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        鞍鋼5號(hào)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(tuán)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(tái)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(jìn)而調(diào)節(jié)高爐塊狀帶煤氣分布及軟融帶特性,最終達(dá)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(fù)雜,實(shí)驗(yàn)室難以有效模擬布料參數(shù)對(duì)高爐參數(shù)的影響,且實(shí)際生產(chǎn)中,布料平臺(tái)寬度通常僅小幅調(diào)整,持續(xù)時(shí)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(duì)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(jiǎn)稱“煉鐵總廠”)高爐大數(shù)據(jù)的建立,收集了5號(hào)高爐(2580 m,爐喉直徑 4.1 m)自 2019 年開始,歷時(shí)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(jì)算程序,研究了布料參數(shù)對(duì)高爐指標(biāo)的影響,本文對(duì)此做一介紹。

        1 布料平臺(tái)寬度計(jì)算方法

        本研究采用鞍鋼實(shí)際激光測(cè)料面驗(yàn)證效果較好的公式進(jìn)行計(jì)算。

        1.1 爐料落入溜槽前速度

        爐料進(jìn)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(shí)測(cè)爐料出節(jié)流閥時(shí)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(zhǎng),m;

        d

        為爐料平均粒度,m。

        當(dāng)爐料與溜槽碰撞后,爐料的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)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(shí)的末速度見公式(3)。

        式中,

        v

        為爐料離開溜槽時(shí)的速度,m/s;

        l

        為溜槽有效長(zhǎng)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(zhǎng)度,m;

        e

        為溜槽傾動(dòng)距,m。

        1.3 爐料在空區(qū)的運(yùn)動(dòng)

        爐料離開溜槽后,受重力和煤氣阻力作用做斜下拋運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)與高爐中心點(diǎn)距離見公式(5)。

        式中,

        r

        為爐料落點(diǎn)位置,m;

        t

        為爐料離開溜槽后的下落時(shí)間,s;

        h

        為溜槽末端至料線處的垂直距離,m。

        1.4 布料平臺(tái)寬度計(jì)算

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

        式中,

        L

        p為布料平臺(tái)寬度,m;

        R

        為爐喉半徑,m;

        r

        為最小礦角礦石落點(diǎn)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(hào)高爐提升了風(fēng)量及產(chǎn)能,逐步將布料平臺(tái)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(fēng)量按預(yù)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(fù)此消彼長(zhǎng),兩股氣流均不穩(wěn)定。后改回5環(huán)布料,布料平臺(tái)寬度0.96 m,但隨著平臺(tái)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(jì)算落點(diǎn)的編程程序進(jìn)行計(jì)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(biāo)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(tái)寬度的逐步縮短,高爐風(fēng)量和綜合焦比均有明顯增加,如圖1中①、②標(biāo)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(shí)間上有1~3天的延時(shí)。且當(dāng)中心焦比例和布料平臺(tái)寬度同時(shí)同向調(diào)整時(shí),即中心焦比例增加、布料平臺(tái)寬度縮短,對(duì)綜合焦比的影響非常明顯,如圖1中③標(biāo)記處。

        圖1 高爐制度參數(shù)與高爐指標(biāo)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(tái)寬度影響分析

        3.1 布料平臺(tái)寬度對(duì)風(fēng)量的影響分析

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

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

        無礦區(qū)理論認(rèn)為,應(yīng)保證無礦區(qū)占爐喉面積比在 45%~50%以上。本研究中,當(dāng)高爐布料平臺(tái)寬度大于1.2 m時(shí),風(fēng)量明顯大幅下降;當(dāng)平臺(tái)寬度為1.2 m時(shí),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(hào)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(hào)高爐布料平臺(tái)寬度極限范圍應(yīng)控制在0.9~1.2 m,且最佳平臺(tái)寬度為1.1 m,無礦區(qū)占比53.5%,此時(shí)能保證風(fēng)量及消耗達(dá)到最佳匹配。

        3.2 布料平臺(tái)寬度對(duì)綜合焦比的影響分析

        高爐布料平臺(tái)寬度、熱負(fù)荷、綜合焦比的三維散點(diǎn)分布如圖3所示。

        圖3 高爐布料平臺(tái)寬度、熱負(fù)荷、綜合焦比的三維散點(diǎn)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(tái)寬度小于1.06 m后,綜合焦比波動(dòng)區(qū)間增加,分布趨于分散,氣流不穩(wěn)定,“蹺蹺板”現(xiàn)象嚴(yán)重,爐況波動(dòng)大;且隨著平臺(tái)寬度的縮短,爐體熱負(fù)荷升高。

        對(duì)高爐各制度階段、不同布料平臺(tái)寬度的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行階段均值統(tǒng)計(jì),并利用階段均值進(jìn)行綜合焦比與平臺(tái)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(yù)測(cè)值統(tǒng)計(jì)見表2。

        表2 高爐各制度階段的參數(shù)均值及二元回歸預(yù)測(cè)值統(tǒng)計(jì)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(tái)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(tái)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(diǎn)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(tái)寬度之間的關(guān)系,其模型預(yù)測(cè)的焦比偏差在(-7~1)kg/t范圍。經(jīng)計(jì)算得出,布料平臺(tái)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(hào)高爐布料參數(shù)與風(fēng)量和綜合焦比的關(guān)系得出:

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

        (2)5號(hào)高爐布料平臺(tái)寬度極限范圍應(yīng)控制在0.9~1.2 m,最佳平臺(tái)寬度為1.1 m,無礦區(qū)占53.5%,此時(shí)能保證風(fēng)量及消耗達(dá)到最佳匹配。

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

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