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宝钢高炉炉型特点及其对操作的影响


宝钢高炉炉型特点及其对操作的影响 林成城 ,项钟庸
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(1.宝山钢铁股份有限公司,上海 200941;2.中冶赛迪工程技术股份有限公司,上海 201900) 摘要:合理的操作炉型与生产条件和冶炼制度相对应,并且按照高炉冶炼原理与煤气流运动 分布规律相匹配。介绍了宝钢高炉的发展过程和各高炉的炉型特点,结合宝钢 4 座高炉炉型特 征及煤气流分布特

点, 研究高炉操作炉型的演变规律, 分析炉型结构差异对高炉煤气流分布的影 响;探讨适合宝钢生产条件和操作制度的炉型结构,进一步优化炉型设计,摸索不同炉型高炉煤 气流调剂控制技术,提升高炉煤气流控制技术和应对技术,实现高炉稳定顺行。 炉;炉型;煤气流 —0049—050 前言 中图分类号:TF572 文献标志码:B 关键词:高 文章编号:1008—0716(2009)02

高炉炉型分为设计炉型和操作炉型。高炉投产后,按照高炉内衬侵蚀变

化的规律,由设计炉型逐渐转化为操作炉型。设计基本炉型是为形成合理操作炉型创造条件,操 作炉型对高炉煤气流合理分布有较大影响, 高炉煤气流分布与炉缸横断面上风口位置、 软熔带分 布、炉料分布及炉料下降过程中的行为等因素密切相关,因此,高炉炉型需要根据高炉生产条件 和工艺特点,与煤气流在炉内运动规律相匹配 。
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从宝钢分公司高炉生产实践看,在生产条

件基本相同的情况下,高炉煤气流调剂控制存在一定差异,不同炉役期,每座高炉煤气流分布特 点和稳定程度也存在较大差异, 这主要与高炉设计结构以及不同炉役期炉型变化有关。 合理稳定 的操作炉型是高炉煤气流分布稳定的基础, 不同炉型结构的高炉显现不同的高炉煤气流分布和稳 定性特点。以现役的 4 座高炉为例,在生产条件基本相同情况下,4 号高炉的透气性优于其他高 炉,2 号高炉(第二代)较其他高炉炉墙不易脱落,炉腰容易“结厚”。可见,高炉炉型差异会给高 炉操作带来较大影响,不合理炉型结构不仅会给操作带来困难,而且会影响高炉长寿。现代高炉 炉型基本结构在 20 世纪初就已经确定,但是合理操作炉型与生产条件和操作制度密切相关,没 有统一确定模式, 没有建立以理论分析为基础的定量指导标准。 实际高炉炉型设计主要依据以往 和现存高炉的炉型和操作参数,通过统计分析,凭操作经验确定 。宝钢分公司高炉经过 20 多 年生产经验积累,对高炉炉型认识不断深入,本论文结合炉型及高炉煤气流分布特点,分析炉型 演变规律, 研究高炉炉型结构差异对高炉煤气流分布影响, 从而探讨适合生产条件和操作制度的 稳定合理操作炉型的结构设计,摸索高炉不同炉型,高炉煤气流调剂控制技术,提升高炉煤气流 控制技术和应对技术,实现高炉稳定顺行。1 宝钢分公司高炉炉型特征 宝钢分公司炼铁厂自
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1985 年 9 月 1 号高炉投产已经历了 23 年发展,高炉发展历程如图 1 所示。4 座 4000 m 级高 炉,分别在不同时期设计新建。由于对高炉炉型认识不断发展和进步,在总结实践经验基础上, 不断完善和优化高炉设计,同时也在探索更合理的高炉操作炉型,因此,4 座高炉均有其特点, 主要参数见表 1。

l、 号高炉第一代炉型基本相同, 2 炉体为全冷却板结构, 号高炉第一代炉身上部没有冷却装置; 1 l 号高炉第二代是原样大修,仅与 2 号高炉第一代一样在炉身上部增设了冷却壁;2 号高炉第二 代进行了扩容,为板壁结合高炉;4 号高炉亦为板壁结合高炉,在炉身中下部冷却板之间还增设

了冷却壁;3 号高炉为全冷却壁高炉。虽然实际生产条件基本相同,但由于 4 座高炉的设计、结 构以及形成操作炉型的差异,实际操作炉型也各不相同,各座高炉表现出不同操作特点。2 炉操作炉型演变规律 型的改变而变化。 高 一代炉役期,高炉炉型伴随高炉内衬不断发生变化,主要经历开炉磨合 合理高炉炉型就是尽量缩短演变期,尽量延长煤气流稳定分布期。由于高

期、操作稳定期、炉役后期三个阶段。高炉生产初期和后期的操作方针和操作制度都要随操作内 炉是个黑箱, 最佳操作时期的操作炉型无法直接测量, 合理操作炉型与生产条件和操作制度相对 应, 因此合理操作炉型没有统一固定模式。 高炉设计炉型向操作炉型演变就是高炉按照煤气运动 规律,煤气流分布自适应的过程,多余的炉衬在生产过程中,将逐渐被侵蚀;不合理的炉型结构 将在生产过程中被破坏, 这种自然力十分巨大。 炉型向符合高炉生产条件和冶炼制度的方向转化, 高炉有自我完善、自我合理化的能力。 炉的长寿。 合理高炉炉型需要预测操作炉型变化的状态和过程, 满足高炉煤气流合理分布的要求; 不合理炉型结构影响煤气流稳定分布和高炉稳定操作, 甚至高 宝钢分公司高炉内衬一般为 0.9~1.3 m,近年有减薄到 0.7~1.0 m 的趋 势,已经大修完成的 1 号高炉第三代将采用薄壁结构。一般来说,高炉内衬侵蚀过程如图 2 所 示。高炉投产 1 年左右,炉型内衬由原始设计内型线侵蚀成图 2(a)的形状,首先集中在炉腰和 炉腹的局部区域,以后逐年向上扩大侵蚀范围;除了产生特殊的不均匀侵蚀以外,从原始内型线 过渡到图中(a)、(b)、(c),高炉的操作性能都是提高的,顺行得到改善,气流分布稳定,高炉指 标达到最佳水平;侵蚀到图中(d),边缘气流会有一些发展;侵蚀到图中(e),由于炉身上部形成 凸凹不平的剖面,使炉墙边缘的焦矿形成混合层,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,已经到了炉役后期。

图 2 中(b)、(c)就是高炉的合理操作炉型,高炉内衬的适度侵蚀与煤气流稳定分布相顺应。1 号高炉第一代由于炉身上部没有设置冷却装置,内衬容易发生如图中(e)的侵蚀,影响高炉的稳 定顺行。因此,自 2 号高炉开始在炉身上部装设冷却壁,达到了延长高炉寿命的目的。可是由 于冷却壁热面仍砌筑了较厚的内衬, 炉身上部不能形成光滑的剖面, 仍然可能产生如图 2(d)的不 正常侵蚀,影响生产,也在一定程度上影响高炉寿命。 在 3 号高炉的设计时,认识到了炉身 上部剖面对控制高炉煤气流分布的重要性, 将冷却壁一水冷壁沿高炉设计炉型线设置。 十几年来 始终维持了与设计内型线一致的光滑剖面,有效控制了煤气流的分布,延长了高炉寿命,收到良 好效果。 如上所述,合理的炉身上部操作内型十分重要。进而,近年来世界上流行的薄壁高 炉, 就是要把高炉生产最佳时期的操作炉型固定下来, 使高炉整个炉役期都在最佳的操作炉型状 态下生产。因而,薄壁高炉对炉型设计的要求更高,设计炉型已将高炉炉型固定,在整个炉役期 高炉失去了厚壁高炉自我完善、自我调剂合理化功能,一旦炉型不合理,就会影响一代炉役高炉 煤气流合理分布和稳定生产。无论是厚壁高炉还是薄壁高炉炉型,都要结合生产条件、冶炼制度 以及高炉煤气流运动规律,按照高炉炉型演变规律,确定合理炉型,否则就会影响高炉稳定生产 和高炉长寿。3 操作炉型与煤气流分布特点 3.1 高径比差异对透气性影响 透气性指数 K 值越低,透气性越好,如图 3 所示。 从生产实际看, 高炉的高度变化不大,当容积扩大、横断面越大,也就是炉腰直径越大,高炉越容易接受风量, 3 号高炉的横断面较 l、2 号高炉第一代的

大,当炉腹煤气量相同时,3 号高炉的 K 值比 1、2 号高炉的低,高炉更容易强化。

当 2 号高

炉扩容后,2、4 号高炉炉腰直径较 3 号高炉扩大,在高炉产量相当时,甚至炉腹煤气量相应提 高的情况下,2、4 号高炉的 K 值相对 3 号高炉又低很多。由此可知,适当扩大高炉下部横断面, 有利于提高高炉冶炼强度。虽然 2 号高炉第二代与 3 号高炉高径比相当,但其炉腰直径大,因 此透气性优于 3 号高炉。 4 号高炉高径比最小,透气性最好,最容易高炉强化。在相同的 K
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值时,3 号高炉的炉腹煤气量比 1、2 号高炉第一代高约 1000 m /min,通过能力高约 10%。 同时,在相同炉腹煤气量时,2 号高炉第二代和 4 号高炉的 K 值比 3 号高炉低 0.1~0.2,高 炉煤气透气性明显优化。

最明显的是,2 号高炉与 4 号高炉同样为 4700 m 级高炉,而高径比不同,在相同炉腹煤气 量时 2 座高炉 K 值相差约 0.15,4 号高炉的强化可能性比 2 号高炉大。可见,高炉矮胖型是大 型高炉发展趋势。3.2 炉腹结构差异对煤气流分布影响高炉五段炉型结构是与高炉炼铁工艺原 理相适应的, 具体炉型尺寸比例是由高炉冶炼强度决定的, 高炉合理炉型的判断标准就是煤气流 分布合理,高炉稳定顺行,其关键就是根据高炉冶炼流程,使高炉各段煤气流速控制在合理范围 内 。炉喉部位的炉料为块状带,透气性良好,煤气流速应该最高,炉腰部位焦炭被降解、劣化, 同时是软熔带形成区域,孔隙度最低,透气性最差,因此在炉腰区域需要将煤气流速控制相对低 一些,满足煤气流有充足时间通过以及缓解透气性的需要。风口循环区形成的煤气,一出炉缸就 在炉腹部位需要有较大的扩张空间, 炉腹结构需要满足扩大断面的要求。 为了达到高炉煤气流速 控制要求,高炉炉腰和炉缸直径比保证一定比例,按照空塔煤气流速推算,炉腹角应该控制在 7 6°~78°,甚至更低,这也符合炉腹冷却系统保护要求。
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2 号高炉第二代大修炉容由 4063

m 扩大至 4706 m ,炉容扩大了 15.9%。为了利用原有炉体框架等结构,炉缸直径和炉喉直 径扩大得比较多,特别是炉缸直径扩大达 14.5 m,炉腰扩大较少,炉腹角偏大。高炉炉缸直 径大,中心不容易吹透,使边缘气流发展,而且炉腰煤气流速快,不仅导致高炉软熔带根部不稳 定,而且容易使软熔带根部上移。正常情况,高炉软熔带根部应该稳定在炉腰下部和炉腹处,2 号高炉炉腰直径偏小,边缘气流强,流速快,使软熔带根部上移至炉腰上部和炉身处,容易导致

炉腰出现“结厚”情况。2 号高炉投产后,在正常操作情况下,已发生多次炉腰“结厚”,如图 4。 针对类似 2 号高炉炉型的高炉,炉缸与炉腰直径比例不协调,煤气流调剂应该尽量控制边缘气 流,使软熔带下移,下部采取大风量,提高鼓风动能,吹透中心,上部通过布料制度控制边缘气 流。根据上述原则,风量由 6800 m /min 左右提高到 7050 m /min,鼓风动能保证在 1550 0(㎏·m)/s 以上,上部布料制度通过调整无钟炉顶布料档位,增加边缘矿焦比例,适当降低料 线,达到降低高温区目的,高炉煤气流分布趋于合理,达到控制炉腰“结厚”效果,高炉稳定顺行。 4 结论 (1)合理高炉炉型是高炉煤气流合理稳定分布的基础, 不同炉型结构显现不同煤气流分 (2)合理操作炉型与生产条件 (3)矮胖型高炉透气性有明显优势, 布特点,需要采取相对应的操作制度,才能实现高炉稳定顺行。 和操作制度相对应, 与高炉煤气流运动和分布规律相匹配。 煤气通过能力强,是大型高炉强化冶炼发展趋势。 林成城等宝钢高炉炉型特点及其对操作的影响
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(4)炉腹角对煤气流初始分布影响较大,炉

腹角过大不符合煤气流速控制规律,影响高炉下部透气性和软熔带稳定,容易导致炉腰“结厚”。

(5)在设计薄壁高炉内型时应按照高炉炉型演变规律,以合理的侵蚀内型为样板。


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