PDF《高炉炉腹煤气量指数与透气阻力系数的应用分析》

第37卷第4期2015年8月山东冶金Shandong Metallurgy Vol.

37 No.4 August

2015 ??????????? ??? ??????????? ??? 试验研究 试验研究 高炉炉腹煤气量指数与透气阻力系数的应用分析 马荣霞, 杨成, 王芳(山东石横特钢集团有限公司, 山东 肥城 271612) 摘要: 将炉腹煤气量指数XBG 定义为单位炉缸断面积上通过的炉腹煤气量并给出了透气阻力系数K的计算公式, XBG 及K 可以用作判断炉况的标志, 衡量高炉强化冶炼的程度.石横特钢的生产数据分析表明, 1# 高炉XBG 为68 m3 / (min ・ m2 ) 、 K为16.2时, 高炉炉况最为稳定;

3# 高炉XBG为70 m3 / (min ・ m2 ) 、 K为在16时, 炉况顺行最好.可将XBG、 K并入高炉曲线, 实现在线 实时观察, 对高炉炉况顺行状态判断实现量化. 关键词: 高炉;

炉腹煤气量指数;

透气阻力系数;

炉况判断 中 中图分类号 号: TF538 文献标识码: A 文章编号: 1004-4620 (2015) 04-0030-02 收稿日期: 2015-03-24 作者简介: 马荣霞, 女, 1980年生, 2001年毕业于山西省冶金工业学 校钢铁冶炼专业;

2011 年毕业于内蒙古科技大学冶金工程专业. 现为山东石横特钢集团有限公司生产技术部工程师, 从事炼铁工 艺管理工作.

1 定义及计算方法 焦炭、 煤粉燃烧后, 形成炉腹煤气, 炉腹煤气的 数量与鼓风量、 富氧量、 湿分、 喷吹物的数量、 成分 等有关.炉腹煤气在上升过程中穿过料层遇到阻 力, 其阻力大小除了与炉腹煤气量有关外, 还与煤 气的黏性、 密度、 炉料的粒径、 形状、 孔隙率等因素 有关.由于炉缸靠近炉腹, 在生产过程中炉缸断面 积基本不变, 故将炉腹煤气量指数 XBG 定义为单位 炉缸断面积上通过的炉腹煤气量 [m3 / (min ・ m2 ) ] . 1) 炉腹煤气量: VBG=1.21VB+2VO2+44.8WB* (VB+VO2 ) /18

000 +22.4PC*H/120. (1) 2) 炉腹煤气量指数: XBG=4VBG/πd2 . (2) 3) 高炉透气阻力系数: K= [ (PB+101.3)

2 - (PT+101.3)

2 ] *100/VBG 1.7 .(3) 式中: VB 为风量 (不包括富氧) , Nm3 /min;

VO2 为富氧 量, Nm3 /min;

WB 为湿分, g/Nm3 ;

H 为煤粉的含氢 量, %;

PC 为喷吹煤粉量, kg/h;

d 为炉缸直径, m;

VBG 为高炉炉腹煤气量, m3 /min;

PB 为热风压力, kPa;

PT 为炉顶压力, kPa[1] .

2 XBG与各指标的关系 限制高炉强化的操作因素都与高炉内的煤气 流动有关, 也就是高炉内煤气的通过能力决定了高 炉的强化操作.高炉能够通过的煤气量取决于炉 料的透气性.高炉料柱的孔隙率越大, 能通过的炉 腹煤气量也越大, 高炉也更利于提产.对石横特钢 1# 、 3# 高炉 (炉容均为

1 080 m3 )

2014 年4―8 月份的 XBG 和有效容积利用系数进行统计对比, 见图 1, XBG 和燃料比的关系见图2. 有效容积利用系数 炉腹煤气量指数

70 65

60 55

50 3.9 3.5 3.1 2.7

0401 0501

0601 0701

0801 0831 时间 X BG /[m

3 ・ (min ・ m

2 ) -1 ] 利用系数/[t ・ (m

3 ・ d) -1 ] a 1# 高炉 有效容积利用系数 炉腹煤气量指数

75 70

65 60

55 50 3.9 3.5 3.1 2.7

0401 0501

0601 0701

0801 0831 时间 X BG /[m

3 ・ (min ・ m

2 ) -1 ] 利用系数/[t ・ (m

3 ・ d) -1 ] b 3# 高炉 图1 2014年石横特钢高炉XBG与利用系数的关系 炉腹煤气量指数 燃料比

70 65

60 55

50 550

530 510

490 0401

0501 0601

0701 0801

0831 时间 燃料比/ ( kg ・ t -1 ) X BG /[m

3 ・ (min ・ m

2 ) -1 ] a 1# 高炉 炉腹煤气量指数 燃料比

75 70

65 60

55 50

0401 0501

0601 0701

0801 0831 时间

550 530

510 490 燃料比/ ( kg ・ t -1 ) X BG /[m

3 ・ (min ・ m

2 ) -1 ] b 3# 高炉 图2 2014年石横特钢高炉XBG与燃料比的关系

30 从图1可以看出, 当3# 高炉利用系数较低时, 提 高炉腹煤气量指数 XBG 可以强化高炉的冶炼 (图1b) .XBG 达到一定程度后, 利用系数有下降或变缓 的趋势.利用系数最高时, XBG 在70 m3 / (min ・ m2 ) 左右.1# 高炉4月份时XBG 最大, 但高炉利用系数并不 高, 后通过降低燃料比, 单位生铁的炉腹煤气量降 低, 利用系数稍有升高.5月17日后, 随着高炉大富 氧, 理论燃烧温度升高, 风口前的热量也升高, 为了 保持热量稳定, 高炉炉腹煤气量略有下降 (图1a) . 从图2可以看出, 燃料比和XBG 也有一定对应关 系, 燃料比最低时并不是 XBG 最大, XBG 有一定界限. 经过分析近几个月的曲线, 发现 1# 高炉 XBG 稳定在

68 m3 / (min ・ m2 ) 左右时, 高炉燃料比最低, 且炉况最 为稳定 (图2a) .3# 高炉XBG稳定在70 m3 / (min ・ m2 ) 左 右时, 炉况顺行稳定 (图2b) .

3 高炉透气阻力系数的应用 根据卡曼方程和公式 (3) 可以看出, 高炉透气 阻力系数 K是与炉料透气性密切相关的指数, 涉及 到风压、 顶压、 风量、 富氧量、 喷吹煤粉等参数.对 比目前使用的透气指数K'

=60VB/ (PB-PT ) 来说, 高 炉透气阻力系数对指导高炉更全面, 更能反映炉内 的实际状况. 对石横特钢1# 高炉、 3# 高炉2014年4―8月份透 气阻力系数与利用系数关系的统计分析见图3. 高炉透气阻力系数 有效容积利用系数

20 18

16 14

12 10

0401 0501

0601 0701

0801 0831 时间 3.9 3.5 3.1 2.7 透气阻力系数 K 利用系数/ t ・ (m

3 ・ d) -1 a 1# 高炉

20 18

16 14

12 10

0401 0501

0601 0701

0801 0831 时间 高炉透气阻力系数与 有效容积利用系数 高炉透气阻力系数 有效容积利用系数 3.9 3.5 3.1 2.7 利用系数/ t ・ (m

3 ・ d) -1 透气阻力系数 K b 3# 高炉 图3 2014年高炉透气阻力系数K与利用系数的关系 从图 3a 可以看出, 1# 高炉

2014 年4月份 K 值相 对较低, 此时燃料比偏高, 前期520 kg/t, 后透过调整 布料矩阵, 煤气利用好转, 高炉 K值有所上升, 高炉 利用系数也随之升高.说明K值在此区间时, 高炉有 近一步提产的可能, 可采取压边等措施来强化冶炼. 从图 3b 可以看出, 3# 高炉

4 月份高炉 K 值持续 偏高, 在17 以上, 说明料柱透气性差, 在此区间操 作, 如果强行加风, 则高炉发生悬料、 崩料的概率会 大大增加.此时只能通过减轻焦炭负荷, 缩小矿批 等措施, 改善高炉料柱的透气性, 使高炉炉腹煤气 量增加, 燃料比才能逐渐降低, 有效容积利用系数 逐步提高.

4 高炉XBG与K的应用价值 从高炉下部液泛现象和高炉上部流态化现象 分析认为, 高炉存在冶炼强度的界限.限制高炉强 化的气体力学因素, 归根结底是高炉内煤气的通过 能力.采用炉腹煤气量指数XBG, 为高炉细化管理创 造了条件.当生产需要高炉进一步强化冶炼时, 可 以检查 XBG 的潜力, 采取必要的措施使炉腹煤气量 接近最大值.已经接近最大值时, 应为高炉创造必要 的条件, 采取减少吨铁炉腹煤气量措施, 保持炉况 稳定和顺行, 达到高产.采用最大 XBG 来衡量高炉 强化程度, 更科学、 更符合高炉冶炼的本质.根据 一定的原燃料条件, 可以计算出最大XBG 值, 超过最 大XBG值的界限, 将导致燃料比的升高和炉况失常. 高炉透气阻力系数 K 对高炉顺行、 高产具有重 要指导意义.当 K值保持在正常范围, 说明高炉稳 定顺行;

当K值高于正常范围, 说明高炉料柱透气性 变差.若K值不断升高, 则高炉可能发生滑料、 崩料、 悬料等事故;

若 K值低于正常范围, 则可能发生 吹料、 管道等失常炉况.

5 结论及建议 5.1 炉腹煤气量指数和高炉透气阻力系数是一个 综合参数, 可以作为判断炉况的标志.通过分析近 几个月的生产数据, 发现1# 高炉炉腹煤气量指数XBG 在68 m3 / (min ・ m2 ) 、 透气阻力........