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        鞍鋼5號2580 m3高爐布料參數(shù)研究

        2021-03-01 13:21:14邵思維謝明輝何沖車玉滿姜喆
        鞍鋼技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:焦比裝料爐料

        邵思維,謝明輝,何沖,車玉滿,姜喆

        (鞍鋼集團鋼鐵研究院,遼寧 鞍山 114009)

        裝料制度即通過調(diào)整高爐各環(huán)位的角度、布料圈數(shù)以在高爐爐喉徑向上形成具有不同的布料平臺寬度、料層厚度、徑向O/C比分布等參數(shù)的特定料面形狀,進而調(diào)節(jié)高爐塊狀帶煤氣分布及軟融帶特性,最終達到穩(wěn)定合理的煤氣利用結(jié)果。上部裝料制度是高爐操作的核心。但由于高爐影響因素復雜,實驗室難以有效模擬布料參數(shù)對高爐參數(shù)的影響,且實際生產(chǎn)中,布料平臺寬度通常僅小幅調(diào)整,持續(xù)時間短,數(shù)據(jù)量龐大,噪聲多,難以滿足研究條件。因此,目前對裝料制度參數(shù)的研究主要停留在理論階段。

        隨著鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 (以下簡稱“煉鐵總廠”)高爐大數(shù)據(jù)的建立,收集了5號高爐(2580 m,爐喉直徑 4.1 m)自 2019 年開始,歷時一年的高爐布料逐步調(diào)整數(shù)據(jù),并結(jié)合鞍鋼自行開發(fā)的計算程序,研究了布料參數(shù)對高爐指標的影響,本文對此做一介紹。

        1 布料平臺寬度計算方法

        本研究采用鞍鋼實際激光測料面驗證效果較好的公式進行計算。

        1.1 爐料落入溜槽前速度

        爐料進入溜槽前的初速度見公式(1)。

        式中,

        v

        為落入溜槽前的料流初速度,m/s;

        F

        為實測爐料出節(jié)流閥時的流量,m/s;

        S

        為節(jié)流閥投影面積,m;

        l

        為節(jié)流閥周邊邊長,m;

        d

        為爐料平均粒度,m。

        當爐料與溜槽碰撞后,爐料的運動速度會有一定程度的損失,見公式(2)。

        式中,

        v

        為爐料落入溜槽后的初速度,m/s;

        λ

        為速度損失系數(shù)。

        1.2 爐料落入溜槽后速度

        爐料離開溜槽時的末速度見公式(3)。

        式中,

        v

        為爐料離開溜槽時的速度,m/s;

        l

        為溜槽有效長度,m;g為重力加速度,m/s;

        α

        為溜槽傾角,°;

        μ

        為爐料與溜槽摩擦系數(shù);

        w

        為溜槽角速度,rad/s。

        式中,

        L

        為溜槽長度,m;

        e

        為溜槽傾動距,m。

        1.3 爐料在空區(qū)的運動

        爐料離開溜槽后,受重力和煤氣阻力作用做斜下拋運動。有研究表明,與重力相比,煤氣阻力很小,因此,本研究忽略煤氣作用。爐料落點與高爐中心點距離見公式(5)。

        式中,

        r

        為爐料落點位置,m;

        t

        為爐料離開溜槽后的下落時間,s;

        h

        為溜槽末端至料線處的垂直距離,m。

        1.4 布料平臺寬度計算

        考慮邊緣礦石會向邊緣滾動,布料平臺最外落點定為貼近爐墻,平臺最內(nèi)落點為最小礦角落點,不考慮其向中心滾動的距離。布料平臺寬度見公式(7)。

        式中,

        L

        p為布料平臺寬度,m;

        R

        為爐喉半徑,m;

        r

        為最小礦角礦石落點距爐喉中心距離,m。

        2 高爐裝料制度研究

        2.1 裝料制度調(diào)整過程

        2019年5 號高爐提升了風量及產(chǎn)能,逐步將布料平臺寬度由1.25 m縮短至0.86 m,裝料制度調(diào)整過程見表1。期間風量按預期大幅提高,9月開始嘗試礦石4環(huán)位布料,但4環(huán)布料后氣流“蹺蹺板”現(xiàn)象明顯,即中心和邊緣氣流反復此消彼長,兩股氣流均不穩(wěn)定。后改回5環(huán)布料,布料平臺寬度0.96 m,但隨著平臺寬度的縮短,燃料比升高了15~20 kg/t。

        表1 高爐裝料制度調(diào)整過程Table 1 Adjustment Process for BF Charging System

        2.2 裝料制度調(diào)整效果

        依托高爐大數(shù)據(jù)系統(tǒng),利用計算落點的編程程序進行計算處理,得出了以年度為階段、日均值為單元的高爐制度參數(shù)與高爐指標關(guān)聯(lián)推移圖,具體見圖1。

        由圖1可以看出,隨著布料平臺寬度的逐步縮短,高爐風量和綜合焦比均有明顯增加,如圖1中①、②標記處。中心加焦比例和綜合焦比也有較好的正相關(guān)性,但在時間上有1~3天的延時。且當中心焦比例和布料平臺寬度同時同向調(diào)整時,即中心焦比例增加、布料平臺寬度縮短,對綜合焦比的影響非常明顯,如圖1中③標記處。

        圖1 高爐制度參數(shù)與高爐指標關(guān)聯(lián)推移圖Fig.1 Transition Diagram of Relationship between BF System Parameters and BF Indexes

        3 布料平臺寬度影響分析

        3.1 布料平臺寬度對風量的影響分析

        高爐風量和布料平臺寬度關(guān)系如圖2所示,可以看出,風量和平臺寬度存在較明顯的關(guān)聯(lián)性。當布料平臺寬度在1.06~1.25 m范圍時,縮短平臺寬度,風量的提升效果最明顯;當布料平臺寬度小于1.06 m時,仍能提升風量但幅度減小。

        圖2 高爐風量和布料平臺寬度關(guān)系Fig.2 Relationship between Air Volume and Width of BF Distribution Platform

        無礦區(qū)理論認為,應保證無礦區(qū)占爐喉面積比在 45%~50%以上。本研究中,當高爐布料平臺寬度大于1.2 m時,風量明顯大幅下降;當平臺寬度為1.2 m時,其無礦區(qū)占比剛好為50%,這與無礦區(qū)理論完全相符。鞍鋼5號高爐無礦區(qū)占比較大,原因是其燒結(jié)礦粒度較小,所用東燒平均粒徑僅18 mm,而西燒為21 mm。因此,5號高爐布料平臺寬度極限范圍應控制在0.9~1.2 m,且最佳平臺寬度為1.1 m,無礦區(qū)占比53.5%,此時能保證風量及消耗達到最佳匹配。

        3.2 布料平臺寬度對綜合焦比的影響分析

        高爐布料平臺寬度、熱負荷、綜合焦比的三維散點分布如圖3所示。

        圖3 高爐布料平臺寬度、熱負荷、綜合焦比的三維散點分布圖Fig.3 Three-dimensional Spread-out Distribution Diagram of Width of BF Distribution Platform,Heat Load and Comprehensive Coke Ratio of BF

        由圖3可以看出,平臺寬度小于1.06 m后,綜合焦比波動區(qū)間增加,分布趨于分散,氣流不穩(wěn)定,“蹺蹺板”現(xiàn)象嚴重,爐況波動大;且隨著平臺寬度的縮短,爐體熱負荷升高。

        對高爐各制度階段、不同布料平臺寬度的指標參數(shù)進行階段均值統(tǒng)計,并利用階段均值進行綜合焦比與平臺寬度、中心焦比例的二元回歸分析。高爐各制度階段參數(shù)均值及二元回歸預測值統(tǒng)計見表2。

        表2 高爐各制度階段的參數(shù)均值及二元回歸預測值統(tǒng)計表Table 2 Statistical Table of Parameter Mean Values and Predictive Values of Binary Regression at Each Stage of Systems for BF

        綜合焦比與中心焦比例、布料平臺寬度的二元回歸結(jié)果為:

        式中,

        Y

        為綜合焦比,kg/t;

        X

        為中心焦比例,%;

        X

        為布料平臺寬度,m。棄真概率P值為0.001。

        在未考慮其他因素的影響以及高爐大噪聲特點的情況下,70%的擬合度已經(jīng)能較好的模擬綜合焦比與中心加焦及布料平臺寬度之間的關(guān)系,其模型預測的焦比偏差在(-7~1)kg/t范圍。經(jīng)計算得出,布料平臺寬度每減少0.1 m,焦比升高約2.51 kg/t。

        4 結(jié)論

        通過研究鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠5號高爐布料參數(shù)與風量和綜合焦比的關(guān)系得出:

        (1)布料平臺寬度在1.06~1.25 m范圍時,縮短平臺寬度,風量的提升效果最明顯。小于1.06 m,仍能提升風量但幅度減小,且兩股氣流不穩(wěn)定,“蹺蹺板”現(xiàn)象嚴重,爐況波動大。

        (2)5號高爐布料平臺寬度極限范圍應控制在0.9~1.2 m,最佳平臺寬度為1.1 m,無礦區(qū)占53.5%,此時能保證風量及消耗達到最佳匹配。

        (3)布料平臺寬度和綜合焦比有較強的關(guān)聯(lián)性,布料平臺寬度每減少0.1 m,綜合焦比升高約2.51 kg/t。

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