高炉炼铁过程中的对称观.pdf

鞍钢技术2023 年第3 期ANGANG TECHNOLOGY综述高炉炼铁过程中的对称观吴官印1 2,孙岳琦3，吴玉治3,龚向华3,胡绍磊3（1.海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，辽宁鞍山1 1 40 0 9；2.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山1 1 40 0 9；3.鞍钢股份有限公司鲮鱼圈钢铁分公司，辽宁营口1 1 50 0 7)摘要：高炉设备内在的对称属性以及炉内炉料层状下降的顺行需求决定了高炉煤气流在圆周方向上必须要对称分布，操作上要讲究参数对称和能力对称。高炉生产过程中的主要问题是高炉内在要求的要素对称性与实际工业生产过程中非对称现象之间的矛盾，高炉炼铁过程中普遍存在非对称现象,对称是相对的，非对称是绝对的；高炉日常操作过程中对炉况的调剂其实质内容就是对高炉对称关系的调节，以促使高炉内各要素保持最大程度的对称状态。高炉顺行状态越好，表明高炉内在各要素的对称性保持越好，掌握高炉对称性的调节对维护高炉长期顺行十分有利。关键词：高炉；对称性质；中心死料堆；风口回旋区；风量中图分类号：TF5D01:10.3969/j.issn.1006-4613.2023.03.002Symmetrical Relation during Ironmaking by Blast FurnaceWU Guanyin-2,SUN Yueqi?,WU Yuzhi,GONG Xianghua,HU Shaolei?(1.State Key Laboratory of Metal Material for Marine Equipment and Application,Anshan 114009,Liaoning,China;2.Ansteel Iron&Steel Research Institutes,Anshan 114009,Liaoning,China;3.Bayuquan Branch of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China)Abstract:The inherent symmetry attribute of the blast furnace(BF)equipment and the smoothoperating asked by the layered falling of furnace burden was dependent on that the BF gas flowmust be symmetrically distributed around the circumferential direction,and so the operation of BFmust pay attention to the parameter symmetry and the capacity symmetry.The main problem in theprocess of BF production was the contradiction between the essential symmetry required inherentlyby BF and the asymmetry phenomenon in the actual industrial production process.As theasymmetry is common during ironmaking by BF ironmaking,and symmetry is relative while theasymmetry is absolute.For that reason,the essence of adjusting the furnace condition in the dailyoperation of BF was just adjusting the symmetrical relation of BF in order that keeping all theessentials in the BF in the most symmetrical state.The better the smooth operating state of the BFwas,the better the symmetry of the inherent essentials in the BF was maintained,and therefore itwas advantageous to get how to adjust the symmetry of BF so as to maintain the long-term smoothoperating of BF.Key words:BF;symmetrical attribute;center deadman material pile;tuyere raceway;air volume高炉是一种竖炉型逆流式反应器。高炉本体吴官印，工程师，2 0 0 9年毕业于东北大学冶金工程专业。E-mail:-8-总第441 期文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-46 1 3(2 0 2 3)0 3-0 0 0 8-0 7取样和解剖研究证明，冶炼过程中炉内料堆基本呈层状整体下降。从力学角度考虑，要实现炉料在炉内的层状下降状态，促使炉料下降的各种因素至少要在圆周方向保持一定的对称性，例如煤鞍钢技术2023 年第 3 期ANGANG TECHNOLOGY气提供的浮力、炉料自身重力，下部焦炭燃烧和渣圆周方向，也体现在高炉纵向上母线的高度、倾斜铁排放腾出的下料空间都需要保持对称分布的特角度、相对比例方面，这部分设计是否合理是实现点，任何非对称分布都将破坏炉料的层状下降状高炉各段功能的前提，并将直接影响高炉煤气流分态。实际上，高炉内一系列对称性质既是实现炉料布及高炉顺行状态。宝钢2 号47 0 0 m高炉设计炉层状下降的保证，也是高炉稳定顺行的本质属性。腰直径偏小、炉腹角偏大，投产后，边缘气流强、流由于高炉炼铁过程中非对称现象存在的绝对性，速快，造成软熔带根部上移至炉腰上部和炉身处，因此高炉日常操作过程中对炉况调剂的实质内容在正常操作情况下，多次发生炉腰“结厚 现象 2 。就是对高炉对称关系的调节。2002年某铁厂高炉大修过程中，由于砌筑炉身砖衬时，砌筑炉型工艺数据与设计工艺数据不符，炉身1炉型对称性在第40 层以下部位实际炉腹角度为8 2 2 7 2 1 （设1.1设计内型计为8 4542 4），第40 层以上炉身角为8 6 47 50 高炉内型对高炉冶炼起着重要作用，合理的（设计为8 4542 4），造成炉身轮廓线不连贯，导致设计内型是实现高炉冶炼优质、高效、低耗、长寿高炉开炉后短期内频繁出现崩料、悬料、结瘤等严的先决条件。高炉设计内型轮廓如图1 所示。重异常炉况 3 。另外，还有一些高炉设计炉身高度偏低，导致炉顶温度过高，危害炉顶设备。炉喉1.2操作炉型11炉身轮廓母线炉腰！炉腹1炉缸111图1 高炉设计内型轮廓Fig.1 Internal Profile for BF Design高炉设计内型可以理解为以内型轮廓线作为母线,绕着高炉中心线旋转一周而围成的空间，整个空间在圆周方向沿高炉中心线完全对称。高炉冶炼过程中，炉料通过炉顶旋转溜槽被均匀地布入高炉炉喉层面，受逆流而上的高温气流作用，不断地被加热、分解、还原、软化、熔融、滴落，并最终形成渣铁熔体而分离 1 。高炉设计内型在圆周方向是否对称将直接影响炉料下降、煤气流合理分配以及高炉铁口状态，设计内型保持圆周方向上的对称性是高炉顺行状态的基本保证。实际上，高炉设计内型对称性要求不仅体现在总第441 期高炉投产以后，炉衬受到多种因素的侵蚀，首先经历一段快速侵蚀期，然后在冷却器的作用下，有的部位炉衬保持稳定，有的部位结成稳固的渣皮代替砖衬，最终炉型相对稳定，高炉操作指标达到较高水平，这时的炉型称为操作炉型 5。合理的操作炉型需通过保持设计炉型的对称关系实现，这种对称关系要求炉型不仅在圆周方向上对称，也要在纵向上保持各段的合理比例和形状。任何破坏横向和纵向对称性的因素都将引起煤气流分布紊乱和下料变差，从而导致高炉顺行被破坏。由于合理的操作炉型与生产条件和操作制度相对应,因此没有统一、固定的模式。在高炉日常生产中，不同的冶炼环境下将出现不同的操作炉型，操作炉型对称分布一旦遭到破坏就会严重影响高炉顺行状态。例如有一些厚壁高炉 6 ,在炉役中后期耐材侵蚀严重，炉型对称性质遭到破坏，炉身上部形成凸凹不平的剖面，使炉墙边缘焦矿形成混合层，边缘煤气不稳定，热负荷高且无法控制，高炉冷却设备加速损坏和炉壳开裂，高炉顺行状态变得极不稳定。在高炉冶炼过程中，局部渣皮脱落、炉身结厚结瘤、炉身冷却器破损、炉缸局部侵蚀等现象都会破坏高炉操作炉型对称性，影响高炉布料与煤气流分布，恶化煤气与炉料、渣铁的相对流动，造成炉内煤气流分布紊乱，煤气利用率低，高炉顺行变差，频繁崩悬料，经济技术指标恶化。合理的操作炉型对于高炉生产意义重大。近年一9 一鞍钢技术2 0 2 3 年第3 期吴官印等：高炉炼铁过程中的对称观总第441 期来世界上流行的薄壁高炉，就是要把高炉生产最佳当下料存在偏尺或出现崩滑料现象时，说明时期的操作炉型固定下来，使高炉整个炉役期都处高炉内煤气流分布不对称，煤气流局部失衡，该方在最佳操作炉型状态下 7 。在高炉日常操作中，需向煤气热能和化学能利用异于其他区域。当煤气要预防破坏操作炉型的非对称现象产生，并对生产流局部过分发展甚至出现局部管道时，煤气压力过程中出现的非对称炉型进行合理的调整，例如为的剧烈波动将造成该区域料面塌陷，甚至塌陷堵了预防和处理高炉结瘤现象，高炉操作者需要贯彻住管道后引起煤气压力陡升，导致悬料。好精料方针,改善原燃料理化性能，减少粉末，降低炉喉和炉顶的温度高低及温度带宽窄反映了钾、钠等碱金属有害元素，降低炉身冷却强度，严防炉内高温区的变化及圆周方向上的分布情况。当冷却设备漏水，必要时及时洗炉,甚至休风炸瘤。炉喉温度高且温度带宽时，下料往往出现崩滑料情况。当炉顶温度高时，说明煤气流存在过分发2操作对称性展、利用不好等情况。此时，结合炉喉温度及壁体2.1参数对称温度等其他现象综合判断中心或者边缘煤气流发在高炉日常操作中，必须保持对参数对称的展情况，采取上下部协调的调剂手段，使煤气流重敏感，一些参数的非对称变化往往预示着炉况的新回到均匀对称分布的轨道上来。变化趋势。高炉操作的中心思想就是对称操作，参还有一种参数对称严格来讲可以称为操作参数对称在高炉各个环节均有体现，最直观的就是数对应，如图2 所示。高炉操作过程中讲究风量与表观参数，例如中心十字测温、炉顶煤气曲线、炉风压对称、风量与料速对称、透气性与风量对称、喉温度分布、炉顶温度分布、壁体温度分布、环碳炉温与料速对称、热量使用与冶炼强度对称以及温度分布、料尺形态，通过这些高炉仪器仪表反映热量使用与煤气利用对称，高炉操作人员对这些出来的数据在圆周方向上是否对称，可以很直观操作参数对应关系的掌握水平和反应能力决定了地判断高炉内气流分布状态。其操作水准，也决定了其所操作高炉的炉况走势。【a】：1 1 9人00%10%30%10%0%新一高炉新号料尺新二号料尺新三号料尺新四写料尺新五号料尺(b)118人+高炉实时曲线（开炉时间20130515）90%20%10%新高炉新二高炉新料尺新二号料尺新三料尺新四号料尺新五号料尺七母料尺（a）顺行状态下各参数曲线形态；（b）非正常状态下各参数曲线形态图2 高炉生产过程中操控画面Fig.2 Control Screen during BF Production Process-10-十高炉实时曲线（开炉时间：2 0 1 3-0 5-1 5）2023-05-082.023-05-38新二高新三高炉2023-04-222023-04-22新三高炉2023-05-0817:03:35热风压力0.37