摘要 高炉生产经常遇到外部各种不利条件的影响，为保证高炉顺行，必须对布料矩阵做出调整。本文对无钟布料的理论、方法及布料的影响因素进行了积极的思考和探索。
关键词 高炉 多环布料 影响因素
AbstractThe production of blast furnace is often encountered in the impact of externaladverse conditions .In order to ensure the production along the line, making adjustments the burden distribution is important. In this article, we have been making positive thinking andexploration about the theory,methods and influencing factors of the burden distribution.
Key words blast furnace burden distribution influencing factors
1前言
石横特钢1号1080m3高炉采用PW紧凑型串罐无料钟炉顶，自投产后，十分注重布料矩阵在生产中的作用，当生产受到不利因素影响时，及时做出调整，维持高炉稳定顺行，另外还不断的分析、研究、探索和优化布料矩阵，使高炉各项指标大大改善，为高炉的优质、低耗、高效、长寿生产打下了坚实基础。
2高炉布料的作用
布料能改变高炉产量水平，改善顺行，降低燃料消耗。炉内料柱的空隙度大约在0．35～0.45。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。通过布料，改善煤气利用，也是布料的重要功能。
通过布料能延长高炉寿命。边缘气流过分发展，必然加剧炉墙侵蚀。通过布料控制边缘气流，既保护炉墙又改善煤气利用，是合理装料制度的前提。
通过布料，预防、处理高炉冶炼进程中发生的事故。这些事故类型包括：高炉憋风、难行；处理炉墙结厚；边缘过重，引起的渣皮脱落；增加有害杂质通过煤气排除高炉。
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。
3多环布料
3.1多环布料的原理
无料钟高炉通过旋转溜槽进行多环布料，易形成一个焦炭平台，即料面由一个适当的平台和滚动为主的漏斗组成。通过平台的形式调整中心焦炭和矿石量。平台小，漏斗深，料面不稳定。平台大，漏斗浅，中心气流受抑制。
3.2多环布料的核心—平台的形成
多环布料料面终将形成不同宽度的平台，平台的形成及其宽度、大小是控制高炉行程、气流分布、煤气利用的核心部分。
根据武钢高炉生产积累的经验，将炉喉料形状分为三个部分：边缘平台、中间漏斗、中心焦堆。
(1)边缘平台，此区域的矿焦比最重。大型高炉平台宽1.5 m左右，如宝钢高炉矿石在炉内形成自炉墙起1.3—1.7米宽的平台，见图1。原燃料质量好可适当加宽。边缘环带矿焦比决定边缘煤气流的分布及软熔带的边缘位置高低，像一炼铁1080m3高炉这种薄炉衬全冷却壁+铜冷却壁的高炉要求高温区下移，软熔带边缘位置严格控制在铜冷却壁所在区域，以形成稳定的渣皮。如高于此区域则易粘结或结厚。
图1 宝钢布料档位与平台的关系
(2)中间漏斗，此区域直接影响煤气流穿透中心的能力，也可称煤气阻力带。这一区域的宽度及矿焦比的分布与原燃料的质量直接相关，原燃料质量好，透气性改善则可拓宽并适当加重矿焦比，同时可适当减少中心焦炭量，炉顶上升管温度下降，煤气利用率提高，综合燃料比下降。如增加这一环带的矿焦比，边缘煤气流发展，中心煤气流被抑制，越靠近中心矿焦比加重越明显，炉身温度会大幅上升，引起渣皮脱落。漏斗的坡度要求小于17度，大于17度则炉料向中心跨塌的几率大大增加，甚至产生滑坡现象，直接阻塞中心煤气流，易造成炉况波动，料难行。
(3)中心焦堆。这是煤气流速最快、流量最大的区域。拓展这一区域炉顶上升管温度上升，反之下降。此区域焦炭量在原燃料质量差时，一般控制在15％～30％，中心焦堆的焦炭量少，中心气流难以保证，如不及时调整，时间长则风量萎缩，会形成炉缸中心堆积；而焦炭量过多则会产生流化现象，甚至出现管道、崩料，煤气利用率低，综合能耗升高。因此，这一区域对维持高炉的稳定顺行非常重要。
武钢6号高炉不同布料矩阵下的料面形状如图2所示。从图中可以看出：(c)的料面形状比较合理，边缘平台宽度在1．5m左右，中间环带坡度较小，中心焦炭量充足，炉料在下降的过程中，料面变形小，有利于稳定炉内煤气流，同时煤气利用率较好。而(a)、(b)边缘有凹槽或斜坡，中间漏斗的坡度大，炉料在下降过程中变形大，会出现快慢料及滑料，炉内煤气流不稳定，煤气利用率差。
3.3平台宽度的确定
多环布料形成的平台要有适宜的宽度，平台过窄，气流不稳定，煤气利用率差，平台过宽，较难形成混合层，中心容易堵塞。高炉正常生产时多环布料，溜槽倾角既布料角度，矿石的最大角度或角位的落点，应考虑在炉喉中心线半径上距中心90%或距边缘10%左右的位置上，焦碳的角度与角位一般应小于矿石的角度与角位。多环布料矩阵中最小角度或角位的选择，要考虑料台即焦台与矿台的合理尺寸，应为炉喉半径的1/3左右为宜，角度与角位的控制区间，应在炉喉半径（中心线距炉墙）60%～90%之间。也就是所有的矿石角位分布在距炉喉中心1/2半径以外的环带内。在这种情况下，炉喉中心无矿石落点的区域，占炉喉面积的36—42%，考虑到矿石会从堆尖向中心滚落，炉喉中心没有矿石的区域可能占炉喉面积的20—25%左右。
即采用“大α角、大矿角”装料方法，加大α角，特别是加大α矿，使炉喉布料的矿石环带整体外移，在外移的同时，也随之外移。大型高炉可相对外移多一些，小型高炉则相对少一些。加大矿角同时加大焦角，焦炭与矿石的分布同时向炉喉边缘外移。一般情况下，为了形成足够的边缘负荷，最大的矿角大于最大焦角一个角位（2—30），或二者同角。只有在原料条件较差的高炉上，最大焦角才大于矿角。边缘负荷能加重到什么程度，由高炉顺行情况决定，这与原料条件有关。过重的边缘负荷会影响顺行，应及时回调。一般情况下，角差大高炉在100左右，小高炉≥60。矿石布料宽度大高炉≥1m，450m3高炉0.4～0.5m。
3.4多环布料的调剂方法
高炉正常调剂。应该稳定角位调圈数，稳定焦角调矿角，或稳定矿角调焦角为指导思路，不要同时将矿焦的角位、圈数一块调剂。不论是矿石或焦碳角位、角度之间的差不要太小，要在２～３度为宜，单个角位布料圈数以２～３圈为好，焦碳的最小角位可以酌情考虑布料圈数。
高炉深料线调剂。按照料线H与a角度之间的关系，可以同时缩小矿、焦的布料角度或角位调剂，保持在料线变化后，炉料在炉内的落点基本不变或变化不大，以利炉况的顺利恢复。还可以利用保持焦角焦台不变，酌情减少矿角度、角位的方法妥善处理。
炉况失常时的调剂。要根据炉况处理的需要，可以加大调剂力度和幅度，利用集中加焦，同时伴以调整负荷、缩小矿批、调剂煤气流时矿石α角不动，调整焦炭α角，保证边缘与中心两股气流来处理难行悬料等炉况。随着炉况恢复到正常，应及时恢复正常的装料方法。做到料线正常、风量正常、装法正常，加快炉况恢复的速度，减少故障造成的损失。
4多环布料的影响因素
4.1炉料粉末对布料的影响
高炉煤气从下部上升，速度较快，穿过固体料柱时携带大量粉末。当气流离开料面，速度骤然下降一倍多，煤气中的粉末部分沉降到料面上。如边缘气流发展，则粉末大部分落到中心，造成中心“堵塞”；如中心气流发展，则形成边缘“堵塞”。这种变化，在炉料粉末增多时特别明显。两种情况均需及时处理，否则破坏高炉行程。对粉末（特别是小于3mm的）多的高炉，只能用双峰型煤气分布，保证粉末落到中间环带，维持高炉顺行。
4.2装料制度与送风制度的关系
高炉要达到较高的生产水平，装料制度与送风制度必须相适应。这种相适应可以概括为：如装料制度以疏导中心为主，下部能接受较高的风速；如装料制度以发展边缘为主，下部不可能接受较高的风速，中心通路被矿石“堵塞”，中心煤气就难以穿过。不论改变装料还是送风制度，均要考虑两者结合，互相适应。为了改变长期边缘发展，即改变边缘发展型煤气流分布，在装料制度上不应过急的加重边缘负荷，而应逐步加重，防止边缘突然“堵塞”，煤气失去通路，破坏高炉顺行。与此同时，逐步提高风速，使煤气往中心延伸，活跃中心气流，削弱边缘气流，这样上、下配合，互创条件，能较快改变发展边缘的错误操作。长期不能改变发展边缘，往往是上、下部调剂未能适应的结果。
5一炼铁高炉关于布料矩阵的探索
5.1第一阶段的探索
1#1080m3高炉于2010年12月17日第一次点火开炉至2011年11月1日因炉缸侧壁温度高被迫停炉中修。生产时多环布料进行了不断探索和调整，为高炉的稳定顺行和操作指标的提高起到了很大的作用。期间常用的几种料线与布料矩阵见表1。
表1 常用布料矩阵
料线 布料矩阵 |
2.0 2.2 2.4 |
日常调整时往往料线与角度同时调整，料线基本在2.0—2.4m之间。由表1可以看到，焦炭的环带宽度大于矿石的环带宽度，思想上追求中心与边缘都适当发展，操作上想通过抑制边缘来稳定边缘气流，通过中心加焦发展中心。但边缘与中心气流都不能长时间稳定，风压和风量关系时常紧张，常有快慢料，并伴有滑尺，渣皮也经常脱落。从炉顶摄像经常观察到，打完焦炭后，中心气流较长时间出不来，同时边缘气流东北、西北方向较盛，有时会带料。中心气流直到打完矿石，甚至再次放焦炭前才可见。
笔者分析认为这时焦炭中心角度对中心气流起到了抑制作用，从休风料面可以看到，中心没有向上突起的“馒头状”料面，也没有向下塌陷的“漏斗型”料面，而是比较平坦，属“平坦型”料面。这时矿石与焦炭环带向外虽有了一定程度的扩展，但平台宽，中间漏斗浅，又由于受“中心加焦”思想的束缚，焦炭内环角度没有走出去（最小17°，最大19°），导致中心料柱高度较高，中心气流上升受阻。随着放料，料柱高度变化，中心气流也周期性波动。另外，一代炉役期间，20个风口中配有11个直径120mm，9个直径115mm的风口，风口长度均为450mm，送风面积0.2187m2,鼓风动能相对较小，中心不易吹透，下部边缘气流相对较强，这与炉缸侧壁温度高也有一定关系。
5.2第二阶段的探索
2011年12月15日石横特钢1#高炉再次送风点火，这次开炉吸取上次下部鼓风动能不足，风口配置上全部采用直径115mm的风口，送风面积0.2077m2。开炉后不久，中心气流就出现，并稳定存在，高炉很快达产并取得较好的经济指标，见表2。
表2 1#高炉开炉初期操作指标
日期 矿批 风量 热压 透指 风温 焦比 煤比 综合焦比 产量 【Si】 |
12.21 28.6 2784 354 957 1150 420 96 531 2850 0.66 12.23 29.0 2770 355 963 1140 407 113 513 2895 0.79 12.29 31.9 2780 360 943 1152 360 121 497 3092 0.48 01.04 32.1 2782 360 941 1177 337 137 473 3277 0. 46 01.07 32.1 2787 356 958 1192 327 146 471 3239 0.47 |
开炉前期常用的布料制度为料线1.8m，矩阵，平台宽度加大，环带角差到9°，焦炭内环角度也有了一定程度的扩展，一般在22°～24°，这时中心气流强而稳定，布完焦炭后也能稳定存在，边缘气流也比较稳定，渣皮脱落较少。但随着煤比的不断提高，炉缸透气性变差。一月中旬后块矿比例提高到20%左右，粉末增加；烧结矿质量也一度很差，小于5mm的有时到15%～17%，整个料柱的透气性随之变差，中心和边缘气流受到抑制，压差升高，热压至365Kap，风量萎缩至2750Nm3/min，透气性指数下降到900左右，指标也随之下降。操作上采取了降低料线，缩小环带的方法，维持高炉顺行，见表3。
表3 粉末高时采取的布料矩阵
料线 布料矩阵 |
1.8 2.0 2.2 |
焦炭环带一般稳定在9°左右，矿石环带在7.5°～8.5°之间，因原燃料条件变化而有所区别，这时炉况与第一阶段有些类似。
5.3第三阶段的探索
随着原燃料条件的改善和为了取得更好的指标，进入5月份以后一炼铁又开始了积极的探索。4月底的布料矩阵，料线2.1m，
5月1日开始便不断的提高料线，加大环带宽度，特别是加大了矿石环带的宽度，
至5月9日料线提到1.9m，矿石、焦炭走同角度，此时布料矩阵为：
，此后继续加大矿石环带宽度，加重边缘矿焦比，
布料矩阵至，高炉指标有了一定程度的改善，但因焦炭内环角度往外走的幅度较小，中心气流仍不十分稳定。5月23日因烧结检修，被迫大量吃落地烧结矿，入炉粉末急剧增加，导致风量萎缩，高炉顺行受到挑战，将环带收回，布料矩阵至，之后，随原料条件改善，将环带加大，5月30日又将矿石环数由4环改为5环，同时加大焦炭内环角度，布料矩阵改为，这样使矿石层减薄，改善了料面透气性，放料前后中心气流都能稳定存在。6月3日因风口火管烧穿，高炉紧急休风，通过观察休风料面，可以看到放完矿石后形成如图3所示料面，矿石平台宽度1.2～1.4m，这种料面结构具有形状稳定，矿焦比分布易控制，能够抑制炉料大小颗粒偏析等优点，炉料下降过程中，快慢料明显减少。
5月23日后，高炉操作指标见表4,可以看到通过布料矩阵的调整，高炉操作指标明显改善。
表4 布料矩阵调整前后操作指标
日期 风量 热压 透指 风温 焦比 煤比 燃料比 产量 CO2 |
5.24 2730 365 900 1195 328 150 518 3204 18.8 5.27 2774 362 930 1204 335 148 512 3250 19.0 5.29 2788 359 946 1206 330 150 513 3253 18.9 5.30 2796 361 937 1206 333 149 512 3267 19.0 5.31 2797 364 923 1204 333 145 509 3302 19.3 |
6结语
对布料矩阵的探索将风量作为贯穿始终的生命线，紧紧围绕合理的料面形状和矿焦比分布问题，以打开中心气流、稳定边缘气流为指导思想，大矿批、大矿角为方向，对布料矩阵进行了一系列有计划、有步骤的调整。整体调整思路如下：要想实现大矿批冶炼，必须有相应的大矿角，否则中心过重；要想有大矿角，必须有合适的边缘焦层厚度，否则边缘过重；要想有合适的边缘厚焦层，必须有合理的矿焦比分布，否则边缘发展、中心过重；要想有合理的矿焦比分布，必须有相应的大角差，否则平台不稳定、矿焦比难以控制。
现场操作时，一旦焦炭平台构筑好，就应保持相对稳定，不作为调剂手段。根据原燃料质量进行调剂时，忌同时变动操作参数，需摸索出自身的操作规律，不能出现反复，尽可能少动、微调。
6参考文献
[1] 周传典主编.高炉生产技术手册.北京：冶金工业出版社，2002.328～337
[2] 成兰伯.高炉炼铁工艺及计算. 北京：冶金工业出版社，1990.270～298
[3] 刘云彩.高炉布料规律. 北京：冶金工业出版社，2005.169～190
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