姜　喆　車玉滿　郭天永 　姚　碩　孫　鵬　王傳榮

(1.鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山　114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山　114021)

合理的煤氣流分布是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，直接影響著高爐的煤氣利用率和爐缸活躍程度[1]。高爐煤氣流的初始分布主要取決于鼓風(fēng)動能[2]。保證合理的鼓風(fēng)動能是貫徹鞍鋼煉鐵“安全長壽、指標(biāo)優(yōu)化、穩(wěn)定順行”的重要技術(shù)保障。

1　合理鼓風(fēng)動能的意義

高爐風(fēng)口回旋區(qū)長度合適與否是判斷高爐下部送風(fēng)制度是否合理的標(biāo)準(zhǔn)，只有風(fēng)口回旋區(qū)的長度對應(yīng)其高爐爐缸保持長短合適時，高爐才能穩(wěn)定順行。長期的生產(chǎn)與理論實踐表明，高爐鼓風(fēng)動能是影響高爐風(fēng)口回旋區(qū)長短的最直接因素，鼓風(fēng)動能越大，風(fēng)口回旋區(qū)越長；反之，則回旋區(qū)長度越短[3]。每一座高爐都有一個適宜的風(fēng)口回旋區(qū)長度范圍，即有一個適宜的鼓風(fēng)動能大小范圍[4]，鼓風(fēng)動能過大或過小都會造成高爐長期處于失常狀態(tài)，使任何調(diào)劑失去意義。鼓風(fēng)動能過大則中心煤氣流越旺盛，容易造成邊緣堆積；鼓風(fēng)動能過小則邊緣煤氣流越旺盛，容易造成中心堆積，爐缸不活躍。只有鼓風(fēng)動能處于合理的范圍，高爐才能長期處于高產(chǎn)、低燃耗和低[S]的生產(chǎn)階段[5]。

2　鞍鋼10號3 200 m3高爐合理鼓風(fēng)動能的控制

2.1　鞍鋼10號3 200 m3高爐合理鼓風(fēng)動能的范圍

鞍鋼本部10號高爐容積3 200 m3，爐缸直徑為12.3 m。在投產(chǎn)初期，操作上處于摸索階段，末能充分認(rèn)識到控制合理的鼓風(fēng)動能對高爐冶煉的作用。高爐長期處于大風(fēng)量和高風(fēng)速操作，鼓風(fēng)動能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同容積高爐，造成爐缸中心過吹，爐況波動頻繁，煤氣利用率長期處于較低水平。從2015年末開始，在認(rèn)識鼓風(fēng)動能的重要性之后，高爐操作者開始有意識地將鼓風(fēng)動能嚴(yán)格控制在一定范圍之內(nèi)，在此范圍內(nèi)，再根據(jù)富氧、噴煤、風(fēng)溫和壓差等冶煉條件適度調(diào)整，最終取得了良好實效，使10號高爐的燃料比下降約20 kg/t。

10號高爐的鼓風(fēng)動能與燃料比和平均日產(chǎn)量的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以看出，當(dāng)鼓風(fēng)動能處于14 000～16 500 kg·m·s- 1范圍時，燃料消耗較低，高爐平均日產(chǎn)也處于較高水平。這是因為高爐熱風(fēng)入爐后，在風(fēng)口前與焦炭或煤粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時氣體膨脹做功，吹動風(fēng)口前焦炭作回旋運動，在風(fēng)口前產(chǎn)生風(fēng)口回旋區(qū)，回旋區(qū)深度直接受鼓風(fēng)動能影響。鼓風(fēng)動能越大，則風(fēng)口回旋區(qū)越長，風(fēng)口回旋區(qū)長度必須與爐缸直徑相對應(yīng)處于一個合理的范圍內(nèi)，高爐的初始煤氣流分布才能合理，燃料消耗才能低，因此每個高爐都對應(yīng)一個合理的鼓風(fēng)動能范圍。當(dāng)鼓風(fēng)動能過高時，邊緣過重，中心過吹，中心煤氣流紊亂，煤氣利用率低；當(dāng)鼓風(fēng)動能過低時，邊緣發(fā)展，容易造成爐缸內(nèi)部透氣和透液性差，爐缸中心堆積，煤氣利用率也不高，燃料比上升。由此，10號高爐適宜的鼓風(fēng)動能范圍為14 000～16 500 kg·m·s- 1。

圖1　10號高爐鼓風(fēng)動能與(a)燃料比和(b)平均日產(chǎn)的關(guān)系 Fig.1　Relationship among (a) fuel ratio and (b)daily production with blast kinetic energy for BF No.10

2.2　鞍鋼10號3 200 m3高爐合理鼓風(fēng)動能的控制方法

為了確定3 200 m3高爐適宜的送風(fēng)量，筆者引用了送風(fēng)比的概念，送風(fēng)比是高爐單位爐容的風(fēng)量。提出送風(fēng)比概念就是結(jié)合原燃料和冶煉條件，不同容積高爐選擇適合的風(fēng)量。煉鐵人常說“大風(fēng)治百病”，風(fēng)量在高爐操作中起著非常重要的作用，直接影響下部送風(fēng)制度，高爐只有送風(fēng)比處于合理范圍，才能保證合理爐腹煤氣量和大小適當(dāng)?shù)幕匦齾^(qū)，實現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行和指標(biāo)優(yōu)化。根據(jù)國內(nèi)外高爐實際操作統(tǒng)計，大高爐送風(fēng)比相對小高爐要低一些，3 000～5 000 m3高爐送風(fēng)比一般處于1.4～1.6之間。根據(jù)鞍鋼10號3 200 m3高爐的生產(chǎn)實踐，高爐送風(fēng)比與燃料比和產(chǎn)量的關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出，當(dāng)10號高爐的送風(fēng)比為1.35～1.40時，高爐燃料消耗最低，且平均日產(chǎn)也接近于較高階段。但該數(shù)據(jù)的相關(guān)性有些發(fā)散，說明高爐燃料比受諸多因素影響。當(dāng)10號高爐的送風(fēng)比在1.35～1.40時，燃料比基本都低于520 kg/t，說明控制送風(fēng)比在1.35～1.40范圍內(nèi)是適合10號高爐生產(chǎn)的最優(yōu)工作范圍。10號高爐送風(fēng)比和鼓風(fēng)動能的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示，送風(fēng)比在1.35～1.40時對應(yīng)的鼓風(fēng)動能范圍是14 000～16 500 kg·m·s-1。說明高爐冶煉時，應(yīng)將鼓風(fēng)動能控制在14 000～16 500 kg·m·s-1范圍內(nèi)。得出這一規(guī)律后，通過減小風(fēng)量，控制送風(fēng)比在1.35～1.40范圍內(nèi)，高爐的順行情況得到明顯改善。

圖2　10號高爐送風(fēng)比與(a)燃料比和(b)平均日產(chǎn)之間的關(guān)系Fig.2　Relationship among (a) fuel ratio and (b) dairly production with blast volume ratio for BF No.10

圖3　10號高爐送風(fēng)比與鼓風(fēng)動能對應(yīng)關(guān)系Fig.3　Relationship between blast kinetic energy and blast volume ratio for BF No.10

(2)控制合理的風(fēng)口面積。鼓風(fēng)動能與風(fēng)口面積成反比，即風(fēng)口面積越小，鼓風(fēng)動能越大。通過調(diào)整風(fēng)口面積改變鼓風(fēng)動能是高爐操作中常用的技術(shù)措施。風(fēng)口面積應(yīng)與富氧、風(fēng)溫、頂壓、原燃料條件、送風(fēng)比、風(fēng)量和爐型等冶煉條件相匹配。對鞍鋼10號3 200 m3高爐采取減小風(fēng)量、控制送風(fēng)比的操作后，對風(fēng)口面積也做出了調(diào)整，保證在送風(fēng)比一定的情況下，既吹透爐缸中心，又不過吹。從2015年初開始，逐步縮小10號高爐的風(fēng)口面積，將原來φ130 mm和φ140 mm的風(fēng)口逐步全部改為φ120 mm的風(fēng)口，風(fēng)口面積由0.44 m2以上縮小到0.39 m2。通過縮小風(fēng)口面積，在一定程度上避免了送風(fēng)比減小后鼓風(fēng)動能的大幅下降。調(diào)整風(fēng)口面積后，將鼓風(fēng)動能控制在14 000～16 500 kg·m·s-1，取得了較好的實踐效果：風(fēng)口明亮、渣鐵流動性改善、爐缸活躍、風(fēng)口破損情況改善、燃料比也長期處于歷史較優(yōu)水平，風(fēng)口面積的調(diào)整過程如圖4所示。當(dāng)風(fēng)量一定時鼓風(fēng)動能和風(fēng)口面積的關(guān)系如圖5所示。計算過程中控制送風(fēng)比為1.4，熱風(fēng)溫度為1 200 ℃，風(fēng)口面積由0.44 m2縮小為0.39 m2后，鼓風(fēng)動能和風(fēng)速分別控制到15 350 kg·m·s-1和320 m/s左右。10號高爐控制的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能都較同容積的高爐大，屬于高風(fēng)速操作。鞍鋼10號高爐的實踐證明,在保證高爐穩(wěn)定順行的前提下，高風(fēng)速操作可以提高高爐的“抵抗力”，即高爐抵抗各種異常爐況的能力，有利于提高鐵水質(zhì)量。

圖4　10號高爐風(fēng)口面積變化Fig.4　Change of tuyere area for BF No.10

圖5　10號高爐風(fēng)口面積對風(fēng)速和鼓風(fēng)動能的影響Fig.5　Variation of blast kinetic energy and tuyere velocity with tuyere area for BF No.10

△U)(式中：q效表示爐料有效正壓力對需求鼓風(fēng)動能的影響，爐料條件越好，該參數(shù)越大)，可以看出，原燃料條件越好，高爐所要求鼓風(fēng)動能越大。2014年鞍鋼投產(chǎn)兩座7 m焦?fàn)t，逐步提高10號高爐所用焦炭的冶金性能，CRI和CSR指標(biāo)顯著提高，分別達(dá)到25%以下和62%以上，原燃料條件的改善也為10號高爐接受高風(fēng)速和高鼓風(fēng)動能提供了條件。

3　結(jié)論

(1)通過鼓風(fēng)動能與風(fēng)口回旋區(qū)長度之間的關(guān)系，提出了合理鼓風(fēng)動能的概念，即在保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行的前提下，根據(jù)生產(chǎn)條件變化，鼓風(fēng)動能應(yīng)在一個合理的范圍內(nèi)波動。

(2)鞍鋼10號3 200 m3高爐鼓風(fēng)動能的合理范圍在14 000～16 500 kg·m·s- 1，此時高爐不僅燃料消耗低，利用系數(shù)也較高。

(3)論證了鞍鋼10號高爐鼓風(fēng)動能受送風(fēng)比、原燃料條件和風(fēng)口面積等因素影響的具體原因及應(yīng)所采取的應(yīng)對措施，即控制送風(fēng)比在1.35～1.40范圍內(nèi)，縮小風(fēng)口面積，提高原燃料條件等。

[1] 華建明,張龍來. 鼓風(fēng)動能對高爐冶煉的影響及控制[J]. 煉鐵, 2005, 24(4):5- 7.

[2] 林淼鑫,王秀梅,鄭少波.高爐風(fēng)口回旋區(qū)形狀和大小的三維數(shù)值模擬[J].上海金屬,2013,35(3):59- 62.

[3] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社, 2008.

[4] 郭艷永,張賀順,陳川. 大型高爐合理鼓風(fēng)動能的探討[J]. 煉鐵, 2016, 35(2):18- 22.

[5] 王超,宋文虎,徐飛.寶鋼2號高爐摸索合適鼓風(fēng)動能實踐[J]. 上海金屬, 2013, 35(1):35- 39.

[6] 倪立,金明,張正好. 梅山高爐合適鼓風(fēng)動能探索[J].煉鐵, 2003, 22(6):25- 27.