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炉缸活跃性——这个名词搞炼铁的人很少有人不知道，但炉缸活跃性到底是怎么定义的？炉缸活跃性如何计算？炉缸活跃性的影响因素有哪些？你对炉缸活跃性的理解有哪些误区？小编带你详细了解。如您需要下载原文，请关注“钢铁精英”并回复“活跃性”下载。如您希望加入“钢铁精英群”讨论实时热点技术问题或者实际生产问题，请加小编微信：xie215727208。 （字数：5263字，估计阅读时间： 9min） 1 概述1.1 炉缸活跃性定义炉缸活跃性是评价高炉工作状态的重要指标之一，目前尚未给出公认的定义，实际生产过程中，高炉操作者所谓的炉缸“活”或者“不活”，主要是通过炉缸料柱的透气透液性以及渣铁的流动性来判断，透气透液性为料柱的固有属性，主要受炉缸内焦炭粒径以及孔隙度的影响，流动性为渣铁的物理属性之一，受渣铁黏度的影响。因此，炉缸活跃性可以表征为炉缸内渣铁穿透料柱的能力。 炉缸活性指数与理论燃烧温度、鼓风速度、焦炭CSR、焦比、中心气流指数Ｚ值成正相关关系，与煤比、渣比、边缘气流指数、高炉透气性指数成负相关关系。 炉缸活性状态的良好需要长期的关注和维护，炉缸活性问题犹如交通拥堵问题，焦炭似公路，熔体（渣铁）似汽车，回旋区似交通警察，公路越宽阔，汽车行驶越快，交通警察的位置越合理，整个交通就会越通畅，炉缸活性也会越好；反之亦反。但是，炉缸活性问题和交通拥堵问题还存在一个最显著的区别，就是交通拥堵问题是裸露在外的，是一目了然可以被发现的，而炉缸活性问题是在高炉内部，是密闭的，很难被发现并掌握，即使被发现的时候，也很有可能已经造成了严重的后果。保持炉缸死焦堆良好的透气透液性对渣铁水的温度、流动和正常的排放都具有积极的意义。炉拉活跃性较好时，高炉容易稳定、顺行；而炉缸活跃性的恶化，往往会导致高炉不顺，难以操作。 1.2 炉缸活跃性的表现炉缸活跃性下降期表现一般为： （1）风压不稳定且升高，风量减小，透气性指数下降，风量和透气性指数波动幅度增大； （2）炉底温度降低、炉缸温度升高，炉身下部、炉腰等温度出现波动，水温差上升； （3）燃料比小幅度上升，产量小幅度下降； （4）铁水物理热下降，出铁时间变短，铁次增加，渣铁出净率降低。 炉缸活跃性恶化的炉况表现一般为： （1）风压升高，风量减少严重，透气性指数明显下降； （2）炉缸温度快速下降，炉身温度整体上升，呈散乱性波动，水温差明显上升（约3-4℃）；（3）燃料比大幅度上升（约30-50kg/t），产量大幅度降低（减产约10-20%）； （4）炉墙温度大幅度波动，气流不稳，严重时出现边缘管道； （5）出铁速度及时间不稳定，各铁口炉温、出渣铁量不均。 1.3 影响活跃性的主要方面影响高炉炉缸活性的因素大致可以分为三个方面：（1）主流供料区的焦炭所提供的“透气-透液通道”数量；（2）熔体（渣铁）的流动性能；（3）风口回旋区的位置。三种因素相辅相成，相互影响。 造成主流供料区的焦炭所提供的“透气-透液通道”减少的主要原因有： （1）焦炭质量差，冷热强度低，反应性高，粒度小，粉末多，这是“透气-透液通道”减少的内因。 （2）长期过量喷吹，未燃煤粉量增大，沉积在死焦堆中，这是“透气-透液通道”减少的外因。 （3）碱金属负荷过重，严重破坏焦炭的反应性和热强度，导致焦炭在下降过程中破损，碎焦增多，这是“透气-透液通道”减少的外因。 造成熔体（渣铁）流动性能变差的主要原因有： （1）炉缸热制度长期不合理，炉温持续偏低，渣铁物理热不足，过热度下降，黏度增大，流动性变差。 （2）造渣制度长期不合理，采用超高碱度、高 Al2O3低 Mg O 的造渣制度，易形成短渣，炉渣黏度增大，流动性变差。 （3）长期过量喷吹，过量未燃煤粉进入炉渣，以悬浮状存在于炉渣中，会增加炉渣的黏度，炉渣流动性变差。 （4）长期进行钒钛磁铁矿冶炼，由于钛化物的析出，渣铁流动性能变差。 造成风口回旋区位置不合理的主要原因有： （1）盲目追求高风量，风口面积过大，长期处于低风速、低鼓风动能的送风制度，风口回旋区缩小，鼓风吹不透中心，炉缸中心堆积。 （2）长期边缘过重，风口面积过小，长期处于高风速、高鼓风动能的送风制度，中心煤气流过分发展，风口回旋区扩大，中心过吹，炉缸边缘堆积。
2 炉缸活跃性指数的计算目前针对炉缸活跃性的计算有很多，这也是各高炉工作者对于炉缸活跃性认识的不同造成的。 2.1 渣铁流动阻力以及渣铁温度评价炉缸活跃性根据渣铁流动阻力以及渣铁温度评价炉缸活跃性。这种评价方式受渣铁流动速度的影响，实际过程中不易测量，并且不能够直接反应炉缸焦炭料柱的固有属性。
图 渣铁进入炉缸的区域划分 图 渣铁排出的流程示意图
渣铁自软熔带以下至排出炉外，经过两个流程，即渣铁生成和炉缸排出。渣铁流动阻力可由公式计算： （1） 渣铁流动阻力系数之和表示渣铁流动总阻力的大小，从主要侧面反映炉缸活跃J胜的程度，总阻力系数越小，炉缸活跃程度越高。 （2） 这是较理想的状态。在高炉连续出铁的条件下，炉缸下部顺利流出渣铁的同时，腾出空间接纳上部软熔带生成的渣铁，且炉缸下部液面基本保持恒定。 （3） 这是很不理想的状态。正常作业的高炉不会出现这种状态，这意味着渣铁会滞留在炉缸内，将破坏高炉的正常生产，一般在炉外事故或者炉缸严重堆积、炉缸冻结的情况下出现。 （4） 这是通常高炉的工作状态，炉缸下部在“等待”上部渣铁的进入。一般而言，在此情况下，两者之差的绝对值越小，表明炉缸活跃程度越高。 定义炉缸活跃性指数如下：
2.2 通过炉芯温度和炉缸侧壁温度的比值定义炉缸活跃性这种评价方式的优点是现场可以实时在线得到热电偶温度数据，易于高炉操作人员使用，但是由于不同高炉炉缸热电偶插入深度以及碳砖导热系数差异比较大，因此不便于不同高炉之间进行对比。
其中Tc为炉缸侧壁温度——指的是炉缸侧壁各层热电偶温度均值，与炉缸冷却壁水温差相比，能够更直接和迅速的反应炉缸侧壁碳砖和渣铁保护层厚度的变化情况。 TD为炉缸中心温度——指的是炉底各层中心热电偶温度均值。 炉缸工作活跃指数与产量基本呈相同的变化趋势，即炉缸工作活跃指数随产量的提高而升高。炉缸工作活跃指数与煤比基本呈相反的变化趋势，即炉缸工作活跃指数随煤比的提高而降低。高炉长期高煤比生产，易发展边缘气流，如果炉缸工作状态不活跃，必然会加剧炉缸侧壁的侵蚀，引起炉缸侧壁温度升高，炉缸工作状态活跃性增大之后，铁水对炉缸侧壁的环流冲刷减少。
图 炉缸工作活跃指数与产量的关系（原首钢2号高炉1780m³）
图 炉缸工作活跃指数与煤比的关系（原首钢2号高炉1780m³） 2.3 根据卡曼方程定义的一种新的炉缸活跃性指数的评价方法能够量化影响炉缸活跃性指数因素的两个方面的影响：焦炭料柱的固有特性——焦炭粒径以及料柱孔隙度；渣铁的物理特性——动力黏度。
其中：dp为炉缸内焦炭平均粒径，m;为焦炭料柱的孔隙度;μ为渣铁的动力茹度，Pa·s，表示渣铁的流动特性;V为渣铁流动速度，m/s。d0和μ0表示特征粒径和特征粘度。C为常数，C=1.0×10**5，设置常数C的主要目的是为了提高炉缸活跃性指数的量级，便于高炉操作人员使用。 生产过程中实时获取焦炭以及渣铁参数比较困难，因此可以利用高炉检修的机会进行风口焦取样，直接获取风口前焦炭的粒径分布，并测量焦炭试样的孔隙度，同时利用茹度分析仪测定渣铁水茹度，从而对炉缸活跃性进行阶段性的评价。
2.4 热量平衡系数作为评价高炉炉缸活跃性的指标之一在计算高炉热量平衡过程中，通过计算热收入与热支出，得到一个高炉热量平衡系数。通过首钢范围的试验发现，高炉物理热水平同炉缸平衡系统高度相关，因此，通过高炉热量平衡系数也能够在一定程度上表征高炉炉缸活跃的程度。 3 改善高炉炉缸活跃性的方法3.1 保证风量高炉风量是炼铁生产者控制的重要参数之一，风量对炉缸内焦炭的更新速率的影响主要表现在两个方面: （1）鼓风中的氧与焦炭发生燃烧反应，直接消耗焦炭;（2）风量直接影响高炉的铁水产量，在高炉富氧率、焦炭负荷等操作参数不变的条件下，高炉风量与高炉日产量、风口前焦炭日消耗量的关系如图所示，其中高炉日产量为风量与高炉吨铁耗风量之间的比值，风口前焦炭日消耗量可根据焦炭的燃烧反应计算得到。从图中可以看出，随着高炉风量的提高，高炉日产量以及焦炭消耗量逐渐上升，说明提高风量不仅有利于提高风口前焦炭的消耗量，而且会增加铁水产量，提高铁水渗碳。因此，在保证高炉顺行的前提下提高风量有利于提高炉缸内焦炭的更新速率，从而改善炉缸活跃性。
图 高炉风量对产量以及焦炭消耗量的影响 3.2 合理的炉温炉温表示铁水中的硅质量分数，在一定条件下，铁水中的硅元素质量分数与铁水温度呈正比。提高炉温一方面可以提高铁水温度，从而提高铁水中的碳质量分数，另一方面提高炉温可以降低炉渣茹度。因此，控制炉温也是高炉操作者改善炉缸活跃性常用的手段之一。2017年第一季度国内部分4000 m3以上大型高炉的炉温控制水平如图所示(炉温的变化用铁水中硅质量分数表示)。铁水中硅质量分数过高会增加燃料消耗，硅质量分数过低会导致渣铁流动性变差，降低炉缸活跃性，因此需要控制合适的炉温，受原燃料水平和操作制度的影响，不同的高炉对炉温的控制标准会有所差异，需要在生产过程中不断摸索。
图 国内部分大型高炉炉温控制水平 3.3 控制喷煤量高炉操作过程中不能一味地追求喷煤降焦，焦炭负荷长期过重不利于高炉的稳定顺行，当高炉原燃料质量下降或者高炉炉况失常时，应主动退负荷适应，同时降低喷煤量，若喷煤量过高，一方面容易导致煤粉不能充分燃烧，未燃煤粉聚集在死料柱内，降低死料柱的孔隙度;另一方面高煤比会延长焦炭在炉缸内的停留时间，导致粉末量增加。
3.4 控制有害元素碱金属与焦炭会形成层间化合物，发生体积膨胀，导致焦炭产生裂纹而破碎，从而降低焦炭粒径。京唐和宝钢高炉入炉焦炭粒径、碱负荷以及风口焦粒径统计分析见表。 表风口焦炭粒度对比
3.5 加强原燃料质量管理以武钢7号高炉为例，高炉炉料结构为68%一70%烧结矿 22%球团矿 6%一8%澳矿(或南非矿) 2%海南矿。在选择上，尽可能多使用熟料，保证熟料率在90%以上。少用或不用海南矿，以提高人炉矿石品位。减少渣量、采用酸性球团矿与高碱度烧结矿配合的合理炉料结构，明显改善了炉腹和炉缸的工作条件。
3.6 稳定煤气流分布煤气流分布形态应从下部煤气分布形态和上部煤气分布形态两方面分析，两者相互影响，下部煤气分布形态对煤气分布起决定性作用。高炉下部煤气分布形态需要兼顾如何保持炉缸的活跃工作状态及炉缸的长寿，下部煤气尽量向中心渗透对这两者都是有利的。
3.7 保持充沛的炉温和合适的炉渣碱度炉缸有充足的热量才有好的渣铁流动性，当前形势下高炉渣比相对较高，对炉温尤其是铁水物理热要求较高，为使渣铁顺利排出，铁水「Si」作为高炉操作中心值控制。同时关注铁水物理热，在高炉实际渣铁成分下，铁水温度达到规定值可保证渣铁具有良好的流动性。
3.8 优化出铁组织炉前操作影响炉缸的主要是铁口周期性出铁后堵口的炮泥，炮泥的主要组分为焦粉、黏土粉、高铝矾土、碳化硅、膨润土、绢云母、脱晶蕙油等，这些组分中能够提供热量的仅仅是焦粉，其他物质进人炉缸后吸热凝固，消耗高炉炉缸热量。另外，炮泥进人炉缸区域后，再排出主要靠周期性的出铁产生的冲刷而带出。因此，在炉前操作方面必须保持合理的铁口深度，在出铁制度上尽量做到各铁口均匀出铁。 炉前出渣出铁工作必须保证铁口的深度、出铁时间;为避免憋炉现象，规定出铁间隔时间达到要求时间必须开对面铁口，可重叠出铁;在目前铁矿石品位降低、渣量增加的情况下，适当增大开铁口所用钻头，及时出尽渣铁很重要，有效防止渣铁在炉缸内堆积造成憋炉，为高炉稳定顺行创造条件。 4 炉缸活跃性判断的几个误区4.1 炉底中心温度高炉缸越活跃从死焦堆的性质来看，透液性越好，渣铁通过的速度越快，炉底中心温度越高。在铁水产量相对稳定的前提下，透液性变好，意味着边缘铁水环流的强度降低，炉缸侧壁温度降低。因此，在一定程度上说，中心温度升高，炉缸活跃度升高。 但此种说法并不绝对。高炉开炉之后，炉缸受铁水冲刷的影响，各点热电偶温度会波动升高。对于小高炉来说，这种情况在高炉冶炼后期尤其明显。此时的热电偶温度升高是由于炉缸侵蚀加剧造成的，并不能说炉缸活跃度有升高。
4.2 铁水硅含量越高，炉缸活跃性越好铁水硅含量代表的是炉缸化学热的高低。在一定的范围内，硅含量增加，代表着炉缸热量充沛，炉缸渣铁流动性好。但超过一定的限制，如硅含量超过0.7%之后，铁水的粘度会有小幅升高，影响铁水的流动性。因此，铁水硅含量设计应控制在合理的范围内，防止出现渣铁流动性明显恶化的情况。
4.3 增加风量提高炉缸活跃性高炉增加鼓风量在一定程度上能够加快料速，渣铁产量增加，有助于活跃炉缸。但增加至一定范围之后，超出规定的风容比，会出现料柱受力的失衡，容易出现局部气流、管道，从而恶化煤气利用，料速会有所降低。因此，增加风量的方法适合在一定的范围内使用，不能过度增加风量以活跃炉缸。 5 总结高炉炉缸活跃性在高炉操作过程中应处于关键的监控参数。尤其是对于大高炉来说更为重要。因为炉缸直径越大，中心温度受影响越大。在明确高炉炉缸活跃指数的基础上，通过原料控制、高炉操作优化等方法，提高高炉的稳定程度，保证高炉的长期稳定顺行，这才是高炉炉缸活跃性指数的目标。
参考文献（1）炉缸活跃性指数及改善措施，陈川 （2）武钢7号高炉提高炉缸活跃程度实践，陈畏林 （3）高炉炉缸活性量化计算模型的开发与实践，代兵 （4）京唐5500m3高炉炉缸工作状态研究，李洋龙 （5）高炉炉缸活性的基础研究，代兵 （6）太钢5号高炉提高炉缸活跃性的措施，李红卫 （7）高炉炉缸活跃性评价的新认识，陈辉 （8）4000立方米高炉活跃炉缸操作实践，杨毅 说明：内容纯属交流之用，不针对任何第三方，文章欠妥之处，欢迎批评指正。内如有侵害您的权利或者不妥之处，请来信通知修改或删除。 钢铁精英，是一种身份，还是一种态度，一种对自己负责，对他人负责，对企业和单位负责的执着。 钢铁精英，是一道光环，还是一道标记，一抹警醒自己，启示他人，带动所有人的色彩。 钢铁精英，是一种荣耀，还是一个习惯，一个成就自己，提升能力，激发所有智慧的、人际的、社会潜力的一种行为。 加入钢铁精英，请长按并识别 |
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