姜喆 ，韓曉東 ，曾宇 ，姚碩 ，車玉滿 ，郭天永 ，李建軍

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼集團(tuán)有限公司科技發(fā)展部，遼寧 鞍山 114009；3.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、高產(chǎn)和低耗的基礎(chǔ)。高爐煤氣流的初始分布主要取決于風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)口面積和濕度等參數(shù)的匹配是否合理，由此確定鼓風(fēng)動能、風(fēng)速和爐腹煤氣量三個重要參數(shù)。特別是對于3000 m級以上的大型化高爐，由于高爐爐缸直徑大，不易吹透中心，需要足夠的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，以確保爐缸活性；同時也需保證合理的爐腹煤氣量，以達(dá)到高爐強(qiáng)化的目的。由此，合理的送風(fēng)參數(shù)是貫徹鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠（以下簡稱“鞍鋼本部”）“安全長壽、指標(biāo)優(yōu)化、穩(wěn)定順行”的重要技術(shù)保障。本文統(tǒng)計(jì)分析了鞍鋼本部3號高爐（3200 m）的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并得出了合理的送風(fēng)參數(shù)范圍。

1 鞍鋼本部3號高爐送風(fēng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

1.1 適宜風(fēng)速與鼓風(fēng)動能

風(fēng)速與鼓風(fēng)動能是高爐生產(chǎn)過程中的主要調(diào)劑參數(shù)。將高爐風(fēng)速和鼓風(fēng)動能控制在適宜的范圍，可以保證高爐的風(fēng)口回旋區(qū)深度與高爐爐缸直徑、原燃料條件和高爐冶煉制度相匹配，從而保證高爐煤氣流的初始分布合理，最終達(dá)到高爐高產(chǎn)低耗的目的。

筆者統(tǒng)計(jì)了2015～2018年3號高爐實(shí)際風(fēng)速和鼓風(fēng)動能參數(shù)與燃料消耗的關(guān)系。3號高爐實(shí)際風(fēng)速與燃料比、焦比的關(guān)系分別如圖1、圖2所示，3號高爐鼓風(fēng)動能與燃料比、焦比的關(guān)系分別如圖3、圖4所示?？梢钥闯觯颁摫静?號高爐風(fēng)速和鼓風(fēng)動能范圍適宜，即實(shí)際風(fēng)速和鼓風(fēng)動能分別控制在290 m/s以上和200 kJ/s以上時燃料比最低，而實(shí)際風(fēng)速和鼓風(fēng)動能分別控制在275～300 m/s和150～175 kJ/s范圍內(nèi)時焦比最低。由于市場焦炭價格約為噴吹煤粉價格的2倍，3號高爐的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能應(yīng)分別控制在275～300 m/s和150～175 kJ/s范圍。與國內(nèi)外3000 m以上高爐指標(biāo)（最佳風(fēng)速 250～260 m/s，鼓風(fēng)動能 120～130 kJ/s）相比，鞍鋼本部3號高爐的最佳風(fēng)速和鼓風(fēng)動能偏大，這是由于2014年鞍鋼本部2座7 m焦?fàn)t投產(chǎn)后，逐步提高了高爐所用焦炭冶金性能，CRI和CSR指標(biāo)顯著提高，分別達(dá)到24%以下和62%以上，隨著焦炭冶金性能轉(zhuǎn)好，高爐有了接受高風(fēng)速和高鼓風(fēng)動能的條件，因此鞍鋼本部3號高爐的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能超過同類型高爐，接近4000 m以上高爐水平。

圖1 3號高爐實(shí)際風(fēng)速與燃料比的關(guān)系Fig.1 Relationship between Actual Blast Velocity and Fuel Ratio of No.3 BF

圖2 3號高爐實(shí)際風(fēng)速與焦比的關(guān)系Fig.2 Relationship between Actual Blast Velocity and Coke Ratio of No.3 BF

圖3 3號高爐鼓風(fēng)動能與燃料比的關(guān)系Fig.3 Relationship between Blast Kinetic Energy and Fuel Ratio of No.3 BF

圖4 3號高爐鼓風(fēng)動能與焦比的關(guān)系Fig.4 Relationship between Blast Kinetic Energy and Coke Ratio of No.3 BF

1.2 適宜風(fēng)量比

高爐爐腹煤氣量是風(fēng)口前燃料燃燒后單位時間內(nèi)生成的煤氣量，是衡量高爐強(qiáng)化的重要參數(shù)。每座高爐都有與其自身料柱透氣性相匹配的最大爐腹煤氣量，料柱透氣性越好，單位時間內(nèi)允許通過的煤氣量也就越大，越有利于高爐進(jìn)一步強(qiáng)化提產(chǎn)。若爐腹煤氣量達(dá)到最大后繼續(xù)強(qiáng)化高爐，單位時間內(nèi)產(chǎn)生煤氣量超過高爐料柱透氣性允許的穿透煤氣能力，則易造成懸料和管道，從而引起產(chǎn)量和消耗指標(biāo)的惡化。

爐腹煤氣量計(jì)算公式如下：

由式（1）可知，爐腹煤氣量與鼓風(fēng)量成正比，當(dāng)濕度、噴煤量和富氧條件一定時，風(fēng)量是影響爐腹煤氣量的最大且最直接因素，增加風(fēng)量可直接增加爐腹煤氣量。因此，與爐腹煤氣量一樣，每個高爐都有一個相適應(yīng)的風(fēng)量范圍。3號高爐風(fēng)量與風(fēng)壓的關(guān)系如圖5所示，可以看出，當(dāng)高爐鼓風(fēng)量超出高爐所能接受的范圍時，鼓風(fēng)量增加會引起壓差的提高，從而降低了高爐透氣性。

圖5 3號高爐風(fēng)量與風(fēng)壓的關(guān)系Fig.5 Relationship between Blowing Rate and Blast Pressure of No.3 BF

為了確定3號高爐適宜的送風(fēng)量，此處使用了風(fēng)量比的概念，風(fēng)量比是高爐單位容積的風(fēng)量。高爐只有將風(fēng)量比控制在合理范圍，才能合理控制爐腹煤氣量和風(fēng)口回旋區(qū)大小，實(shí)現(xiàn)高爐的穩(wěn)定順行和指標(biāo)的優(yōu)化。國內(nèi)外3000～5000 m高爐風(fēng)量比一般處于1.4～1.6之間。統(tǒng)計(jì)3號高爐風(fēng)量比與燃料比的對應(yīng)關(guān)系，如圖6所示。

圖6 3號高爐風(fēng)量比與燃料比的關(guān)系Fig.6 Relationship between Blowing Rate and Fuel Ratio of No.3 BF

由圖6可以看出，當(dāng)風(fēng)量比控制在1.7～1.9范圍時，高爐的燃料比最低，燃料比可長時間保持在510 kg/t以下，此時對應(yīng)的風(fēng)量控制范圍為5 440～6 080 m/min，這與鞍鋼高爐上部采用中心加焦的布料制度有關(guān)，3號高爐中心焦炭比例長期在30%以上，高爐中心有足夠的透氣性，可以保證大風(fēng)量比高爐操作而不會使壓差迅速增加。從圖5中可以看出，當(dāng)風(fēng)量比超過1.7后，即風(fēng)量超過5 440 m/min后，高爐壓差隨著風(fēng)量的增加而緩慢增加。

確定高爐適宜的風(fēng)量比，必須與高爐的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能結(jié)合討論，分別統(tǒng)計(jì)高爐風(fēng)量比與實(shí)際風(fēng)速、鼓風(fēng)動能的關(guān)系，如圖7、圖8所示?？梢钥闯?，當(dāng)風(fēng)量比控制在1.7～1.9范圍時，對應(yīng)的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能范圍分別為275～300 m/s和150～175 kJ/s，與1.1中分析得出的3號高爐適宜的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能范圍一致，證明3號高爐適宜風(fēng)量比為 1.7～1.9，對應(yīng)風(fēng)量為 5 440～6 080 m/min。

圖7 3號高爐風(fēng)量比與實(shí)際風(fēng)速的關(guān)系Fig.7 Relationship between Blowing Rate and Actual Blast Velocity of No.3 BF

圖8 3號高爐風(fēng)量比與鼓風(fēng)動能的關(guān)系Fig.8 Relationship between Blowing Rate and Blast Kinetic Energy of No.3 BF

1.3 適宜爐腹煤氣量

當(dāng)高爐爐腹煤氣量已達(dá)到極限時，應(yīng)從降低噸鐵消耗風(fēng)量和噸鐵煤氣量入手繼續(xù)強(qiáng)化高爐，否則繼續(xù)增加爐腹煤氣量容易在軟熔帶以下部位產(chǎn)生液泛現(xiàn)象和在塊狀帶產(chǎn)生流態(tài)化現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)3號高爐風(fēng)量與爐腹煤氣量的關(guān)系，如圖9所示，可以看出，當(dāng)控制高爐最優(yōu)風(fēng)量比為1.7～1.9時，對應(yīng)的爐腹煤氣量為7 200～8 100 m/min。統(tǒng)計(jì)3號高爐燃料比與爐腹煤氣量的關(guān)系，如圖10所示，可以看出，當(dāng)控制爐腹煤氣量為7 200～8 100 m/min時，燃料消耗也最低，此時對應(yīng)的爐腹煤氣量指數(shù)范圍為 59.6～67.1 m/min，與寶鋼 3 號高爐接近，進(jìn)一步證明3號高爐最佳風(fēng)量比和爐腹煤氣量應(yīng)分別為 1.7～1.9 和 7 200～8 100 m/min。

圖9 3號高爐風(fēng)量比與爐腹煤氣量的關(guān)系Fig.9 Relationship between Blowing Rate and Gas Volume in Bosh of No.3 BF

圖10 3號高爐爐腹煤氣量與燃料比的關(guān)系Fig.10 Relationship between Gas Volume in Bosh and Fuel Ratio of No.3 BF

1.4 爐腹煤氣量對透氣性的影響

高爐允許的最大爐腹煤氣量與高爐內(nèi)的透氣性有關(guān)，當(dāng)高爐透氣性好時，高爐可以繼續(xù)增加風(fēng)量進(jìn)行強(qiáng)化。項(xiàng)忠庸等用爐內(nèi)透氣阻力系數(shù)評價高爐的透氣性，

式中，P為熱風(fēng)壓力，kPa；P為爐頂壓力，kPa。K值是一種涉及了風(fēng)壓、頂壓與爐腹煤氣量的綜合評價系數(shù)。很顯然，相比壓差和透氣性指數(shù)，用高爐的阻力系數(shù)評價高爐的透氣性更加合理。在高爐冶煉過程中應(yīng)盡量保證K值穩(wěn)定，若K值增加，表明高爐透氣性變差，可能導(dǎo)致難行或懸料；若K值短時間內(nèi)降低或波動大，說明高爐有可能出現(xiàn)了管道或吹料。

統(tǒng)計(jì)3號高爐爐腹煤氣量與K值的關(guān)系，如圖11所示，可以看出，K值隨爐腹煤氣量的增加而降低，此現(xiàn)象說明提高高爐透氣性不應(yīng)降低風(fēng)量，而應(yīng)該采取改善爐料的粒度和冶金性能、上下部調(diào)劑、軟熔帶分布和優(yōu)化爐型等方法。當(dāng)最佳爐腹煤氣量為7 200～8 100 m/s時，對應(yīng)的K值范圍為 2.9～3.4。

圖11 3號高爐爐腹煤氣量與K值的關(guān)系Fig.11 Relationship between Gas Volume in Bosh and Permeability K Value of No.3 BF

分別統(tǒng)計(jì)3號高爐K值與燃料比、產(chǎn)量的關(guān)系，如圖12、圖13所示，可以看出，當(dāng)K值控制在2.9～3.4之間時，燃料比低，日產(chǎn)量也能維持在較高水平，因此3號高爐的K值應(yīng)該控制在2.9～3.4之間。

圖12 3號高爐K值與燃料比的關(guān)系Fig.12 Relationship between Permeability K Value and Fuel Ratio of No.3 BF

圖13 3號高爐K值與平均日產(chǎn)量的關(guān)系Fig.13 Relationship between Permeability K Value and Daily Average Output of No.3 BF

2 實(shí)施效果

2018年8月之前，為了提高高爐利用系數(shù)，鞍鋼本部3號高爐逐步提高送風(fēng)量，處于大風(fēng)量、高風(fēng)量比操作狀態(tài)，風(fēng)量比最高達(dá)到2.0以上，高爐開始出現(xiàn)壓差增加，透氣性變差現(xiàn)象。為改善高爐順行情況，從2018年9月開始，逐步降低高爐送風(fēng)量。

3號高爐風(fēng)量、實(shí)際風(fēng)速、鼓風(fēng)動能和爐腹煤氣量的變化情況如圖14所示，3號高爐燃料比變化趨勢如圖15所示，3號高爐平均日產(chǎn)量變化趨勢如圖16所示。

圖14 3號高爐風(fēng)量、實(shí)際風(fēng)速、鼓風(fēng)動能和爐腹煤氣量的變化情況Fig.14 Situation of Changes on Blowing Rate，Actual Blast Velocity，Blast Kinetic Energy and Gas Volume in Bosh of No.3 BF

圖15 3號高爐燃料比變化趨勢Fig.15 Variation Tendency for Fuel Ratio of No.3 BF

圖16 3號高爐平均日產(chǎn)量變化趨勢Fig.16 Variation Tendency for Daily Average Output of No.3 BF

由圖14、15和16可見，從2018年9月初至2018年12月末，3號高爐風(fēng)量由6 200～6 600 m/t降到了 5 400～5 600 m/t，實(shí)際風(fēng)速由 350～370 m/s降低到了300～320 m/s，鼓風(fēng)動能由260～300 kJ/s降低了160～180 kJ/s范圍內(nèi)，爐腹煤氣量和爐腹煤氣量指數(shù)分別降低到7 500 m/min和62.1 m/min，燃料比下降趨勢明顯，而高爐日平均產(chǎn)量并沒有明顯下降趨勢。進(jìn)一步證明高爐強(qiáng)化應(yīng)考慮高爐所允許的爐腹煤氣量上限，不能無限制的提高風(fēng)量比來提高高爐利用系數(shù)，在高爐爐腹煤氣量達(dá)到上限后，應(yīng)從提高爐料透氣性和降低噸鐵煤氣量的角度提高產(chǎn)量，否則會引起相反效果。

3 結(jié)論

（1）通過統(tǒng)計(jì)風(fēng)速、鼓風(fēng)動能和風(fēng)量比與燃料消耗的關(guān)系，得出3號高爐最合理的送風(fēng)參數(shù)范圍：風(fēng)速為 275～300 m/s，鼓風(fēng)動能為 150～175 kJ/s，風(fēng)量比為 1.7～1.9。

（2）通過統(tǒng)計(jì)爐腹煤氣量和爐腹煤氣量指數(shù)與燃料消耗的關(guān)系，得出3號高爐的合理爐腹煤氣量和爐腹煤氣量指數(shù)控制范圍分別為7 200～8 100 m/min和59.6～67.1 m/s。若高爐爐腹煤氣量達(dá)到上限后仍繼續(xù)高爐強(qiáng)化，不能再提高爐腹煤氣量，否則將會引起高爐液泛現(xiàn)象，導(dǎo)致高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)惡化，而應(yīng)采取降低噸鐵消耗風(fēng)量或噸鐵產(chǎn)生煤氣量等方法。

（3）通過統(tǒng)計(jì)爐腹煤氣量與爐內(nèi)透氣阻力系數(shù)K值的關(guān)系，得出3號高爐K值合理控制范圍為2.4～2.9，此時燃料消耗最低，平均日產(chǎn)量仍處于較高水平。