高炉布料操作

1， 高炉布料的作用 

1.1，布料能改变高炉产量水平、改善顺行，降低燃料消耗：

 布料能改变产量水平，能提高高炉接受风量的能力；改善顺行，大幅降低燃料消耗： 

 

 炉内料柱的空隙度大约在0.35—0.45之间。上升的煤气对炉料的阻力约占料柱有效重量的40—50%。煤气分布是不均匀的，对下降炉料的阻力差别很大。利用不同的煤气分布，减少对炉料的阻力，从而保持高炉稳定、顺行。有了顺行，就有可能提高冶炼强度，增加产量。

 

  

 1.2，通过布料能延长功率寿命

 边缘气流过分发展，必然加剧炉墻侵蚀。通过布料控制边缘气流，保护炉墻。

 

  1.3，通过布料，预防、处理一些类型的高炉冶炼进程发生的事故

 这些类型包括：     高炉憋风、难行；渣皮脱落；

边缘过轻，危害很大。边缘过轻，首先表现在炉顶温度过高。影响炉顶温度的因素较多，边缘发展，是其中之一。炉顶温度每降低100，大约可降低焦比3-5公斤，主要来自三个方面：

A， 气带走的热量；

B， 冷却水及炉体散热；

C， 煤气利用率下降。

正常冶炼水平，炉顶温度与渣量关系密切。

边缘过重，同样会带来灾难。1982年首钢2高炉，连续发生风口压入炉内事故，给生产带来很大损失：                                  

 表1   渣皮脱落

日期	风口号	开始漏	常压时间	停风时间	更  换  设  备
					风口	中缸	弯头
8．31	22 22	22：28	22：45—23：58	17：18—18：50 23：58—4：13	1 1		1
9.1	22 22	5：50 15：55	6：05—8：15 16：07—17—46	8：15—12：52 17：45—21：56	1 1	1 1	1
9.2	18	4：08	4：05—7：33	7：33—11：49	1	1
累计			7小时20分	18小时51分	5	3	2

炉腹渣皮结到一定厚度，自行脱落，由于边缘煤气量不足，不能很好的熔化，大块渣皮沿炉缸壁下滑，将深入炉内的风口压入炉内。

类似的现象，在宝钢和日本也出现过。日本把这一现象叫“曲损”。

     炉墙结厚；减少一些铁中的有害元素。

 装料制度也有局限性：

严重的炉缸堆积，解决不了；

严重的炉墙结厚，效果很小。

布料的作用，是通过不同的装料方法，改变煤气流分布，并影响软融带的形状。改变炉料位置及矿、焦在炉喉径向的比例，是控制煤气流分布的有效手段。

双钟装料设备，炉料分布受到限制，调节煤气流的作用比较有限。

无钟的出现，克服了大钟的缺陷。第一座无钟高炉，于1972年在蒂森公司汉博恩厂投产。这是卢森堡阿贝尔公司的重大发明，它以全新的原理、紧凑的结构，克服了大钟布料器的缺点，使高炉布料，完成一次革命。很快，在世界范围推广。它通过改变旋转溜槽角度,可把炉料布到炉喉内任何位置。

 

2， 布料操作

 

   2.1，煤气流的作用

        煤气分布对高炉的作用是多方面的。煤气在高炉内的分布，分四种类型。

  

2.2，软融带的形状，对高炉行程有重要影响，煤气分布在很大程度上决定软融带的形状。

   2.3，批重的作用：

批重大小，对煤气分布影响极大。大批重普遍加重边缘及中心；小批重发展边缘及中心。各炉在一定的条件下，均有一个临界范围。当批重大于临界范围，随批重增加而加重中心；当批重小于临界范围，随批重增加而加重边缘或作用不明显[1]。

依此原理，当炉料较好时，应当用大批重；外部条件变坏时，应缩小批重。

大批重，能控制气流稳定分布。因此，随冶炼强度的提高，应扩大批重。当炉况难行时，应缩小批重，以还取风量，保持顺行。

   2.4，料线多作用：

料线越深，炉料越靠近炉墙。利用不同料线深度，可有效的调整炉料分布。

   

3， 大钟操作；

 

高炉最早出现于中国，已有2700年的历史[2][3]。高炉装料方法多种多样，均未流传下来。1850年，当巴利式大钟布料器在英国出现，尽管它不能旋转并有许多缺点，还是流传了下来。在此基础上，不断改进、完善，终于在1907年出现了“马基式”布料器，并迅速在世界范围普及。为什么大钟布料器得到发展，能够在炼铁历史中，占有重要地位？因为它解决了高炉长期以来，一直困饶的煤气流合理发布问题。

通过大钟布料器落入炉内的炉料，形成边缘高中心低的反锥体料面。当炉喉直径大于3.5米时，边缘和中心的料面差，已经超过1米，这就使中心的料柱透气性明显提高。可以看到，高炉每米工作高度的压力差大约0.04-0.07kpa，推动了煤气流向高炉中心流动。这一作用，也为高炉扩大，奠定了基础。

图2，不同容积高炉的阻力系数（图中数据是高炉容积）

大钟式布料所形成的料面，是以后各种布料器，共同遵循的准则，无钟布料也不例外。

3．1，扩大矿石批重：

        大批重，有利于煤气流稳定，能改善煤气利用，降低燃料比；但高炉压差可能提高，所以，扩大批重是有条件的：

A， 冶炼强度提高；

B， 高炉炉况允许。

 

表2  首钢2炉1982年9月数据（1327 m3）

日期	WK	αK	αJ	日产	焦比	燃料比	风量	综合冶强	校正焦比	校正燃料比
	吨	度	度	吨	kg	kg	m3/分	吨/日. m3	kg	kg
8-15	29.5	36	31	2942	417	515	2614	1.163	417	515
16-19	33	37	32	2864	418	528	2560	1.139	407	514
20-28	35	38	33	2991	402	511	2617	1.166	389	501

日期	煤气,%			半  径  煤  气  分  布 ,  %					塌料
	CO2	CO	ηCO	1	2	3	4	5	次/日
8-15	18..66	24.2	43.54	17.92	19.5	19.22	17.04	9.69	1.25
16-19	18.63	24.3	43.4	18.5	19.37	19.33	17.22	10.72	1.5
20-28	18.89	23.22	44.86	18.18	19.36	19.13	18.36	10.82	0.78

   

各时期的原料条件如下表，折合焦比、燃料比也按下列条件计算（表3）。

表3:

日期	矿耗	矿石含铁	焦灰	煤灰	灰石	铁耗	风温	湿度	[Si]
	kg	%	%	%	kg	kg/t	0C	g/ m3	%
8-15	1708	58.69	12.39	16.56	19	952	1162	14.17	0.54
16-19	1718	58.6	12.56	16.22	23	982	1181	14.65	0.50
20-28	1678	58.68	12.64	16.00	24	971	1153	9.72	0.50

 

3.2，同装与分装：

        由于界面效应，分装的矿、焦混合与变形，较同装小，因此料柱透气性更好。高炉一般采用分装。表4是首钢3号炉（1036 m3）的实践结果。

 表4

时间	日产	冶强	CO2	ηco	装料	料线	WK	WJ	K/J	透指	风量
	t	t/日. m3	%	%	%	m	t	t	Q/ΔP	m3/分
1-20/1	2015	0.996	17.5	41.4	同装	1.75	23.1	6.01	3.846	1624	1889
1-9/2	2140	1.072	17.7	41.9	分装	2.0	24.1	5.94	4.06	1734	1990
18-25/2	2130	1.008	17.9	42.5	分装	2.0	26.3	6.33	4.15	1670	1945

时间	焦比	燃料比	校正焦比	校正燃料比
	kg	kg	kg	kg
1-20/1	395	510	482	542
1-9/2	393	511	420	545
18-25/2	374	490	400	516

 

3.3，综合装料[5]：

为改善煤气利用，加重边缘，发展中心，在1982年实验综合装料制度，获得良好结果。矿石3车，分两次开大钟。第一次按料线1.75米加料，接着不等料线第二次开大钟，加入后续料，1号炉实践结果如下（表5）：

 

表5

时间	装料制度	利用系数	焦比	校正焦比	煤比	燃料比	校正燃料比
	t/日.	m3	kg	kg	kg	kg	kg
1-13/5	KKJJ↓	2.639	381	381	163.8	544.8	544.8
14-24	KK↓JJ↓	2.679	375	377	162.5	539.5	537.5
25-29	KK↓JJ↓	2.104	363	366	123.8	486.8	489.8
26-29/6	K1.5↓KJJJ1.5↓	2.875	366	375	138.8	504.8	513.8

  

时间	风量	风压	透指	煤气CO2	ηco	边缘CO2	中心CO
m3/分	kpa	Q/ΔP	%	%	%	%	%
1-13/5	1476	1.65	1713	15.77	35.88	6.7	8.5
14-24	1487	1.62	1770	15.45	35.65	7.0	8.7
25-29	1191	1.28	1726	17.19	39.15	11.9	10.9
26-29/6	1487	1.62	1728	17.28	38.53	13.4	7.3

3.4，大小料批混装[6]：

为克服大钟装料的局限性，首钢曾在进入末期的3号炉用大小批重混装的方法，修补炉墙并稳定高炉气流，受到很好的效果，操作结果见表6。具体方法是：

mA +nB           A = KKJJ↓        KK=20吨

                        B =KJ↓KJ↓        K=10吨

 

表6（1962年）

时间	装料制度	利用系数		焦比	校正焦比	冶强	K/J	塌料	坐料	风温
		t/日.m3	kg		kg	t/日. m3	次/日	次/日	次/日	0C
1-10/1	KKJJ↓1.5m	1.34	718		0.942	2.93	1.4	0.8	818
11-31	（2A+3B）↓1.5m	1.476	692		701	1.01	3.18	1.2	0.6	828

 

时间	结矿比	TFE	焦灰	[Si]	加湿	CO2	煤  气  半  径  分  布，%
	%	%	%	%	g/ m3	%	1	2	3	4	5
1-10/1	100	42.31	15.01	1.28	25.5	13.7	7.6	12.4	14.5	12.9	10.6
11-31	98.13	43.28	15.4	1.23	27	14.2	8.5	12.6	14.4	11.8	9.4

使用混装后，实际焦比下降20公斤，折算后降低17公斤。一月份炉身下部炉墙厚度460mm，到3月7日墙厚580mm。

大批重稳定气流，小批重加重边缘，两者结合，既改善顺行，也保护了炉墙。

 

3．5，抽矿或抽焦：

    炉况不稳定，炉料又不好，不具备使用大批重的条件，可用抽矿或抽焦的方法，稳定气流。具体做法是：

 

mKKJJ + KKKK        或   mKKJJ + JJJJ

 

3．6，双装

    出于同样理由，也可用双装。但双装在一定程度上改变气流分布，其“双”的部分，对气流的影响，和配“双”的相反。如下式所表示的，前一批示正装，和它相配的是倒装。每隔m批，有一批双装，在料柱中有一个大批重：JJJJ。

     

     mKKJJ + JJKK         

 

  3．7，半倒装：

        20世纪60年代，钢铁生产相当困难。原料很差，数量短缺。高炉或经常封炉，或维持生产。高炉难行、结瘤是经常的。半倒装由此流行。当时首钢（石钢）流行一句顺口溜：“小批半倒，灵丹妙药”。

 “小批”，保证高炉煤气两条通路，半倒是把焦碳装到高炉边缘及中心。这是发展两头的装料制度，煤气利用率很差，燃料比高。可以当“药'用，处理炉墙不干净，或因原料质量太差，保持高炉顺行。

是“药”，不能当“饭”，不能经常使用。经常使用，燃料消耗太高。

 

4， 无钟与大钟布料的区别

 

4．1，大钟布料是一次性的，大钟打开后，炉料在很短时间落到炉内，图3是大钟布料的炉料分布[7]。无钟布料是连续的，布一批料须较长时间（图4）[8]，大约布8—12圈。图5是无钟布料示意图[9]。由于料流较慢，无钟的粒度偏析严重（图6）[2]。

 

图3，大钟布料的炉料分布（高炉布料规律，277页表56）

 

 

 

图4

 

 

 

       图5，无钟布料示意图

 

 

 

            图6    粒度偏析

4．2，大钟布料的炉料分布，位置比较固定，每批料的堆尖位置只能在炉喉间隙以内。利用不同料线、不同批重、不同装料次序及不同装料方法，改变炉料分布；而无钟，通过改变溜槽角度，可以将炉料，布到任何位置、并且有多种不同的布料方式（图7）。

 

 

    图7    无钟可将炉料布到任何位置

 

4．3，溜槽旋转产生离心力，使溜槽外侧的炉料堆角变小，外侧料面较平坦，当多环部料时，形成炉料平台。大钟布料则无此特点。

 

图8，布料形成的平台

 

5，无钟布料操作

 

5．1，单环与多环

无钟的特点，导致：

A，单环布料，偏析严重，特别是粒度不均匀的炉料。单环布料，扩大了无钟的缺点，降低了无钟的优势。

B，单环布料时，改变或试验不同装料制度，比较困难。变动结果，不仅影响边缘煤气分布，同时也影响中心，改变布料，引起的变化较大。

                            

 

 

图9   改变单环示意图

 

多环布料，按要求将炉料加到一定的位置，可以满足冶炼需要。多坏，才能充分发挥无钟作用。通过多环布料，保持高炉中心活跃，边缘有足够的煤气流通过，以保证高炉顺行。多环，调剂煤气分布更灵活，更有利于高炉强化。

在多环条件下，改变煤气分布，一般通过改变边缘或中心的矿或焦的环数，即可实现，不必改动所有各环。改后是否准确，也容易判断。

多环，把粉料分散到较大的面积内，从而降低了粉料的破坏作用，提高了料柱透气性。

5．2， 边缘料面平台

     稻叶晋一等总结加古川高炉布料经验，边缘炉料在炉喉内形成一定宽度平台，高炉顺行很好，由此作为无钟布料规律，得到推广【10】。

 

                                     图10，平台

5．3，无钟布料实例

 

按生产需要，确定布料方式。图11是追求低焦比、高产量的、中心发展型的煤气分布所作的不同装料生产过程[9]。

 

 

图11    千叶6号炉的布料实践[10]

 

 图11是追求低焦比、高产量的、中心发展型的煤气分布所作的不同装料生产过程[9]。

图5左边的横座标是布料角度，1是边缘位置，10是中心位置。黑的是矿，白的是焦；纵座标本是布料圈数。右图是不同装料方法的煤气分布结果。最上边是5月，最下边是10月的煤气分布。

图中4个月的4次改变，边缘第一环（520）、第二环（50.50）布的矿石和焦碳始终未变。第一次改变，仅变更第五、第六环（图中上部，5月到6月）。以后两次改变，均在3—7环之间。这正是多环部料的优点。从下图可以看到，边缘煤气利用率并未发生变化，中心煤气利用率逐次提高。

 

图12是日本一座高炉的布料操作结果[12]。图中第一列是布料方法，第二列是炉料分布，第三列是炉喉煤气及温度分布，第四列是冷却壁温度分布。从图中第三列看到，径向煤气温度和煤气中的CO2%含量是相反的。从第四列中看到，布料对后温度的重要影响。

 

图12

5.4，宝钢布料[13]：

    宝钢重视布料平台。矿石在炉内形成自炉墙起1.3—1.7米宽的平台。具体的布料方法和布料的相关考虑见图13、表9。

 

 

图13

 

表9

    2004年3月宝钢无钟布料操作：

 

炉别	容积	d m	系数	冶炼强 度	焦比kg	煤比kg	风温0C	CO2 ％	富氧％	炉渣碱度	铁水Si,%	炉料结构，％
												烧结矿	球团矿	生矿
1	4063	13.4	2.23	1.06	261	207	1244	22.80	2.60	1.22	0.36	77	5	18
2	4063	14	2.17	1.03	309	164	1229	22.7	1.88		0.34	77	5	18
3	4350	14	2.35	1.07	273	202	1248	23.3	2.84	1.24	.28	77	5	18

 

装料制度：

炉别	h m	WK t	WJ t	αK    环数										αJ    环数
				1	2 320	3	4	5	6	7 400	8	9	10	1	2 320	3	4	5	6	7 400	8	9	10
1	1-1.5	131	24.7
2	1.2	131	26.7		3	3	3	3	2						3	3	3	3	2	3
3	1.2	131	24.7		3	3	3	3	2						3	3	3	3	2	3

  

5．5，其他厂经验

      A，上钢一厂

炉别	容积	d m	系数	冶炼强 度	焦比kg	煤比kg	风温0C	CO2 ％	富氧％	炉渣碱度	铁水Si,%	炉料结构，％
												烧结矿	球团矿	生矿
3	2500	11.1	2.4		369	110	1160	21.67	1.67	1.16	0.39-0.41	82	12	6

 

 

炉别	h m	WK t	WJ t	αK    环数
				1 500	2 47.5	3 45.5	4 43	5 40.5	6 37	7 34	8 31	9 27	10 230	11 18
3	1.5	60	14.4					1	3	4	4
				αJ    环数
								2	2	2	1	2	2

                  

   布料分11环。较分10环或分偶数环，有明显的有点，即有一个偶数环，将炉喉面积，等分。如分11环时第6环等分炉喉面积。上钢一厂3高炉，炉喉面积分11环。次炉布料，焦炭布到中心方向较明显。

 

B， 首钢  2004年3月

炉别	容积	d m	系数	冶炼强 度	焦比kg	煤比kg	风温0C	CO2 ％	富氧％	炉渣碱度	铁水Si,%	炉料结构，％
												烧结矿	球团矿	生矿
1	2536	11.56	2.16	1.13	408	87.3	1056		0.2	1.08	0.58	75.8	15.8	8.4

 

装料制度：

炉别	h m	WK t	WJ t	αK    环数
				1	2	3	4 230	5 26	6 29	7 32	8 35	9 370	10
1	1.2	47.5	13.9						5	2	5
αJ    环数
	5	2	2	2	1	1	2	3

 

首钢当时焦炭强度不佳，焦炭在较大范围分布。

  C，昆钢6高炉

炉别	容积	d m	系数	冶炼强 度	焦比kg	煤比kg	风温0C	CO2 ％	富氧％	炉渣碱度	铁水Si,%	炉料结构，％
												烧结矿	球团矿	生矿
1.2	2000	10	2.0	1.02	452	62	1030			1.04	0.49	75	14	11

装料制度：

炉别	h m	WK t	WJ t	αK    环数
				1 100	2 22.2	3 27.2	4 31.7	5 35.7	6 39.2	7 42.1	8 44.6	9 46.8	10 48.8	11 50.3
1	1.2	47.5	13.9				2	2	3	1
αJ    环数
1 100	2 22.2	3 27.2	4 31.7	5 35.7	6 39.2	7 42.1	8 44.6	9 46.8	10 48.8	11 50.3
2		2		5	6	7	8

 

      典型的中心加焦。

      D，武钢

 

炉别	容积	d m	系数	冶炼强 度	焦比kg	煤比kg	风温0C	CO2 ％	富氧％	炉渣碱度	铁水Si,%	炉料结构，％
												烧结矿	球团矿	生矿
2	1536	8.9	2.23	1.14	408	128	1128	19.28	0.92	1.07	0.52	76	4	20

 

装料制度：

炉 别	h m	WK t	WJ t	αK    环数
				1 22.2	2 29	3 33	4 36.8	5 40.5	6 43.5	7 46	8 43.5	9 48.5	10 50.3	11 50.3
1	1.2	47.5	13.9						2	2	3	3
αJ    环数
1 10	2 22.2	3 29	4 33	5 36.8	6 40.5	7 43.5	8 46	9 48.5	10 50.3	11 50.3
				1	2	2	2	2

     矿石反复布料（见红字）：  6         7        8          9

                                              43.5  →46  →43.5  →48.5   →

                                                 2        2         3          3

5．6，不同先进高炉的温度分布曲线见图14。

 

图14  煤气温度分布【13】

 

6，布料新动向

高炉按自己的需要，采取不同的装料方法。日本川崎公司，研究逆向布料，炉料从中心开始（图13），和传统布料不同[13]，炉料在炉内很少位移或滚动。这种探索精神，表现继续挖掘潜力的决心。 

 

 

                              图13    逆向布料

 

参考文献

 

[2] 前田久纪等，高炉装入物分布制御，制铁研究，第325号（1987），21—33。

[5] 陈欣田，高炉正正分装大料批的技术操作，首钢科技，1982，12，1-11。

[6] 陈家华，石钢高炉使用大小料批混装降低焦比的经验，1964年10月，油印本。

[7]Р.БААКЕ，Сталь，1959，10，869—880。

[8] E.Legille,Ironmaking Proceedings,32(1973),144—162.

[9] M．Nomura， etc.，Ironmaking Proceedings，v.43（1984），111—117。

【10】稻叶晋一等，神户制钢技报，1984，34（4），42－47。

 

[11] J．Kurihara，etc.，Ironmaking Proceedings，v.40（1980），113—122。

[12] W.K.Lu (by Edited),OPTIMUM BURDEN DISTRIBUTION IN BLAST FURNACE，Canada，1978，10-1—10-7。

[13] 余琨等，高炉喷煤，东北大学出版社，1995年第84-88页。

[14] 佐藤  健等，铁と钢，Vol·86（2000），No.10,813。

                                               

附：邯钢5高炉

 

（初期）

h	WK	WJ	αK    环数
m	t	t	1   48.5	2   47	3   45	4   43	5   40.5	6   38	7   35	8   32	9   28	10   22.5
1.2	47.5	13.9							10
αJ    环数
				5				5

 

不论矿石或焦炭，均不向高炉靠近中心。起初用布料校正，少加重边缘，高炉立即难行，风量大减，高炉不接受，生产损失很大。装料方式举例如下：

 

（改变一例）

h	WK	WJ	αK    环数
m	t	t	1   46	2   44	3   41.5	4   39	5   37	6   35	7   32.5	8   29	9   23	10   18
1.2	47.5	13.9					7	5
αJ    环数
			2	2	2	2	2	1	2

 

   这是我最沉重的冶炼经历之一。

 

h	WK	WJ	αK    环数
m	t	t	1   46	2   44	3   41.5	4   39	5   37	6   35	7   32.5	8   29	9   23	10   18
1.2	47.5	13.9				1	3	4	1
αJ    环数
		3	2		1	1	3	5

 

曾两次用焦炭热洗，按经验，足以起作用，但并未奏效。

高炉炼铁人