw material and fuel quality degradation

时期	各项技术指标
时期	利用系数 t/(m³·d)	焦比 kg/t	燃料比 kg/t	风量 m³/min	煤气利用率 %
开炉稳定期	2.85	346	501	2910	46.5
原料恶化后	2.60	398	532	2820	44.2

如何让高炉适应原燃料的变化，使高炉提高对较差原燃料的抵抗力，3号高炉管理操作者基于“中心加焦”与“边缘平台，中心漏斗”理论，对高炉无料钟布料模式进行了积极的研究探索并实践。采用中心加焦布料逐渐置换高炉中心死料柱，活跃炉缸，提高鼓风动能吹透中心形成稳定的中心煤气流。运用“边缘平台，中心漏斗”理论控制合理的焦炭平台，使矿石向边缘分布，减少中心矿石量，形成较理想的平台漏斗型料面。

2.3形成平台漏斗型料面优化煤气流分布

经过长时间的调整恢复炉况，优化布料模式逐渐形成了料线深度为1400mm，布料矩阵为 QQ鎴的“大角度、大矿批”的布料模式。采用“平台漏斗”理论布料模式形成的料面，有利于压制稳定边缘气流，发展中心气流，提高高炉对原燃料变化的抵抗力，从而提高高炉的顺行度和煤气利用率，达到顺行低耗的目的。就调整布料模式前后的煤气流变化进行阐述，通过监测炉体温度的变化，很好的说明了煤气流的改善。应用炉体热电偶采集第八段铸铁冷却壁温度，该位置为高炉软熔带所在区域，煤气流的分布情况直接影响到该段的温度变化。分布取布料模式调整前后第八段炉体圆周方向均匀分布的四点日平均温度，其变化趋势变化如图1所示。

QQ鎴

从图1中所示的第八段周向炉体温度的变化趋势可知，在2015年2月份，即布料模式调整前，图1（a）所示，该段的炉体温度波动大且温度整体偏高，只有15日至22日相对稳定于适宜温度，说明边缘气流过盛而且不稳定，这样的煤气流分布势必导致中心煤气流减弱甚至消失，并且极易发生局部煤气流管道而导致悬料，不利于高炉的顺行的同时以高燃料比运行。经过布料模式的调整后，第八段的炉体温度得到了明显的改善，图1（a）所示，2016年2月份的日平均温度在270~350℃的适应范围内，波动的振幅较调整前小很多，说明调整布料模式后，边缘气流得到了稳定，进而可以稳定发展中心气流，两股煤气流分布合理。从高炉的整体炉体冷却软水水温差也说明调整布料模式后，高炉的煤气流分布得到了极大的改善，在调整之前软水水温差普遍在5~7℃，调整后水温差基本在4.0℃左右稳定波动。

2.4高炉布料矩阵优化后的实践效果

基于“边缘平台，中心漏斗”理论而形成“大矿批、大角度”的布料模式在3号高炉生产实践中运用后，其煤气流得到了极大改善，即中心煤气流强而有劲，边缘煤气流稳定。高炉的经济技术指标也得到了提高，见表3所列举主要指标的改善情况。

表3 调整布料模式前后的主要技术指标

Table3. The technical indexes of BF before and after the burden distribution matrix optimization

时期	各项技术指标
时期	利用系数 t/(m³·d)	焦比 kg/t	燃料比 kg/t	风量 m³/min	煤气利用率 %	富氧率 %	休风率 %
2015.1~3月	2.82	356	512	2870	46.5	1.36	1.2
2015.5~8月	炉况失常调整期
2016.1~3月	3.05	352	502	2950	47.2	2.99	0

经过调整布料模式后，3号高炉的整体顺行度有了显著的提高，炉缸活跃度得到极大改善，风量较调整前提高近100m³/min，保证了高炉运行的基础，富氧率由调整前的1.36%提高到2.99%，说明炉缸工作状态良好，冶炼强度有明显的提高。随着炉内中心气流的稳固发展，边缘气流趋于稳定，高炉的煤气利用率提高并稳定在47%左右，这将进一步降低综合燃料比，实践结果也证明燃料比相比调整之前降低了10kg/t左右，这将给高炉冶炼生产创造有利的经济效益。