高爐爐頂布料技術(shù)發(fā)展歷程和技術(shù)進(jìn)步

車玉滿，姜喆，郭天永，劉炳南，姚碩，費(fèi)靜

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

高爐可以定義為使用固體燃料、生產(chǎn)液態(tài)鐵水的豎爐[1]?，F(xiàn)代大型高爐追求的目標(biāo)是高效、低耗和長(zhǎng)壽。在高爐內(nèi)爐料與煤氣做相向運(yùn)動(dòng)，高爐所追求的目標(biāo)均與爐料在爐內(nèi)分布和煤氣流分布密切相關(guān)。因此，高爐操作應(yīng)該在具體的布料裝置條件下,使用合理的布料技術(shù)實(shí)現(xiàn)爐況穩(wěn)定順行、煤氣流合理分布、煤氣利用率提高、高效低耗的效果。

1 高爐爐頂布料技術(shù)發(fā)展歷程

我國(guó)煉鐵起步較早，據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，在西漢中晚時(shí)期就存在容積為50 m3煉鐵豎爐，日產(chǎn)量能夠達(dá)到約500 kg/d[2]。 12世紀(jì)初，歐洲瑞典開(kāi)始使用豎爐煉鐵。16世紀(jì)高爐在歐洲得到推廣[2]，該時(shí)期的高爐與現(xiàn)代高爐的結(jié)構(gòu)形式基本相同。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)落后，未掌握布料技術(shù)，設(shè)備裝備水平較差，高爐爐頂是敞開(kāi)式的，由人工將爐料直接裝入爐內(nèi)，煤氣不回收，直接放散。

1.1 巴利式布料技術(shù)

隨著高爐容積擴(kuò)大，采用人工將爐料直接裝入爐內(nèi)的爐頂裝料方式，不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大、效率低下，而且容易造成操作工人與煤氣接觸，誘發(fā)安全事故。因此，一些機(jī)械式裝料設(shè)備相繼投入使用，其中最典型的裝料設(shè)備就是巴利式布料裝置，見(jiàn)圖1。

圖1 巴利式布料裝置Fig.1 Baly-type Burden Distributing Device

巴利式布料裝置于1850年首次在英國(guó)高爐上投入使用，該裝置采用簡(jiǎn)單的單鐘布料方式，手工操作，爐頂密封性能不好，煤氣容易泄露，但也是高爐布料技術(shù)一次重大進(jìn)步。布料時(shí)將爐料由料罐提升到爐頂放進(jìn)料斗，然后開(kāi)啟大鐘，使?fàn)t料沿著大鐘斜面流入高爐內(nèi)，落到高爐內(nèi)料面后，分別向爐墻和中心滾動(dòng)，形成一定的料面形狀[3-4]。

1.2 布朗式、蓋涅特布料技術(shù)

由于巴利式布料裝置中的料鐘是固定的，爐料落下后在圓周方向分布不均勻，同時(shí)上料過(guò)程需要手工操作，工作效率不高。因此，在巴利式布料裝置基礎(chǔ)上，歐洲相繼開(kāi)發(fā)了布朗式、蓋涅特布料裝置，這兩種裝置主要由大鐘、大料斗、爐頂支圈、拉桿、煤氣封蓋、保護(hù)鐘、楔形連接鍵、加強(qiáng)筋等部件構(gòu)成，依然為單鐘布料方式，但大鐘能夠旋轉(zhuǎn)，料面形狀在爐內(nèi)圓周方向相對(duì)均勻。布郎式和蓋涅特布料裝置最大的進(jìn)步是采用機(jī)械操作，提高了工作效率，但爐頂密封性仍不好、沒(méi)有解決煤氣泄漏問(wèn)題[3-4]。布朗式、蓋涅特布料裝置實(shí)際應(yīng)用時(shí)間非常短。

1.3 馬基布料技術(shù)

1907年美國(guó)馬基公司在巴利式布料裝置基礎(chǔ)上，改進(jìn)單鐘結(jié)構(gòu)形式，采用雙鐘、雙斗結(jié)構(gòu)形式，開(kāi)發(fā)了馬基式布料器，見(jiàn)圖2。

圖2 馬基式布料器Fig.2 Markey Burden Distributor

馬基式布料器密封效果非常好，布料時(shí)小鐘、小斗同向一起旋轉(zhuǎn)，爐料在大料斗內(nèi)混合均勻，爐內(nèi)料面形狀容易控制[3-4]。馬基式布料器一經(jīng)問(wèn)世，便被煉鐵界認(rèn)為是最有成效的技術(shù)進(jìn)步，迅速得到普及，成為高爐主流布料裝置，并一直延續(xù)到無(wú)料鐘布料裝置投入使用。

在該階段內(nèi)，基于馬基式布料器的布料技術(shù)得到飛速發(fā)展，形成正同裝、正分裝、混同裝、倒分裝、倒同裝、雙裝等技術(shù)體系。1958-1966年，鞍鋼煉鐵界前輩根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)布料規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，提出以下布料規(guī)律：

（1）在高爐正常料線范圍內(nèi)，爐喉與大鐘間隙越大，爐料堆尖距爐墻越遠(yuǎn)，邊緣氣流越發(fā)展；

（2）大鐘下降速度和爐料滑落速度相等時(shí)，大鐘行程大，布料有疏松邊緣的趨勢(shì)；

（3）大鐘下降速度大于爐料滑落速度時(shí)，大鐘行程大小對(duì)布料無(wú)明顯影響；

（4）大鐘下降速度小于爐料滑落速度時(shí)，大鐘行程大，布料有加重邊緣的趨勢(shì)。

鞍鋼煉鐵界前輩創(chuàng)造性地提出“以下部調(diào)劑為基礎(chǔ)、上下部調(diào)劑相結(jié)合”調(diào)劑方法，及合理鼓風(fēng)動(dòng)能、風(fēng)速與批重相結(jié)合操作制度，創(chuàng)造了分裝+大批重布料制度，取得了顯著效果，例如，1966年鞍鋼高爐利用系數(shù)年均達(dá)到 1.869 t/（m3·d）， 處于世界領(lǐng)先水平[5]。

1.4 活動(dòng)爐喉或鐘+閥式布料技術(shù)

馬基式布料器在常壓高爐上使用具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是隨著高爐容積向大型化發(fā)展，爐頂壓力向高壓發(fā)展，馬基式布料器暴露出了容易漏氣、大鐘磨損快等設(shè)備缺陷。同時(shí)，高爐大型化后，由于爐喉直徑擴(kuò)大、料面中心漏斗過(guò)深，導(dǎo)致出現(xiàn)料面形狀不穩(wěn)定、容易塌料等問(wèn)題。因此，馬基式布料器已不能適應(yīng)現(xiàn)代大型高爐生產(chǎn)的需要。

20世紀(jì)60-70年代，前蘇聯(lián)發(fā)明了活動(dòng)爐喉；日本發(fā)明了鐘+閥式爐頂裝料裝置，將最上部的料鐘改為蝶型密封閥進(jìn)行密封，滿足了高爐的高壓甚至超高壓操作要求，采用可調(diào)爐喉?yè)趿习鍖?shí)現(xiàn)了爐料的徑向分布，解決了料面穩(wěn)定性等問(wèn)題，但是無(wú)論活動(dòng)爐喉還是鐘+閥式布料裝置均沒(méi)有得到普及與推廣，主要與該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)量大有關(guān)[4]。

1.5 無(wú)料鐘布料技術(shù)

1970年盧森堡PW公司發(fā)明制造的無(wú)料鐘布料器，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的一次大飛躍。1972年世界上第一套無(wú)料鐘爐頂設(shè)備應(yīng)用在德國(guó)Hamborg廠4號(hào)高爐（1445 m3）。1976年無(wú)料鐘布料器首次在德國(guó)蒂森鋼鐵公司施魏爾根廠l號(hào) （4630 m3）特大型高爐上得到應(yīng)用[3-4，6]。1979 年我國(guó)首鋼 2 高爐（1327 m3）首次采用了并罐式無(wú)料鐘爐頂設(shè)備，1990年我國(guó)第二次在鞍鋼11高爐（2580 m3）采用串罐無(wú)料鐘爐頂設(shè)備[4]。目前國(guó)內(nèi)外高爐幾乎全部使用無(wú)料鐘布料裝置。

無(wú)料鐘布料裝置具有非常大的靈活性，能夠把爐料布到料面任何位置，保證料層厚度、料面形狀、O/C分布均可以按預(yù)先設(shè)計(jì)方案實(shí)施。無(wú)料鐘爐頂沒(méi)有大鐘、大料斗等笨重部件，整個(gè)布料器重量輕、體積小，降低了爐頂設(shè)備整體高度，而且容易維護(hù)，同時(shí)爐頂設(shè)備部件精密，有上、下兩層密封閥，密封效果好，有助于高頂壓操作[4，6]。

目前，無(wú)料鐘布料設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，在寶鋼湛江基地以及一些大修和新建的高爐上得到廣泛應(yīng)用，使用效果良好[7]。

2 高爐爐頂無(wú)料鐘布料技術(shù)種類及分析

隨著高爐操作穩(wěn)定及長(zhǎng)壽要求的提高，無(wú)料鐘爐頂?shù)牟剂峡刂苾?yōu)越性得到充分顯示。無(wú)料鐘爐頂因其良好的高壓密封性能、靈活的布料手段，現(xiàn)己成為高爐優(yōu)先選擇的爐頂裝料設(shè)備。第一代無(wú)料鐘爐頂布料裝置是并罐式無(wú)料鐘，第二代無(wú)料鐘爐頂布料裝置是串罐式和三并罐式無(wú)料鐘，三種形式的無(wú)料鐘均能滿足高爐正常生產(chǎn)要求，且具有各自的特點(diǎn)。

2.1 并罐式無(wú)料鐘布料裝置

并罐式無(wú)料鐘裝置如圖3所示。

圖3 并罐式無(wú)料鐘裝置Fig.3 Parallel-hoppers Bell-less Top Device

并罐式無(wú)料鐘主要由移動(dòng)受料斗、左右兩個(gè)料罐、下閥箱、齒輪箱、布料溜槽等部件構(gòu)成，見(jiàn)圖3（a）。該裝置兩個(gè)料罐可以交替工作，裝料能力大且快捷，批重大小對(duì)下料速度影響不大，特別適合小批重裝料制度。缺點(diǎn)是并罐受料斗與料罐存在13°夾角，兩個(gè)料罐布置在爐頂同一側(cè)面，下料經(jīng)過(guò)2次碰撞、料流改變2次軌跡。從受料斗下降到料罐內(nèi)的過(guò)程中爐料偏析；從料罐下降到中心導(dǎo)料管中的爐料存在偏行，料罐開(kāi)口不能對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)料管的中心線，爐料首先沖向?qū)?cè)的導(dǎo)料管管壁上，再下降到溜槽上，由于溜槽自身旋轉(zhuǎn)，料面形狀近似為一個(gè)橢圓，在圓周方向分布不均勻。并罐導(dǎo)料喉管呈Y型，見(jiàn)圖3（b），爐料發(fā)生2次碰撞，速度衰減、初速度慢、料流不均勻[8]。

2.2 串罐式無(wú)料鐘布料裝置

串罐式無(wú)料鐘裝置如圖4所示。

圖4 串罐式無(wú)料鐘裝置Fig.4 Serial-hopper Bell-less Top Device

串罐式無(wú)料鐘主要由上料罐 （可以固定也可以旋轉(zhuǎn)）、下料罐（稱量罐）、下閥箱、齒輪箱、布料溜槽等部件構(gòu)成，見(jiàn)圖4（a），串罐上罐和下罐在爐頂中心一條線上、居中布置，與上料皮帶呈90°夾角，料流呈直線。兩個(gè)料罐上下串行，下料口均對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)料管的中心線，爐料在溜槽上的落點(diǎn)不會(huì)改變，料面形狀為圓形，見(jiàn)圖4（b），串罐導(dǎo)料喉管呈垂直直線型，初速度快、料流均勻。串罐式無(wú)料鐘主要缺點(diǎn)是礦石和焦炭需要分2次裝入同一個(gè)上料罐中，裝料速度慢[9]。

2.3 三并罐式無(wú)料鐘布料裝置

三并罐式無(wú)料鐘最早出現(xiàn)在美國(guó)，現(xiàn)己停產(chǎn)。該裝置由于增加了一個(gè)料罐，爐頂鋼架結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，設(shè)備維護(hù)量大，一次性投資也更高，目前僅有日本川崎制鐵在使用[4，6]。

2.4 并罐式和串罐式無(wú)料鐘布料裝置對(duì)比

從三種無(wú)料鐘的特點(diǎn)來(lái)看，三并罐式無(wú)料鐘布料裝置已經(jīng)很少在高爐上使用。目前最常用的依然是并罐式和串罐式無(wú)料鐘布料裝置，二者主要構(gòu)成和性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 并罐式與串罐式無(wú)料鐘布料裝置主要構(gòu)成和性能對(duì)比Table 1 Comparison of Main Components and Performances of Bell-less Top Burden Distributing Devices with Parallel-hopper and Serial-hopper

經(jīng)過(guò)實(shí)踐探索，通過(guò)布料技術(shù)改進(jìn)，并罐式無(wú)料鐘也已解決爐料偏析、料面形狀不均勻等問(wèn)題；通過(guò)優(yōu)化下料次序，串罐無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備完全可以滿足高爐操作及趕料的要求。因此，各企業(yè)根據(jù)自身操作習(xí)慣選擇無(wú)料鐘裝置形式的，不要盲目改變，應(yīng)該根據(jù)高爐裝備條件不斷優(yōu)化布料技術(shù)，提高高爐生產(chǎn)效率、降低燃料消耗、維護(hù)高爐長(zhǎng)壽。

3 高爐爐頂無(wú)料鐘布料技術(shù)發(fā)展方向

高爐生產(chǎn)追求的目標(biāo)是穩(wěn)定順行、高效低耗和長(zhǎng)壽，達(dá)到上述目標(biāo)的基礎(chǔ)是合理的下部煤氣流分布，核心是合理的上部煤氣流分布，主要通過(guò)高爐爐頂布料進(jìn)行調(diào)節(jié)，輔助通過(guò)控制中部煤氣流分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括調(diào)整高爐冷卻制度、維護(hù)合理的操作爐型。其中爐頂布料制度是高爐操作中最常用也是最重要的操作技術(shù)，隨著無(wú)料鐘布料裝置的普及，無(wú)料鐘布料技術(shù)發(fā)展方向是不僅能促進(jìn)下部形成合理的下部煤氣流分布和軟融帶形狀，保障爐缸工作狀態(tài)穩(wěn)定與活躍，也能保障高爐中部渣皮厚度及穩(wěn)定性，防止渣皮結(jié)厚和頻繁脫落，最重要的是能夠直接影響高爐上部煤氣流分布，保障爐況穩(wěn)定順行。

3.1 選擇合理無(wú)料鐘結(jié)構(gòu)參數(shù)

高爐大修設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)爐喉直徑、爐喉高度等本體參數(shù)選擇無(wú)料鐘裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證料流速度、料流寬度、爐料堆尖位置穩(wěn)定，為制定合理布料制度提供基礎(chǔ)參數(shù)。

3.1.1 溜槽結(jié)構(gòu)參數(shù)

溜槽結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括溜槽形狀、溜槽長(zhǎng)度以及溜槽安裝參數(shù)等，上述參數(shù)是決定料流寬度、爐料堆尖位置穩(wěn)定性的最基本參數(shù)[10-11]。

（1）溜槽形狀

目前溜槽形狀主要有圓形和方形兩種，根據(jù)物料模型模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在其它參數(shù)相同的條件下，溜槽形狀對(duì)爐料的料流寬度以及爐料偏析有較大影響。圓形溜槽的料流寬度大于方形溜槽，而且在料流寬度內(nèi)爐料粒度偏析比方形溜槽重。因此，如果爐料粒度均勻性較差，尤其是<10 mm粒度組成偏多的高爐，適宜于選擇方形溜槽。但是在旋轉(zhuǎn)布料過(guò)程中，方形溜槽側(cè)壁受爐料沖擊力比圓形大，因此方形溜槽壽命比圓形溜槽短[10，12]。

（2）溜槽長(zhǎng)度

與大鐘布料裝置相比，無(wú)料鐘布料裝置對(duì)爐喉間隙雖然沒(méi)有嚴(yán)格要求，但根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，無(wú)料鐘溜槽也有必要保留合適的爐喉間隙。如果溜槽長(zhǎng)度太長(zhǎng)，在采用多環(huán)位布料制度時(shí)，對(duì)邊緣環(huán)位溜槽傾角精度要求極高，檔位之間的溜槽傾角范圍也會(huì)縮小，控制難度大；如果溜槽長(zhǎng)度太短，在采用多環(huán)位布料制度控制邊緣煤氣流時(shí)，必須采用低料線布料操作，給爐況穩(wěn)定性帶來(lái)隱患。合適的溜槽長(zhǎng)度應(yīng)盡可能方便溜槽傾角變化，在0料線或最淺的料線時(shí)，保證設(shè)定的溜槽最大傾角能把爐料布到爐墻邊緣。一般情況下，溜槽長(zhǎng)度可以按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到，選擇溜槽長(zhǎng)度與爐喉半徑比值為0.88～0.92，或采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確計(jì)算[10]。

（3）溜槽安裝位置與溜槽傾力距

溜槽安裝位置參數(shù)主要包括溜槽懸掛點(diǎn)到爐喉鋼磚上沿距離、溜槽末端到懸掛軸垂直距離、溜槽垂直到鋼磚上沿距離。溜槽傾力距是指溜槽懸掛點(diǎn)到溜槽內(nèi)襯上表面的垂直距離。上述參數(shù)對(duì)爐料落點(diǎn)和堆尖位置有影響，在選擇各環(huán)位溜槽傾角時(shí)必須加以考慮，是無(wú)料鐘布料模型的重要輸入?yún)?shù)。

3.1.2 料流閥開(kāi)口度

料流閥安裝在料罐與布料器之間，是控制爐料下降過(guò)程流速的重要部件。料流閥開(kāi)度控制不好，容易造成開(kāi)始布料前1/4圈和后1/4圈沒(méi)有爐料，合理的料流閥開(kāi)度可以保證在布料過(guò)程中各環(huán)位布料均勻，解決布料偏差和布料不到位問(wèn)題。無(wú)料鐘布料裝置設(shè)備廠家一般會(huì)給高爐提供料流閥開(kāi)度原始控制程序，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于無(wú)料鐘設(shè)備安裝精度不高以及其它原因，設(shè)備廠家提供的料流閥開(kāi)度控制程序往往不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制爐料重量流速與料流閥開(kāi)口度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，造成爐喉圓周方向料面厚度不均勻。因此，高爐應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，在開(kāi)爐裝料過(guò)程進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，修訂料流閥開(kāi)度控制程序[13-14]。

3.2 無(wú)料鐘物理模型模擬實(shí)驗(yàn)

無(wú)料鐘布料具有很大的靈活性，可以選擇定點(diǎn)布料、扇形布料、單環(huán)布料、多環(huán)布料和螺旋布料等方式，采用各種不同的裝料方法，即實(shí)現(xiàn)裝料順序、布料矩陣、溜槽傾角、料線和批重等手段的最佳化，其中布料矩陣就多達(dá)上萬(wàn)種類型，但對(duì)于具體高爐而言，僅有少數(shù)幾種布料矩陣是最適合于高爐實(shí)際操作的。國(guó)內(nèi)外大型企業(yè)通常按相似原理設(shè)計(jì)1/5～1/12無(wú)料鐘物理模型，例如新日鐵、美鋼聯(lián)、沙鋼等企業(yè)均配置無(wú)料鐘物理模型，曹妃甸甚至配置5500 m3高爐1/1物理模型。鞍鋼是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展該領(lǐng)域研究的企業(yè)，于1988年配置了一套2580 m3高爐的1/5物理模型，開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，并在模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)與應(yīng)用無(wú)料鐘布料數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化布料矩陣，指導(dǎo)高爐實(shí)際布料操作。

無(wú)料鐘物理模型主要功能和作用如下：

（1）測(cè)試不同溜槽傾角爐料落點(diǎn)位置和測(cè)試不同溜槽傾角料流寬度，根據(jù)測(cè)試結(jié)果修訂無(wú)料鐘數(shù)學(xué)模型料流軌跡計(jì)算方程中的輸入?yún)?shù)[15]。

（2）測(cè)試不同布料矩陣料面形狀，包括平臺(tái)寬度、中心漏斗寬度和深度，測(cè)試料面形狀參數(shù)如圖5所示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果修訂無(wú)料鐘數(shù)學(xué)模型計(jì)算料面形狀和O/C分布方程中輸入?yún)?shù)[15-20]。

圖5 測(cè)試料面形狀參數(shù)Fig.5 Parameters for Testing Charge Level on Furnace Burden

（3）測(cè)試不同溜槽傾角、不同礦石批重對(duì)焦炭料面沖擊作用，測(cè)試不同溜槽傾角、不同焦炭批重對(duì)礦石料面沖擊作用量，礦石對(duì)焦炭料面沖擊如圖6所示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定造成焦炭料面出現(xiàn)坍塌的溜槽傾角范圍和焦炭坍塌程度[21]。

圖6 礦石對(duì)焦炭料面沖擊Fig.6 Impact of Ore on Charge Level of Coke

（4）測(cè)試不同布料矩陣爐料落下后在料面二次分布比例。表2是鞍鋼無(wú)料鐘物理模型6種典型布料矩陣礦石和焦炭二次分布比例。

表2 鞍鋼無(wú)料鐘物理模型6種典型布料矩陣礦石和焦炭二次分布比例Table 2 Ore and Coke Secondary Distribution Ratio Depending on Six Kinds of TypicalBurden Distribution Matrices for Physical Model of Bell-less Top in Ansteel %

該項(xiàng)內(nèi)容是無(wú)料鐘物理模型實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，由于爐料從一定高度降落到上一批料面上表面后具有一定勢(shì)能，在堆尖位置并不靜止，分別向爐墻和中心二次滾動(dòng)，滾動(dòng)距離與爐料、上一批爐料摩擦力作用、爐料粒度組成、爐料的內(nèi)堆角和外堆角等因素有關(guān)，幾乎無(wú)法使用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行描述，只有通過(guò)物料模型模擬實(shí)驗(yàn)掌握爐料二次分布規(guī)律[13]。

3.3 高爐開(kāi)爐料面測(cè)量

在高爐開(kāi)爐裝料過(guò)程中，使用3D激光掃描技術(shù)對(duì)高爐布料各檔位溜槽傾角、懸掛點(diǎn)高度等關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)進(jìn)行掃描和校核。通過(guò)測(cè)量和分析關(guān)鍵基本參數(shù)，提出適合具體高爐的裝料矩陣以及其他建議，同時(shí)為無(wú)料鐘數(shù)學(xué)模型提供基礎(chǔ)參數(shù)。

3.3.1 基本參數(shù)測(cè)試

（1）溜槽傾角校核

利用3D掃描儀對(duì)溜槽內(nèi)表面進(jìn)行實(shí)際掃描，按照設(shè)定的溜槽傾角，掃描多個(gè)不同傾角，測(cè)定實(shí)際傾角，并同設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)測(cè)量誤差修訂溜槽傾角[22]。

（2）溜槽懸掛點(diǎn)高度測(cè)量

溜槽懸掛點(diǎn)的高低影響到布料傾角的設(shè)定，對(duì)高爐裝料制度和操作料線影響很大。實(shí)際測(cè)量溜槽懸掛點(diǎn)距零料線距離、測(cè)量溜槽垂直時(shí)溜槽下沿距爐喉鋼磚上沿距離，與設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)定值對(duì)比，修訂溜槽懸掛點(diǎn)距零料線距離和溜槽垂直時(shí)溜槽下沿距爐喉鋼磚上沿距離參數(shù)[23]。

3.3.2 測(cè)量料流量與節(jié)流閥開(kāi)度關(guān)系曲線

從凈焦開(kāi)始，記錄每布一批爐料的批次、類型、節(jié)流閥開(kāi)度、放料時(shí)間、裝料矩陣、重量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)擬合料流量與節(jié)流閥開(kāi)度之間的關(guān)系曲線及數(shù)學(xué)方程，修訂料流閥開(kāi)口度控制程序[13-14]。

3.3.3 測(cè)定料流軌跡

（1）測(cè)量不同料線的溜槽極限傾角

如果溜槽傾角超過(guò)極限值，爐料會(huì)撞擊爐喉鋼磚，爐料反彈后造成爐料形狀混亂。對(duì)不同爐料、不同傾角的料流軌跡進(jìn)行掃描和記錄，不斷調(diào)整溜槽傾角，將布料時(shí)爐料流上邊緣恰好碰到特定料線處的爐墻定義為爐料在特定料線下的最大極限傾角[22]。不斷調(diào)整溜槽傾角，將布料時(shí)爐料流恰好碰到溜槽橫筋定義為中心加焦的最小傾角。

（2）測(cè)量與計(jì)算料流寬度

對(duì)不同爐料、不同傾角的料流軌跡進(jìn)行掃描和記錄，測(cè)量并計(jì)算具體布料矩陣下相鄰兩個(gè)檔位間料面厚度，并與上一批爐料厚度進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算料流寬度。

3.3.4 推薦各種料線11個(gè)檔位的溜槽傾角

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，根據(jù)爐喉面積11等分原理，制定不同料線下11個(gè)檔位溜槽傾角。

3.4 無(wú)料鐘布料數(shù)學(xué)模型

由于無(wú)料鐘布料裝置具有非常大的靈活性，可以組合成上萬(wàn)種布料矩陣，根本無(wú)法通過(guò)開(kāi)爐實(shí)際測(cè)量和物理模型模擬實(shí)驗(yàn)加以一一驗(yàn)證。因此，需要開(kāi)發(fā)與應(yīng)用無(wú)料鐘布料數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模擬計(jì)算，推薦幾種典型布料制度或者用于驗(yàn)證預(yù)先設(shè)計(jì)的布料制度。

無(wú)料鐘布料數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)方法有多種，但都是基于料流運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算方法，并利用物理模型試驗(yàn)結(jié)論、開(kāi)爐料面實(shí)際測(cè)量結(jié)論加以修訂的。數(shù)學(xué)模型輸入?yún)?shù)主要包括布料矩陣中各檔位溜槽傾角、布料量、料線、燒結(jié)礦比例等參數(shù)，計(jì)算料流軌跡、料面形狀、落點(diǎn)位置，驗(yàn)證料線、裝料次序、批重作用以及界面效應(yīng)等。

無(wú)料鐘布料模型包括以下功能：①選擇下料次序；②選擇11個(gè)環(huán)位傾角；③選擇各環(huán)位布料圈數(shù)；④選擇批重；⑤計(jì)算礦/焦比及其在徑向分布；⑥計(jì)算料面形狀。

3.5 煤氣流分布驗(yàn)證與監(jiān)控

目前依然使用煤氣流實(shí)際分布判斷布料制度的合理性。當(dāng)今最先進(jìn)技術(shù)是應(yīng)用爐頂熱成像儀監(jiān)測(cè)爐內(nèi)氣流分布狀況。爐頂熱成像儀可以清晰顯示料面溫度分布圖像，通過(guò)對(duì)采集的爐頂紅外圖像處理及特征提取，利用聚類算法、統(tǒng)計(jì)方法、特征識(shí)別技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣流分布狀態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤[24]。結(jié)合十字測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，對(duì)煤氣流中心分布進(jìn)行分類，確定煤氣流中心變化，判斷高爐中心和邊緣煤氣流發(fā)展水平，形成高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)化的幾種典型煤氣流分布形式，并與具體布料制度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，反饋給布料制度，指導(dǎo)布料操作。

4 結(jié)語(yǔ)

與其它布料裝置相比，無(wú)論是并罐式無(wú)料鐘還是串罐式無(wú)料鐘都具有非常大的優(yōu)勢(shì)，且布料技術(shù)均取得了巨大進(jìn)步，企業(yè)可根據(jù)自身操作習(xí)慣選擇無(wú)料鐘裝置的形式。有條件的企業(yè)，應(yīng)配置無(wú)料鐘物理模型，物理模型大小與實(shí)物比例以1/5～1/6為宜，模型過(guò)大實(shí)驗(yàn)工作量太大，模型過(guò)小會(huì)使邊界效應(yīng)增大，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。物理模型除用于開(kāi)展常規(guī)測(cè)試外，還應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展不同布料矩陣爐料落下后在料面二次分布實(shí)驗(yàn)，掌握爐料二次分布規(guī)律。在高爐開(kāi)爐裝料過(guò)程開(kāi)展料面測(cè)量工作，對(duì)無(wú)料鐘布料裝置各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，修訂控制參數(shù)以及不同料線下11個(gè)檔位溜槽傾角。使用無(wú)料鐘布料數(shù)學(xué)模型，模擬計(jì)算驗(yàn)證預(yù)先設(shè)計(jì)布料制度，判斷布料制度合理性，提高選擇布料制度的準(zhǔn)確性，以期高爐獲得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。