北營(yíng)3200m3高爐布料矩陣優(yōu)化調(diào)整實(shí)踐

鄒德勝 王光亮 寇明銀

北營(yíng)3200m3高爐有效容積為3200m3，由中治京誠(chéng)設(shè)計(jì)，采用串罐無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，減少布料偏析。自2012年11月開(kāi)爐至2019年8月期間，其采用的主要布料矩陣模式為“中心加焦”→“平臺(tái)+漏斗”→“中心加焦”。其“中心加焦”模式在矩陣調(diào)整時(shí)，遵循“發(fā)展中心，抑制邊緣”的氣流分布模式，爐況順行，但煤氣利用率低，消耗過(guò)高。尤其是第二階段的中心加焦模式，強(qiáng)烈發(fā)展中心氣流，使得消耗高，爐腹煤氣量大，稍增加風(fēng)量，就升高壓差，只能被迫提高富氧率來(lái)提高產(chǎn)量，導(dǎo)致風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能始終偏低，爐缸活躍性差，抗外界波動(dòng)能力差。2019年9月，重新調(diào)整思路，以“穩(wěn)定中心，適當(dāng)邊緣”進(jìn)行氣流調(diào)整，并通過(guò)CCK技術(shù)改善爐缸工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)布料程序進(jìn)行調(diào)整：布礦時(shí)，在布礦至最小擋位第二圈礦時(shí)全開(kāi)節(jié)流閥，再布最后一圈礦；在布焦時(shí)，布焦至次中心擋位時(shí)關(guān)閉節(jié)流閥，溜槽傾動(dòng)至中心時(shí)，布中心焦。實(shí)現(xiàn)了中心焦、礦精準(zhǔn)布料，避免了無(wú)礦區(qū)混入礦石，中心環(huán)帶上減少布焦炭，穩(wěn)定了中心氣流，實(shí)現(xiàn)了“穩(wěn)定中心，適當(dāng)邊緣”的雙開(kāi)型氣流分布模式，使?fàn)t況改善，風(fēng)量增加，產(chǎn)能提升。由于減少了中心焦量，也提高了煤氣利用率，降低了燃料消耗。

1.布料矩陣的調(diào)整

布料矩陣是高爐上部調(diào)劑的重中之重?？茖W(xué)合理的布料矩陣是根據(jù)高爐自身特點(diǎn)，長(zhǎng)期探索、優(yōu)化的結(jié)果。高爐要長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，必須要有合理的布料矩陣。其根本就是要根據(jù)原燃料質(zhì)量、氣流分布、礦石批重和組成等條件的不同，形成合理的焦炭、礦石平臺(tái)和中心漏斗，即形成合理的料面形狀和合理的礦焦比分布。對(duì)高爐操作而言，依據(jù)具體條件的不同，形成穩(wěn)定的平臺(tái)和漏斗的料面形狀才是追求的目標(biāo)。這種料面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是具有形狀穩(wěn)定、礦焦比分布易控制、能夠抑制爐料大小顆粒偏析等。

生產(chǎn)中控制合理的平臺(tái)位置、平臺(tái)寬度和漏斗深度是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。平臺(tái)整體靠中心或平臺(tái)過(guò)寬、漏斗過(guò)淺，都易使中心過(guò)重，邊緣氣流不易控制；平臺(tái)整體靠邊緣或平臺(tái)過(guò)窄、漏斗過(guò)深，則料面形狀不穩(wěn)定，不利于煤氣流的穩(wěn)定。布料矩陣的探索是將風(fēng)量作為貫穿始終的生命線，一切緊緊圍繞合理的料面形狀和礦焦比分布的問(wèn)題，以打開(kāi)中心氣流，獲得合理、穩(wěn)定的邊緣氣流為指導(dǎo)思想，要根據(jù)具體生產(chǎn)條件的不同，對(duì)布料矩陣進(jìn)行有計(jì)劃、有步驟的調(diào)整。

1.1 第一階段的調(diào)整：矩陣的優(yōu)化

2019年8月，3200m3高爐矩陣調(diào)整思路轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺€(wěn)定中心，適當(dāng)邊緣”。調(diào)整步驟為：通過(guò)以風(fēng)量為基礎(chǔ)，疏導(dǎo)邊緣，合適的邊緣氣流后，逐步增加中心負(fù)荷，抑制中心氣流。2020年2月，高爐采用CCK方式布料調(diào)整如下：

其礦角差增加至9.5°，中心加焦量占比20%,邊緣適當(dāng)放開(kāi):邊緣溫度由60℃～100℃提高到140℃～180℃，中心溫度由700℃～800℃降低至450℃～550℃。見(jiàn)圖1。但由于開(kāi)爐后熱風(fēng)爐系統(tǒng)的原因，采用低風(fēng)溫（950℃左右）、輕負(fù)荷、低風(fēng)速操作長(zhǎng)達(dá)近2月，爐缸工作差，強(qiáng)化困難，指標(biāo)較差。對(duì)此，下一步主要工作是恢復(fù)爐缸工作。

圖1 3200m3高爐調(diào)整前后十字測(cè)溫變化趨勢(shì)圖

1.2 第二階段的調(diào)整：恢復(fù)爐缸工作

兩座3200m3高爐配吃6m及4.3m焦?fàn)t的焦炭，在同樣配煤比情況下，熱強(qiáng)度相差3%左右。6m焦?fàn)t的焦炭用量只有30%左右，為充分利用資源，在不增加配煤成本的情況下，將質(zhì)量較好的6m焦?fàn)t的焦炭布在高爐中心，置換了爐芯部位的死焦堆，同時(shí)下部大幅縮小風(fēng)口面積至0.3555m2，在風(fēng)量不變的情況下，風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能大幅提高，改善了爐缸工作。

1.3 第三階段的調(diào)整：穩(wěn)定中心氣流

2020年5月后，爐缸工作明顯改善，入爐風(fēng)量增加，指標(biāo)提升，邊緣及中心兩道氣流逐步形成。5月份，為進(jìn)一步增加風(fēng)量，風(fēng)口面積回調(diào)至0.3812m2，風(fēng)量達(dá)到5500m3/min～5600m3/min,標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速240m/s。但是在增加風(fēng)量及增加負(fù)荷的過(guò)程中，存在中心無(wú)礦區(qū)混入礦石及中心焦不能進(jìn)一步減少的問(wèn)題，出現(xiàn)中心氣流不暢現(xiàn)象。其主要原因是：礦批增大后，在礦石布料過(guò)程中，由于稱量料罐的稱量補(bǔ)償問(wèn)題，有1.5噸～2噸的礦石隨溜槽下傾灑落中心；同樣在布焦炭時(shí)，次中心角度（擋位）的焦炭在向中心角度布料的過(guò)程中，有10%～ 15%的焦炭灑落在次中心角度（擋位）與中心焦角度（擋位）的環(huán)帶上。由于不能控制灑落量，尤其在原燃料粒度波動(dòng)時(shí)，這種不穩(wěn)定愈加明顯，造成高爐中心氣流發(fā)生明顯的無(wú)規(guī)律波動(dòng)，影響了高爐氣流的穩(wěn)定性，最終使高爐爐況的穩(wěn)定性受到影響。

第一步，數(shù)據(jù)采集及分析，對(duì)在布焦時(shí)，在布完次中心焦后到中心焦時(shí)，不關(guān)閉節(jié)流閥及關(guān)閉節(jié)流閥，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。在計(jì)劃?rùn)z修時(shí)打開(kāi)爐頂大門，觀察布礦布完最小擋位礦時(shí)，灑落礦量大約1.5噸～2噸。

表1 3200m3高爐環(huán)帶焦量與中心焦量 噸

第二步，矩陣采用第一階段時(shí)的矩陣，布礦時(shí)布完32.5°擋位一圈礦石后全開(kāi)節(jié)流閥，布最后一圈礦，保證礦全部布在最后一圈。布焦時(shí)布完29.5°后關(guān)閉節(jié)流閥，下傾至12°時(shí)打開(kāi)節(jié)流閥布料，并且在調(diào)整中心焦時(shí)，為避免中心焦量變化太大造成爐況波動(dòng)，中心焦量由3圈下調(diào)至2.5圈，最終其矩陣為：

經(jīng)過(guò)調(diào)整后避免了中心氣流周期性波動(dòng)，風(fēng)壓平穩(wěn)，礦批增加至102噸/批的水平，負(fù)荷達(dá)到5.512。

2.參數(shù)對(duì)比

2.1 調(diào)整前后十字測(cè)溫對(duì)比

經(jīng)過(guò)調(diào)整后，邊緣溫度由60℃～100℃提高到140℃～160℃，中心溫度由700℃～800℃降低至400℃～500℃。其第一種（2013年）、第二種（2016年）及調(diào)整后（2020年）中心加焦模式十字測(cè)溫溫度分布變化見(jiàn)圖2。

圖2 北營(yíng)3200m3高爐十字測(cè)溫溫度分布 ℃

2.2 風(fēng)口面積及長(zhǎng)度的調(diào)整

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，證明生產(chǎn)中等效爐腹角在74°就能有效克服邊緣氣流過(guò)大的缺陷。延長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng)度可以克服設(shè)計(jì)爐腹角缺失，達(dá)到有利于煤氣流動(dòng)初始分布。北營(yíng)大高爐的爐腹角為78.5°,其自身爐腹角設(shè)計(jì)角度較大，需要加長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng)度控制邊緣煤氣流。經(jīng)過(guò)調(diào)整，風(fēng)口長(zhǎng)度由580mm逐步調(diào)整為640mm。另外，在加長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng)度抑制邊緣氣流過(guò)大的同時(shí)，均勻風(fēng)口布局及縮小風(fēng)口直徑，也能夠促使初始?xì)饬鞯姆植己侠?。最終采用直徑為Ф120mm和Ф125mm的風(fēng)口，風(fēng)口面積由0.4122m2縮小到0.3812m2。經(jīng)過(guò)調(diào)整后，一次氣流分布合理，爐腹、爐腰壁體溫度穩(wěn)定。見(jiàn)圖3。

圖3 北營(yíng)3200m3高爐風(fēng)口面積變化 m2

2.3 操作參數(shù)的變化

“發(fā)展中心氣流，抑制邊緣”的模式，是煤氣通路以中心氣流為主?！胺€(wěn)定中心，適當(dāng)邊緣”的模式，是形成邊緣與中心兩條通路，使高爐接受風(fēng)量能力大大增強(qiáng)。其重要操作參數(shù)變化見(jiàn)表2。

表2 北營(yíng)3200m3高爐重要操作參數(shù)

2.4 指標(biāo)提高

經(jīng)過(guò)調(diào)整，高爐產(chǎn)量及指標(biāo)與基礎(chǔ)期相比，產(chǎn)量提高565t/d，焦比降低45kg/t,燃料比降低34.7kg/t。其他各階段指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 北營(yíng)3200m3高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.總結(jié)

（1）將“發(fā)展中心氣流，抑制邊緣”調(diào)整為“穩(wěn)定中心，適當(dāng)邊緣”的模式，形成邊緣與中心兩條通路，大大增強(qiáng)了高爐接受風(fēng)量的能力。

（2）“穩(wěn)定中心，適當(dāng)邊緣”的氣流分布模式，在兩條通路上將小顆粒爐料吹向中心環(huán)帶上，對(duì)原燃料的適應(yīng)能力更強(qiáng)。

（3）矩陣的調(diào)整要以風(fēng)量為基礎(chǔ)，在不同的鼓風(fēng)動(dòng)能下，注意二次氣流的不一致分布。

（4）通過(guò)布料程序的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)布料。無(wú)礦區(qū)內(nèi)沒(méi)有其他礦混入，中間環(huán)帶內(nèi)減少了焦量，提高了煤氣利用，降低了燃耗。

（5）爐缸工作差時(shí)采用CCK技術(shù)，在不增加煉焦成本的前提下，將優(yōu)質(zhì)焦炭布置在高爐中心部位，快速置換死焦堆，改善爐缸工作。但此布料方法的缺點(diǎn)是，上料能力不足，僅能滿足低強(qiáng)度生產(chǎn)；在高強(qiáng)度下，上料能力明顯不足。