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●爐腹煤氣量指數(shù)的上限受原燃料條件、爐型、高爐操作方式和渣鐵排放狀態(tài)等因素的綜合影響，現(xiàn)初步定位大型高爐合理爐腹煤氣量指數(shù)控制值在58m3/(min·m2)～65m3/(min·m2)。此時(shí)，煤氣流和操作爐型易于控制，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較好。

冀崗 衛(wèi)繼剛 唐順兵 姜曦

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展，大型高爐帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)大型高爐的生產(chǎn)操作進(jìn)行基礎(chǔ)性研究就顯得尤為重要，合理的爐腹煤氣量指數(shù)控制即為其中之一。爐腹煤氣量指數(shù)的定義為單位爐缸面積上通過(guò)的爐腹煤氣量，從氣體動(dòng)力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，是衡量高爐強(qiáng)化冶煉程度的一個(gè)重要參數(shù)。大型高爐是一個(gè)高溫高壓的密閉逆流反應(yīng)器，高爐爐腹煤氣量指數(shù)實(shí)質(zhì)上就是在高爐爐缸斷面上爐內(nèi)煤氣的空塔流速。一般認(rèn)為，過(guò)低的煤氣流速會(huì)導(dǎo)致大型高爐爐缸中心不活，死料柱增大和爐缸堆積；而過(guò)高的煤氣流速會(huì)導(dǎo)致高爐內(nèi)三相反應(yīng)傳輸矛盾激化，爐內(nèi)煤氣流的控制難度加大，易造成管道和懸料等失常爐況，而且在高煤氣流速生產(chǎn)情況下，煤氣流對(duì)爐襯的侵蝕和沖刷也會(huì)加劇，不利于高爐長(zhǎng)壽。因此，很有必要對(duì)大型高爐的爐腹煤氣量指數(shù)控制值進(jìn)行探討，以提高對(duì)大型高爐的駕馭能力。

太鋼5號(hào)高爐（4350m3）爐腹煤氣量指數(shù)由2008年初的54m3/(min·m2)逐步提高到2010年的67m3/(min·m2)；到了2015年~2016年，由于生產(chǎn)調(diào)整和進(jìn)入爐役中后期，爐腹煤氣量指數(shù)又降低到53m3/(min·m2)～55m3/(min·m2)。對(duì)此，本文分析其生產(chǎn)時(shí)的不同爐況特點(diǎn)，探討怎樣通過(guò)各項(xiàng)操作制度的合理匹配和操作理念的改變，來(lái)實(shí)現(xiàn)合理的爐腹煤氣量指數(shù)控制，從而為大型高爐在高煤比、高利用系數(shù)的條件下，形成較高爐腹煤氣量指數(shù)，實(shí)現(xiàn)低燃料比、經(jīng)濟(jì)化生產(chǎn)提供參考。

爐腹煤氣量指數(shù)對(duì)高爐生產(chǎn)的影響

高煤比、較低爐腹煤氣量指數(shù)生產(chǎn)。高爐冶煉在追求高煤比和高利用系數(shù)的過(guò)程中，往往會(huì)形成高爐腹煤氣量指數(shù)生產(chǎn)，而高爐腹煤氣量指數(shù)生產(chǎn)并不是高爐冶煉的目的。恰恰相反，煉鐵生產(chǎn)會(huì)出現(xiàn)怎樣在高爐腹煤氣量指數(shù)情況下，合理控制煤氣流的問(wèn)題。因?yàn)椋S著爐腹煤氣量指數(shù)提高，煤氣流速加快，往往會(huì)出現(xiàn)煤氣流難以控制的情況。當(dāng)高煤比生產(chǎn)時(shí)，由于爐內(nèi)焦炭負(fù)荷加重，壓差和透氣性指數(shù)K值往往會(huì)升高，這時(shí)須要平衡好透氣性指數(shù)K值和爐腹煤氣量指數(shù)的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)壓量關(guān)系的平穩(wěn)，這是保持高煤比生產(chǎn)時(shí)爐況順行的重要措施。

5號(hào)高爐在2008年2月進(jìn)行煤比200kg/t生產(chǎn)時(shí)，將爐腹煤氣量指數(shù)控制在56m3/(min·m2)～62m3/(min·m2)，實(shí)現(xiàn)了高煤比生產(chǎn)時(shí)煤氣流的有效控制。在煤比高而爐腹煤氣量指數(shù)較低的情況下，應(yīng)該適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流，否則會(huì)出現(xiàn)爐身中上部爐體熱負(fù)荷不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致熱制度的大幅度波動(dòng)，對(duì)高煤比下的煤氣流控制和低硅冶煉造成巨大沖擊。

高利用系數(shù)、較高爐腹煤氣量指數(shù)生產(chǎn)。在較高爐腹煤氣量指數(shù)情況下，高爐操作首先要掌握好合理煤氣流分布。大型高爐好的煤氣流分布要具有壓量關(guān)系適應(yīng)、下料均勻平穩(wěn)、煤氣利用率高而穩(wěn)定、操作爐型易于控制等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)爐況的穩(wěn)定順行，主要措施是控制邊緣與中心兩股氣流，并且針對(duì)形成不同爐腹煤氣量指數(shù)的生產(chǎn)，提出不同的煤氣流控制思路。5號(hào)高爐低煤比、高利用系數(shù)生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)顯示，不能過(guò)分發(fā)展邊緣氣流，而是采用穩(wěn)定適宜的邊緣氣流為宜。5號(hào)高爐爐腹煤氣量指數(shù)由2008年1月的54m3/(min·m2)不斷提高到2009年9月的67m3/(min·m2)，有效容積利用系數(shù)也由2.15t/（m3·d）提高到2.6t/（m3·d），爐缸面積利用系數(shù)達(dá)到69t/（m2·d）～72t/（m2·d），利用系數(shù)與爐腹煤氣量指數(shù)呈正向相關(guān)性，成功實(shí)現(xiàn)了高利用系數(shù)生產(chǎn)。

對(duì)煤氣利用率和燃料比的影響。高爐操作者的中心任務(wù)就是以精料為基礎(chǔ)，以爐況順行和提高煤氣利用率為手段，以降低焦比和燃料比、提高產(chǎn)量為核心來(lái)操作。2009年下半年，5號(hào)高爐產(chǎn)量不斷提高，特別是在2009年11月以后，產(chǎn)量達(dá)到11000t/d以上，有效容積利用系數(shù)達(dá)到2.53t/(m3·d)，爐腹煤氣量指數(shù)也提高到65m3/(min·m2)以上。這期間出現(xiàn)過(guò)爐況穩(wěn)定性變差、煤氣利用率下降到49%、燃料比急劇升高到508kg/t的情況。這其中有一部分是原燃料質(zhì)量變差的原因，但主要是5號(hào)高爐在爐腹煤氣量指數(shù)達(dá)到65.0m3/(min·m2)以上的生產(chǎn)情況下，對(duì)煤氣流的控制不到位。

大型高爐在提高煤比或產(chǎn)量的過(guò)程中，爐腹煤氣量指數(shù)也會(huì)相應(yīng)提高，當(dāng)爐腹煤氣量指數(shù)提高到一定程度并影響到爐況順行時(shí)，就應(yīng)采取提高富氧率、控制風(fēng)量的措施；或是在爐況允許的條件下，采取逐步降低燃料比等措施來(lái)降低爐腹煤氣量指數(shù)；也可在設(shè)備允許的條件下，適當(dāng)提高頂壓，有利于控制煤氣流速和全爐壓差，從而為控制煤氣流創(chuàng)造條件。

實(shí)現(xiàn)高而穩(wěn)定的煤氣利用率，從而降低燃料消耗，是高爐操作者的責(zé)任。大型高爐在爐腹煤氣量指數(shù)達(dá)66m3/(min·m2)生產(chǎn)時(shí)，控制煤氣流分布，實(shí)現(xiàn)煤氣的熱能和化學(xué)能充分有效利用，即實(shí)現(xiàn)低爐頂溫度（爐頂溫度低于180℃）和高煤氣利用率（煤氣利用率高于51%）操作，以低燃料比生產(chǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)利用系數(shù)的增長(zhǎng)，才是經(jīng)濟(jì)有效的手段。

針對(duì)不同爐腹煤氣量指數(shù)調(diào)整操作

通過(guò)降低燃料比來(lái)提高產(chǎn)量。大型高爐在較高爐腹煤氣量指數(shù)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)首先穩(wěn)定和降低燃料比。據(jù)5號(hào)高爐2010年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在爐腹煤氣量指數(shù)達(dá)到65m3/(min·m2)時(shí)，風(fēng)速一般應(yīng)控制在264m/s～272m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能為160kJ/s～165kJ/s，在保持中心煤氣流旺盛的前提下，適當(dāng)放開(kāi)邊緣煤氣流，通過(guò)平衡好爐內(nèi)的壓量關(guān)系來(lái)控制下部的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能，提高煤氣流分布的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)低燃料比生產(chǎn)。

當(dāng)爐腹煤氣量指數(shù)受到制約時(shí)，高爐的增產(chǎn)要從降低燃料比、降低單位生鐵的爐腹煤氣量、降低能量消耗著手。據(jù)5號(hào)高爐2011年1月和2月?tīng)t腹煤氣量指數(shù)在64.0m3/(min·m2)時(shí)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，5號(hào)高爐采取適當(dāng)松邊的裝料制度和調(diào)整風(fēng)口工作面積等措施，使風(fēng)壓水平能同焦炭負(fù)荷、風(fēng)量和頂壓的使用水平相適應(yīng)，使煤氣利用率由49.5%提高到51%。同時(shí)，由于爐體各段熱負(fù)荷和操作爐型也趨于穩(wěn)定，爐況穩(wěn)定性明顯好轉(zhuǎn)，5號(hào)高爐將燃料比由505kg/t逐步做低到495kg/t，生鐵含硅量也由0.55%下降到0.35%，在同等條件下，產(chǎn)量由11250t/d提高到11650t/d。一定要樹(shù)立大型高爐在爐腹煤氣量指數(shù)達(dá)64.0m3/(min·m2)以上生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)穩(wěn)定煤氣流、逐步降低燃料比來(lái)提高產(chǎn)量的操作理念。

上下部操作制度相結(jié)合，穩(wěn)定煤氣流。5號(hào)高爐采用PW串罐無(wú)鐘爐頂。提高高爐煤氣利用率的主要措施是，調(diào)整高爐的礦石批重，提高高爐的礦焦比。根據(jù)5號(hào)高爐多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在爐況接受的情況下，逐步提高礦石批重和加重焦炭負(fù)荷是提高煤氣利用率的主要途徑。高風(fēng)速、大礦批的采用和無(wú)料鐘裝料方式，為平峰式曲線(xiàn)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證。

煤氣流的穩(wěn)定與否，對(duì)大型高爐降低燃料比和穩(wěn)定熱制度至關(guān)重要。在高爐生產(chǎn)中，找到一個(gè)與原燃料條件和送風(fēng)制度適宜的布料制度是高爐操作的關(guān)鍵。大型高爐在進(jìn)行高爐腹煤氣量指數(shù)生產(chǎn)時(shí)，一定要根據(jù)形成高爐腹煤氣量指數(shù)的原因，充分發(fā)揮好裝料制度的作用，實(shí)現(xiàn)合理的煤氣流分布。在上部調(diào)劑沒(méi)有余地的情況下，可考慮下部送風(fēng)制度中風(fēng)量、富氧量、風(fēng)口面積和濕度的調(diào)劑，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)壓量關(guān)系的穩(wěn)定平衡。

合理爐腹煤氣量指數(shù)的控制及探討。限制爐腹煤氣量指數(shù)的主要因素包括：爐腹渣量、爐腹渣黏度、焦炭在爐腹處的粒度及孔隙度、煤比、爐內(nèi)有害元素的含量等?？梢?jiàn)，精料、降低渣鐵比和改善焦炭質(zhì)量的措施，都有利于高爐適應(yīng)高爐腹煤氣量指數(shù)操作。目前，太鋼初步將5號(hào)高爐合理的爐腹煤氣量指數(shù)控制值定位在60m3/(min·m2)～65m3/(min·m2)。爐腹煤氣量指數(shù)處于該值時(shí)，高爐易于操作，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，爐況穩(wěn)定，也有益于高爐長(zhǎng)壽。

在高爐操作上，通過(guò)適當(dāng)提高富氧率和爐頂壓力，將爐腹煤氣量指數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)低燃料比生產(chǎn)，是大型高爐提高產(chǎn)量的主要措施。各項(xiàng)操作制度的選擇和匹配是一項(xiàng)系統(tǒng)工作，一定要將送風(fēng)制度、裝料制度、爐缸熱制度和造渣制度統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)，從而形成煤氣流分布曲線(xiàn)和操作爐型的合理控制，才能實(shí)現(xiàn)爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。在原燃料一定的條件下，要想提高產(chǎn)量，唯有進(jìn)一步降低燃料比，從而降低單位生鐵耗風(fēng)量和其噸鐵爐腹煤氣量指數(shù)值，才能實(shí)現(xiàn)。

5號(hào)高爐將爐腹煤氣量指數(shù)和透氣性指數(shù)K值視為衡量高爐強(qiáng)化程度的2個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)生產(chǎn)要求進(jìn)一步強(qiáng)化高爐冶煉時(shí)，管理者應(yīng)該檢查透氣阻力系數(shù)和爐腹煤氣量指數(shù)的潛力，采取必要的措施，降低透氣阻力系數(shù)，使?fàn)t腹煤氣量接近最大值；已經(jīng)接近最大值時(shí)，應(yīng)為高爐創(chuàng)造必要的條件，采取減少?lài)嶈F爐腹煤氣量的措施，保持爐況穩(wěn)定和順行。

綜上所述，爐腹煤氣量指數(shù)的上限受原燃料條件、爐型、高爐操作方式和渣鐵排放狀態(tài)等因素的綜合影響，現(xiàn)初步定位大型高爐合理爐腹煤氣量指數(shù)控制值在58m3/(min·m2)～65m3/(min·m2)。此時(shí)，煤氣流和操作爐型易于控制，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較好。大型高爐在爐腹煤氣量指數(shù)低于60m3/(min·m2)運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)增大風(fēng)量、提高爐腹煤氣量來(lái)增產(chǎn)，當(dāng)爐腹煤氣量指數(shù)將要大于66m3/(min·m2)時(shí)，則須通過(guò)提高富氧率和爐頂壓力，降低燃料比和低硅冶煉來(lái)增產(chǎn)。大型高爐在較高爐腹煤氣量指數(shù)運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)調(diào)整富氧率、風(fēng)口工作面積、焦炭負(fù)荷、礦批和布料檔位等操作制度和參數(shù)，合理控制爐腹煤氣量指數(shù)，進(jìn)而控制爐內(nèi)煤氣流速，可以實(shí)現(xiàn)較低的燃料比和較好的順行狀態(tài)。