高爐爐腹煤氣量指數(shù)與透氣阻力系數(shù)的應(yīng)用分析

馬榮霞，楊成，王 芳

（山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城 271612）

試驗(yàn)研究

高爐爐腹煤氣量指數(shù)與透氣阻力系數(shù)的應(yīng)用分析

馬榮霞，楊成，王 芳

（山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城 271612）

將爐腹煤氣量指數(shù)XBG定義為單位爐缸斷面積上通過(guò)的爐腹煤氣量并給出了透氣阻力系數(shù)K的計(jì)算公式，XBG及K可以用作判斷爐況的標(biāo)志，衡量高爐強(qiáng)化冶煉的程度。石橫特鋼的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析表明，1#高爐XBG為68 m3/（min·m2）、K為16.2時(shí)，高爐爐況最為穩(wěn)定；3#高爐XBG為70 m3/（min·m2）、K為在16時(shí)，爐況順行最好。可將XBG、K并入高爐曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)觀(guān)察，對(duì)高爐爐況順行狀態(tài)判斷實(shí)現(xiàn)量化。

高爐；爐腹煤氣量指數(shù)；透氣阻力系數(shù)；爐況判斷

1 定義及計(jì)算方法

焦炭、煤粉燃燒后，形成爐腹煤氣，爐腹煤氣的數(shù)量與鼓風(fēng)量、富氧量、濕分、噴吹物的數(shù)量、成分等有關(guān)。爐腹煤氣在上升過(guò)程中穿過(guò)料層遇到阻力，其阻力大小除了與爐腹煤氣量有關(guān)外，還與煤氣的黏性、密度、爐料的粒徑、形狀、孔隙率等因素有關(guān)。由于爐缸靠近爐腹，在生產(chǎn)過(guò)程中爐缸斷面積基本不變，故將爐腹煤氣量指數(shù)XBG定義為單位爐缸斷面積上通過(guò)的爐腹煤氣量[m3/（min·m2）]。

1）爐腹煤氣量：

2）爐腹煤氣量指數(shù)：

3）高爐透氣阻力系數(shù)：

式中：VB為風(fēng)量（不包括富氧），Nm3/min；VO2為富氧量，Nm3/min；WB為濕分，g/Nm3；H為煤粉的含氫量，%；PC為噴吹煤粉量，kg/h；d為爐缸直徑，m；VBG為高爐爐腹煤氣量，m3/min；PB為熱風(fēng)壓力，kPa；PT為爐頂壓力，kPa[1]。

2 XBG與各指標(biāo)的關(guān)系

限制高爐強(qiáng)化的操作因素都與高爐內(nèi)的煤氣流動(dòng)有關(guān)，也就是高爐內(nèi)煤氣的通過(guò)能力決定了高爐的強(qiáng)化操作。高爐能夠通過(guò)的煤氣量取決于爐料的透氣性。高爐料柱的孔隙率越大，能通過(guò)的爐腹煤氣量也越大，高爐也更利于提產(chǎn)。對(duì)石橫特鋼1#、3#高爐（爐容均為1 080 m3）2014年4—8月份的XBG和有效容積利用系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，見(jiàn)圖1，XBG和燃料比的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖1 2014年石橫特鋼高爐XBG與利用系數(shù)的關(guān)系

圖2 2014年石橫特鋼高爐XBG與燃料比的關(guān)系

從圖1可以看出，當(dāng)3#高爐利用系數(shù)較低時(shí)，提高爐腹煤氣量指數(shù)XBG可以強(qiáng)化高爐的冶煉（圖1b）。XBG達(dá)到一定程度后，利用系數(shù)有下降或變緩的趨勢(shì)。利用系數(shù)最高時(shí)，XBG在70 m3/（min·m2）左右。1#高爐4月份時(shí)XBG最大，但高爐利用系數(shù)并不高，后通過(guò)降低燃料比，單位生鐵的爐腹煤氣量降低，利用系數(shù)稍有升高。5月17日后，隨著高爐大富氧，理論燃燒溫度升高，風(fēng)口前的熱量也升高，為了保持熱量穩(wěn)定，高爐爐腹煤氣量略有下降（圖1a）。

從圖2可以看出，燃料比和XBG也有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，燃料比最低時(shí)并不是XBG最大，XBG有一定界限。經(jīng)過(guò)分析近幾個(gè)月的曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)1#高爐XBG穩(wěn)定在68 m3/（min·m2）左右時(shí)，高爐燃料比最低，且爐況最為穩(wěn)定（圖2a）。3#高爐XBG穩(wěn)定在70 m3/（min·m2）左右時(shí)，爐況順行穩(wěn)定（圖2b）。

3 高爐透氣阻力系數(shù)的應(yīng)用

根據(jù)卡曼方程和公式（3）可以看出，高爐透氣阻力系數(shù)K是與爐料透氣性密切相關(guān)的指數(shù)，涉及到風(fēng)壓、頂壓、風(fēng)量、富氧量、噴吹煤粉等參數(shù)。對(duì)比目前使用的透氣指數(shù)K’＝60VB/（PB－PT）來(lái)說(shuō)，高爐透氣阻力系數(shù)對(duì)指導(dǎo)高爐更全面，更能反映爐內(nèi)的實(shí)際狀況。

對(duì)石橫特鋼1#高爐、3#高爐2014年4—8月份透氣阻力系數(shù)與利用系數(shù)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)圖3。

圖3 2014年高爐透氣阻力系數(shù)K與利用系數(shù)的關(guān)系

從圖3a可以看出，1#高爐2014年4月份K值相對(duì)較低，此時(shí)燃料比偏高，前期520 kg/t，后透過(guò)調(diào)整布料矩陣，煤氣利用好轉(zhuǎn)，高爐K值有所上升，高爐利用系數(shù)也隨之升高。說(shuō)明K值在此區(qū)間時(shí)，高爐有近一步提產(chǎn)的可能，可采取壓邊等措施來(lái)強(qiáng)化冶煉。

從圖3b可以看出，3#高爐4月份高爐K值持續(xù)偏高，在17以上，說(shuō)明料柱透氣性差，在此區(qū)間操作，如果強(qiáng)行加風(fēng)，則高爐發(fā)生懸料、崩料的概率會(huì)大大增加。此時(shí)只能通過(guò)減輕焦炭負(fù)荷，縮小礦批等措施，改善高爐料柱的透氣性，使高爐爐腹煤氣量增加，燃料比才能逐漸降低，有效容積利用系數(shù)逐步提高。

4 高爐XBG與K的應(yīng)用價(jià)值

從高爐下部液泛現(xiàn)象和高爐上部流態(tài)化現(xiàn)象分析認(rèn)為，高爐存在冶煉強(qiáng)度的界限。限制高爐強(qiáng)化的氣體力學(xué)因素，歸根結(jié)底是高爐內(nèi)煤氣的通過(guò)能力。采用爐腹煤氣量指數(shù)XBG，為高爐細(xì)化管理創(chuàng)造了條件。當(dāng)生產(chǎn)需要高爐進(jìn)一步強(qiáng)化冶煉時(shí)，可以檢查XBG的潛力，采取必要的措施使?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爐腹煤氣量措施，保持爐況穩(wěn)定和順行，達(dá)到高產(chǎn)。采用最大XBG來(lái)衡量高爐強(qiáng)化程度，更科學(xué)、更符合高爐冶煉的本質(zhì)。根據(jù)一定的原燃料條件，可以計(jì)算出最大XBG值，超過(guò)最大XBG值的界限，將導(dǎo)致燃料比的升高和爐況失常。

高爐透氣阻力系數(shù)K對(duì)高爐順行、高產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。當(dāng)K值保持在正常范圍，說(shuō)明高爐穩(wěn)定順行；當(dāng)K值高于正常范圍，說(shuō)明高爐料柱透氣性變差。若K值不斷升高，則高爐可能發(fā)生滑料、崩料、懸料等事故；若K值低于正常范圍，則可能發(fā)生吹料、管道等失常爐況。

5 結(jié)論及建議

5.1 爐腹煤氣量指數(shù)和高爐透氣阻力系數(shù)是一個(gè)綜合參數(shù)，可以作為判斷爐況的標(biāo)志。通過(guò)分析近幾個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)1#高爐爐腹煤氣量指數(shù)XBG在68 m3/（min·m2）、透氣阻力系數(shù)K在16.2時(shí)，高爐爐況最為穩(wěn)定；3#高爐XBG在70 m3/（min·m2）、K在16左右時(shí)，爐況順行最好。

5.2 高爐爐腹煤氣量指數(shù)和透氣阻力系數(shù)是近幾年提出的概念，此方面的研究分析不是太多，大部分人對(duì)此也比較陌生，因此，還有很多工作要做，其中最重要的是能夠接受新的觀(guān)念。

5.3 下一步可將爐腹煤氣量指數(shù)與透氣阻力系數(shù)并入高爐曲線(xiàn)中，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)觀(guān)察，對(duì)高爐爐況順行狀態(tài)判斷實(shí)現(xiàn)量化。

[1]項(xiàng)鐘庸.高爐設(shè)計(jì)-煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007：164-165.

Application Analysis of BF Bosh Gas Index and Permeability Resistance Coefficient

MA Rongxia,YANG Cheng,WANG Fang
（Shandong Shiheng Special Steel Group Co.,Ltd.,Feicheng 271612,China）

XBG(the bosh gas index)is defined as bosh gas volume through the area of hearth,Kis given as the ventilation resistance coefficient and its formula,withXBGandKcan be used as an indication of the furnace condition and measure of strengthening BF smelting. Analysis of Shiheng Special Steel production data showed that the No.1 BF’sXBGis 68 m3/(min·m2)and theKis 16.2,the BF is the most stable;the No.3 BF’sXBGis 70 m3/(min·m2)and theKis 16,the BF is the best regular working.TheKandXBGcan be incorporated into the blast furnace curve,the on-line real time observation can be realized,and the judgment for BF condition is quantized.

blast furnace;bosh gas index;air resistance coefficient;furnace condition judgment

TF538

A

1004-4620（2015）04-0030-02

2015-03-24

馬榮霞，女，1980年生，2001年畢業(yè)于山西省冶金工業(yè)學(xué)校鋼鐵冶煉專(zhuān)業(yè)；2011年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)冶金工程專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)為山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部工程師，從事煉鐵工藝管理工作。