陳 磊
(甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司 ，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)
摘 要: 對(duì)酒鋼宏興煉鐵廠 6 號(hào)高爐合理鼓風(fēng)動(dòng)能進(jìn)行了探討，通過(guò)對(duì)高爐鼓風(fēng)動(dòng)能的諸多因素進(jìn)行逐一分析，并在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步改善，最終酒鋼 6 號(hào)高爐在穩(wěn)定順行的前提下取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
關(guān)鍵詞: 高爐；鼓風(fēng)動(dòng)能；合理；實(shí)踐；穩(wěn)定順行
1 引言
高爐冶煉是在一個(gè)高溫高壓的密閉容器中連續(xù)不斷地進(jìn)行逆流式反應(yīng)的過(guò)程，為使這個(gè)過(guò)程長(zhǎng)期穩(wěn)定且高效，要求整個(gè)爐缸截面溫度和熱量分布均勻，工作積極而活躍。而為了滿足這些條件，就必須使高爐具有一個(gè)合理的鼓風(fēng)動(dòng)能，因?yàn)楣娘L(fēng)動(dòng)能對(duì)煤氣流的一次分布起著決定性因素。酒鋼 6 號(hào)高爐在現(xiàn)有爐型、鼓風(fēng)機(jī)等因素不變的條件下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索，對(duì)影響鼓風(fēng)動(dòng)能的一些因素逐一調(diào)整，最終取得了較好的效果。
2 鼓風(fēng)動(dòng)能的概念及理論計(jì)算
向高爐鼓入的風(fēng)具有一定的質(zhì)量，從風(fēng)口噴出的風(fēng)向高爐中心高速運(yùn)動(dòng)，其通過(guò)風(fēng)口時(shí)所具有的機(jī)械能稱之為鼓風(fēng)動(dòng)能，它也可以表示穿透料柱的能力［1］，定義式為:
式⑴中 v 為實(shí)際風(fēng)速 在不考慮噴吹影響時(shí) 酒鋼采用以下公式計(jì)算:
式⑷ 中: E 為鼓風(fēng)動(dòng)能，kJ/s; T風(fēng)為熱風(fēng)溫度，℃ ; P風(fēng) 為熱風(fēng)壓力，MPa; v風(fēng)為實(shí)際風(fēng)速，m /s;S風(fēng) 為進(jìn)風(fēng)面積，m2 ; Q風(fēng) 為日平均風(fēng)量，m3 /min。
由式⑷可直接得出各鼓風(fēng)參數(shù)對(duì)鼓風(fēng)動(dòng)能的影響: E 與 T風(fēng) 的平方成正比，與 P風(fēng) 的平方成反比，與Q風(fēng) 的三次方成正比，與進(jìn)風(fēng)面積的平方和風(fēng)口個(gè)數(shù)成反比。
3 影響鼓風(fēng)動(dòng)能的一些常見(jiàn)因素
3．1 風(fēng)量和富氧
由式⑷可見(jiàn) 鼓風(fēng)動(dòng)能與風(fēng)量的三次方成正比關(guān)系，風(fēng)量是對(duì)鼓風(fēng)動(dòng)能影響最大的參數(shù)。因此可直接通過(guò)進(jìn)風(fēng)量的加減來(lái)調(diào)整鼓風(fēng)動(dòng)能，但各高爐在生產(chǎn)實(shí)踐中為穩(wěn)定煤氣流分布，為防止風(fēng)量過(guò)大導(dǎo)致局部過(guò)吹而產(chǎn)生管道行程或增加壓差破壞高爐順行，同時(shí)防止風(fēng)量偏小吹不透中心導(dǎo)致風(fēng)口帶死料柱增大使?fàn)t缸不活，根據(jù)爐容在選擇大小合適的批重和布料角度后，風(fēng)量控制上一般設(shè)定范圍。
高爐富氧鼓風(fēng)后其主要效果表現(xiàn)為增強(qiáng)高爐透氣性、順行狀況得到進(jìn)一步改善。一是因?yàn)楦谎鹾蠹铀倭巳剂系娜紵?，避免未燃燒的粉末爐料被高速運(yùn)動(dòng)的風(fēng)帶入料柱縫隙阻礙煤氣流向上運(yùn)動(dòng)，二是改善礦石的熔滴性能、降低軟熔帶的高度從而縮小了料柱壓差。
3．2 風(fēng)溫和濕份
由式⑷可見(jiàn)，鼓風(fēng)動(dòng)能與風(fēng)溫的平方成正比。生產(chǎn)實(shí)踐證明，在風(fēng)量不變的情況下，風(fēng)溫升高，氣流體積迅速成級(jí)數(shù)膨脹，風(fēng)速增加，從而大大提高了鼓風(fēng)動(dòng)能。同時(shí)降低了冶煉過(guò)程中的熱消耗，改善了生鐵質(zhì)量。但在生產(chǎn)過(guò)程中高爐受原、燃料條件的限制，如果在原燃料條件不好、料柱透氣性相對(duì)較差的情況下，風(fēng)溫超過(guò)其可接受的極限，則會(huì)導(dǎo)致?tīng)t況不順，進(jìn)而使得焦比上升，產(chǎn)量下降。加濕鼓風(fēng)增加了鼓風(fēng)質(zhì)量，對(duì)風(fēng)速也有一定的上升，從而提高鼓風(fēng)動(dòng)能。
3．3 風(fēng)壓
由式⑷可見(jiàn)，鼓風(fēng)動(dòng)能與風(fēng)壓的平方成反比，即風(fēng)壓上升，鼓風(fēng)動(dòng)能降低。風(fēng)壓上升說(shuō)明料柱透氣性惡化，煤氣上升阻力增大。而影響料柱透氣性的原因諸多，如: 原燃料質(zhì)量變差、裝料制度不合理，風(fēng)口破損漏水、爐墻結(jié)厚、渣皮脫落等。
3．4 進(jìn)風(fēng)面積和風(fēng)口個(gè)數(shù)
由式⑷可見(jiàn)，鼓風(fēng)動(dòng)能與進(jìn)風(fēng)面積的平方和風(fēng)口個(gè)數(shù)成反比，在鼓風(fēng)量不變的前提下，進(jìn)風(fēng)面積減小，風(fēng)速增加，鼓風(fēng)動(dòng)能提高，這也是調(diào)整風(fēng)口尺寸的理論依據(jù)。同樣，在堵風(fēng)口條件下，鼓風(fēng)動(dòng)能相應(yīng)提高，以酒鋼 6 號(hào)高爐為例，堵一個(gè)風(fēng)口，鼓風(fēng)動(dòng)能顯著提高 10 kJ/s 左右。
3．5 噴吹燃料
上述鼓風(fēng)動(dòng)能的理論計(jì)算沒(méi)有考慮噴吹燃料在風(fēng)口區(qū)域的燃燒及其他變化的影響，而如今各高爐為優(yōu)化經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、控制合理的理論燃燒溫度，往往都以煤代焦，因此必須考慮到噴吹燃料對(duì)鼓風(fēng)動(dòng)能的影響。理論研究表明，在鼓風(fēng)量不變的前提下，高爐噴吹燃料，爐缸煤氣量增加，使中心得到發(fā)展，為使煤氣流均勻合理的分布，需適當(dāng)擴(kuò)大進(jìn)風(fēng)面積，一定程度地降低鼓風(fēng)動(dòng)能。
4 針對(duì)上述影響因素，酒鋼 6 號(hào)高爐實(shí)踐過(guò)程中所采取的措施
酒鋼 6 號(hào)高爐處于一代爐齡末期，因長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中煤氣流沖刷、渣皮反復(fù)粘結(jié)及脫落等因素的影響，其爐型結(jié)構(gòu)表現(xiàn)有不規(guī)整的現(xiàn)象，另外也由于產(chǎn)能及成本的要求、原燃料變動(dòng)，導(dǎo)致 6 號(hào)高爐在2019 年下半年?duì)t況頻繁失常。為適應(yīng)在現(xiàn)有條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)、滿足產(chǎn)量及成本的需求，經(jīng)過(guò)反思，在意識(shí)到原有的煤氣流初始分布條件和鼓風(fēng)動(dòng)能的算法不能準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)目前的爐況后，決定在 2020年重新尋求合理的鼓風(fēng)動(dòng)能，在實(shí)踐過(guò)程中做出一 些如下調(diào)整及控制。
4．1 增加入爐風(fēng)量、提高富氧率
風(fēng)量是高爐操作的生命線。由鼓風(fēng)動(dòng)能的概念及理論計(jì)算分析鼓風(fēng)動(dòng)能與風(fēng)量的三次方成正比關(guān)系，增加入爐風(fēng)量后鼓風(fēng)動(dòng)能越大，高爐初始煤氣流越向中心延伸，風(fēng)口前燃燒帶適當(dāng)擴(kuò)大，使得初始煤氣流的分布更均衡，同時(shí)使料柱進(jìn)一步疏松，提高了爐料的空隙度，在一定程度上有利于爐況穩(wěn)定，保持高爐高產(chǎn)運(yùn)行。2020 年逐步將控制入爐風(fēng)量上限提高，下半年鼓風(fēng)動(dòng)能穩(wěn)定在 42 kJ/s，懸料次數(shù)較上半年降低 72%，平均風(fēng)量提高 47 m3 /min 且波動(dòng)范圍明顯縮小，產(chǎn)量大幅度提高 16．7%，焦比相應(yīng)降低 16．5%，風(fēng)口破損數(shù)也明顯減少。
在相同冶煉條件下，富氧率越高，爐腹煤氣量越少，鼓風(fēng)動(dòng)能也越小。但酒鋼 6 號(hào)高爐隨著噴煤比和冶煉強(qiáng)度的提高，入爐風(fēng)量增大，如果保持富氧率不變，爐腹煤氣量將大幅增加，一方面使得高爐透氣性惡化，另一方面使的鼓風(fēng)動(dòng)能過(guò)大從而擾亂氣流分布，因此在 2020 年 6 月份開(kāi)始富氧量在原來(lái)基礎(chǔ)上增加 64 000 m3 /d，富氧率也隨之穩(wěn)步提升 3．1%， 以保證鼓風(fēng)動(dòng)能在 42 kJ/s 左右，對(duì)提高產(chǎn)量、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也起到了積極的作用。
4．2 調(diào)整風(fēng)口工作面積
風(fēng)口進(jìn)風(fēng)面積及風(fēng)口長(zhǎng)度對(duì)進(jìn)風(fēng)狀態(tài)起著決定作用。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在一定的冶煉條件下，高爐必須有合理的風(fēng)速與鼓風(fēng)動(dòng)能相對(duì)應(yīng)，其目的在于使初始煤氣流分布合理，爐缸活躍均勻，保證爐況穩(wěn)定順行［2］。酒鋼 6 號(hào)高爐前期多次表現(xiàn)出有局部過(guò)吹和風(fēng)口頻繁破損的現(xiàn)象，究其原因?yàn)槌跏济簹饬鞣植疾缓侠?，因此?2020 年 3 月開(kāi)始利用休風(fēng)機(jī)會(huì)逐步擴(kuò) 大 風(fēng) 口 進(jìn) 風(fēng) 面 積，至 2020 年 8 月 共 擴(kuò) 大0．008 1m2，以 適 當(dāng) 提 高 風(fēng) 量，控制鼓風(fēng)動(dòng)能在42 kJ/s以上，效果表現(xiàn)為爐況失常頻次及風(fēng)口破損次數(shù)明顯下降。
4．3 選擇合理的裝料制度，同時(shí)采取精料技術(shù)以控制風(fēng)壓
酒鋼 6 號(hào)高爐自 2020 年 3 月份以來(lái)改為中心加焦裝料制度，爐況調(diào)整思路由“抑制邊緣打開(kāi)中心”調(diào)整為“發(fā)展邊緣，通過(guò)增加風(fēng)量保持中心氣流”。實(shí)施中心加焦技術(shù)后，使高爐的中心氣流比較旺盛，高爐通過(guò)中心氣流排鋅的能力增強(qiáng)，可有效緩解因鋅富集給高爐順行帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。同時(shí)在現(xiàn)有原燃料品種不變的情況下采取篩網(wǎng)定期清理、更換的措施，嚴(yán)格控制入爐爐料粒度進(jìn)行分級(jí)入爐，降低粉磨料、碎料、大塊料入爐給料柱透氣性帶來(lái)的負(fù)面影響。
4．4 減小風(fēng)溫波動(dòng)，提高平均風(fēng)溫
在鼓風(fēng)量不變的條件下，提高風(fēng)溫使得風(fēng)量體積膨脹，風(fēng)速變大，從而提高鼓動(dòng)能。就目前 6 號(hào)高爐熱風(fēng)爐供熱能力而言，高爐風(fēng)溫使用水平已達(dá)至其最高水平，但在操作過(guò)程中因個(gè)體意識(shí)或者習(xí)慣的差異，前期在風(fēng)溫使用水平上沒(méi)有明確規(guī)定，致使風(fēng)溫使用水平雖然整體較高但波動(dòng)較大，為避免風(fēng)溫波動(dòng)造成鼓風(fēng)動(dòng)能的忽大忽小，根據(jù)不同的冶煉條件對(duì)操作者在操作過(guò)程中風(fēng)溫使用水平進(jìn)行了明確的范圍限制。
4．5 控制經(jīng)濟(jì)噴煤比
隨著入爐風(fēng)量、風(fēng)溫使用水平及富氧量的增加，風(fēng)口前理論燃燒溫度不斷上升，上半年風(fēng)口破損個(gè)數(shù)和頻數(shù)較之前明顯增多，為消除前期采取的調(diào)整措施帶來(lái)的負(fù)面影響，同時(shí)也為增加爐腹煤氣量以提高鼓風(fēng)動(dòng)能，酒鋼 6 號(hào)高爐噴煤量較前半年逐步增加 95%，效果良好。目前受成本及其它因素的制約，為使焦比進(jìn)一步降低，結(jié)合國(guó)內(nèi)目前小高爐經(jīng)濟(jì)噴煤現(xiàn)狀，6 號(hào)高爐噴煤比正在向 155 kg /t 的目標(biāo)靠近。
5 效果
以上措施實(shí)施后，酒鋼 6 號(hào)高爐在 2020 年度生產(chǎn)過(guò)程中能夠保持長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行，且各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)取得了較大突破，產(chǎn)量大幅度提升、焦比明顯下降、噴煤比提高、煤氣利用率穩(wěn)定且保持上升趨勢(shì)、高爐利用系數(shù)達(dá)到了自 6 號(hào)高爐開(kāi)爐以來(lái)的最高水平，真正做到了穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、安全生產(chǎn)。
6 結(jié)語(yǔ)
⑴由上述分析及 2020 年上、下半年主要控制參數(shù)及指標(biāo)對(duì)比，可認(rèn)為酒鋼 6 號(hào)高爐合理鼓風(fēng)動(dòng)能應(yīng)在 42 kJ/s 以上。
⑵不同的原燃料條件、不同爐齡的高爐應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的鼓風(fēng)動(dòng)能值，過(guò)小的鼓風(fēng)動(dòng)能使?fàn)t缸不活躍，初始煤氣流分布偏向邊緣。
⑶在爐況上下部調(diào)劑上應(yīng)方向準(zhǔn)確，確定好合理鼓風(fēng)動(dòng)能后應(yīng)針對(duì)其影響因素進(jìn)行綜合調(diào)整; 爐況運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)穩(wěn)定主要控制參數(shù)( 如: 風(fēng)量、風(fēng)溫、噴吹量等) ，避免大幅度波動(dòng)造成鼓風(fēng)動(dòng)能忽大忽小，進(jìn)而影響煤氣流分布及爐缸工作狀態(tài)。
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