鞍钢高炉风口焦炭取样研究

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鞍钢高炉风口焦炭取样研究

张立国刘德军梁磊刘宝奎范振夫张海明张飞宇

(鞍山钢铁股份有限公司)

摘要：采用风口取样机对鞍钢高炉回旋区和死料堆进行取样，以探明同体积的高炉风口回旋区长度以及焦炭粒度和渣铁变化的区别，并指出，焦炭随着冶炼周期的增加在高炉中有劣化加剧趋势。

关键词：大型高炉焦炭回旋区粒度

1 引言

目前，鞍钢全部为大高炉冶炼。随着高炉喷煤比的不断提高，焦炭在炉内的骨架作用显得来越重要。由于焦炭燃烧的风口回旋区大小、焦炭劣化状况以及焦粉的堆积行为，对炉料的下降和料柱的透气性和透液性有重大影响，因此了解风口焦炭的性状和高炉冶炼所必需的焦炭质量，掌握风口焦性状对高炉操作的影响，对高炉在高喷煤比条件下的稳定操作是十分重要的。

2 风口焦的取样

鞍钢在2004年以前没有自己风口取样机，为研究高炉内焦炭劣化和渣铁变化情况，采用高炉休风时，人工直接从风口扒焦的方法来研究高炉内的焦炭。受到炉内焦粉和渣铁混堆及风口直径有限的影响，只能扒到风口内很小的一段距离的焦炭，不能深入到高炉内部，取不到风口回旋区和高炉死料柱内的焦炭和渣铁样，并且取出的焦炭粒度偏小。由于取出的焦炭存放在开放的空气环境中，还伴有燃烧的现象，所以不能完全说明焦炭在高炉内存在和运动状态。

为具体研究高炉风口回旋区内的状况，鞍钢购买了宝钢的GQJ一2型风口取样机。为了取到高炉风口平行断面的焦炭试样，风口取样机设计向炉中心方向伸展4．5m，其直径为0．1 m，管壁为双层，为方便区分不同断面情况，沿径向均分为9段，每段有挡板分隔，每段的长度为0．5m。将风口取样机安装好，高炉休风后，启动主马达，取样管从风口缓慢推入，到位后，抽出芯棒，焦炭和渣铁落入管中，随后迅速将取样管拉到炉外，整个取样过程通高压水冷却管身。

将取好的风口焦试样放人特制的桶中，编号，隔绝空气，冷却。将风口焦进行人工分离焦炭和铁渣后，进行筛分试验及相关的化验分析。

图l为一组鞍钢7号高炉风口焦炭取样的图片，从(1)至(8)为料柱中心到风口边缘径向取样的风口焦炭图片。我们可以明显看出，在风口平面，越往中心，焦炭的粒度越小，焦炭严重粉化，渣铁增加，并且在渣铁上焦粒减少，基本上可以看作是生铁；而越往边缘的焦炭粒度越大，焦炭的粒度也越整齐，渣铁和焦炭混在一起区分较为困难。

这就进一步说明，在风口位置，鼓入热风和进行富氧喷煤，风口上部产生煤粉的堆积现象，产生CO₂减少，致使中心死料柱更新速度减缓，最终使中心部分气流减缓。风口回旋区进行顺时针旋转，随着边缘焦炭的不断落下，又不断地被带人中心区域，造成边缘焦炭溶损程度较低，内部焦炭溶损较为严重，且为主要反应区域。

3 焦炭粒度分析

在取风口焦的同时，为对比说明情况，我们也对人炉的焦炭进行了取样，详见表1和表2。

鞍钢10号高炉、11号高炉焦炭均采用5炼焦、6炼焦的焦炭，高炉的基本条件和冶炼状况一致，人炉焦炭差别不大。11号高炉2004年5月风口焦平均粒度为24mm，2004年12月风口焦平均粒度为21mm，2005年1月风口焦平均粒度为19．6 mm，2005年3月风口焦平均粒度为15．7：mm；10号高炉2004年7月风口焦平均粒度为22．9 mm，2004年12月风口焦平均粒度18．1 mm，2005年2月的风口焦平均粒度为15．9 mm。这说明焦炭在高炉内的破损愈加严重。

从粒度组成上看，由于小于16mm碎焦比例增加，造成高炉下部透气阻力系数增大，对应相应时期大高炉整体出现的炉况波动也证明了这一点。

2005年采用风口取样机在新1号高炉、7号高炉进行了风口取样。在风口的同一断面上，粒度差别较大，靠近炉中心部位的粒度小，炉壁处粒度大。鞍钢高炉中心气流发达，高炉中心部分焦炭的碱侵蚀程度也相对较高，碳溶反应程度较深，导致其粒度劣化严重。此外，风口断面焦炭粒度分布与焦炭的质量以及高炉喷煤量关系较大。焦炭在高炉中经历了碳溶反应、高温热作用、碱侵蚀以及气流冲刷等作用后，遭到了严重的破坏。风口焦的平均粒度较人炉焦平均粒度减少明显。随着喷煤量的增加，焦炭在高炉中的劣化加剧，风口焦与入炉焦平均粒径的差值增加。并且靠近炉中心部位的小粒级的焦炭比例明显增加，焦炭粉化严重，这将会对料柱透气性产生影响。故喷煤量提高时，应相应提高入炉焦炭的平均粒度及冷热性质，并关注焦炭在高炉中的劣化程度，以保证焦炭在到达风口水平时仍具有一定块度。^[1]

4 风口回旋区的长度

风口回旋区边缘外是焦粉开始集中的地方。如果在取样管上，焦粉突然增加，说明已经取到了高炉风口回旋区的边缘，由此可以判定高炉回旋区的长度。