D0I:10.13374/i.issm1001053x.2010.0A.017 第32卷第4期 北京科技大学学报 Vol32 No 4 2010年4月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing APr 2010 太钢4350i高炉炉体热负荷 闫魁红12” 张建良》祁成林) 左海滨”刘文文2) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院北京1000832)山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂，太原030003 摘要通过分析太钢4350m高炉(5高炉炉缸以上冷却系统的设计特点，研究其在高煤比、高产量情况下炉内煤气流分 布对炉体热负荷的影响.结果表明：太钢5高炉的边缘气流指数W值控制在0.55左右：中心气流指数Z值应控制在8.8左 右：5高炉下部炉腰炉腹的热负荷较为稳定，而炉身的中上部稳定性较差：5高炉的热负荷还有降低的潜力，热负荷控制在 10~120Gh范围4350高炉仍可稳定操作. 关键词高炉：操作制度：热负荷：气流分布 分类号TF53LTF543 Furnace body heat load of TISCO 4350 m blast furnace YAN Kuihong 2)ZHANG Jian liang)QICheng lin)ZU Haibin)L.UWewer?) 1)SchoolofMet lugical and Ecobgical Engineering Unvesit of Science ad Technobgy Be iing Beijing 100083 Chna 2)lramaking Pant ShanxiTa garg Stainks SteelCo Ld.Taiyum 030003 Chna ABSTRACT Through analyzing design features of he cooling system above he hearh n TISCO4350m blast fimace(BF).he effect of gas fpw distributpn on the heat lond of he blast fumace was sudied in the case ofh gh puverized coal n ection rate and hgh yield The results ofNo 5 bast fumace were presented The vale of edge gas fpw indexW should be controlled at around0.55 he vale of cen er gas fpw ndex Z should be controlled at around&8 and the heat load on the belly and te bosh of he bast inace is relativey stab le but n he upper part of he stack is bad There is a potential to reduce the heat pad ofNo 5 blast fumace When the heat pad is contoled in the range of 10 p 120G h!he 4350m blast fumace can stillbe stably operated KEY WORDS blast fuimace operation regulatpn heat lond gas flow distribu ton 高炉热状态是指高炉各个部位具有足够相应温 太钢4350n1高炉，设有38个风口，4个铁口岛 度的热量以满足治炼过程中加热炉料和各种物理化 式布置.采用了W串罐无钟炉顶，皮带上料，炉缸 学反应需要的热量，以及过热液态产品达到要求的 以上为平冷板薄壁炉衬、铜冷却板、软水密闭循环冷 温度”.通常用热量是否充沛、炉温是否稳定来衡 却和炉缸陶瓷垫等工艺技术，设计一代炉龄（无中 量热状态.近些年来，钢铁工业需求过快，高炉的冶 修)寿命15日 炼强度逐渐增大，高炉的寿命势必有缩短的趋势，已 太钢4350m高炉于2006年10月13日点火开 有学者对于高炉长寿做了较为细致的研究2，其 炉，开炉6d后达到设计利用系数2.20.开炉生产2 中高炉的热负荷研究对高炉长寿甚为重要.但是， 年多以来，随着高炉治炼的不断强化，特别是在高产 在高炉长寿的研究过程中，人们较为重视冷却壁、炉 (但产1.1万以上入高煤比（煤比200k竖以 缸热状态的热负荷研究5-.本文的研究重点是通 上)的情况下，通过高炉操作的上、下部调剂，控制 过煤气流参数来研究太钢4350m高炉炉体的热 合理的煤气流分布，从而实现炉体热负荷的稳定成 状态 为高炉操作的主要任务， 收稿日期：2009-07-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目(NQ2006 BAEBA01片北京教有委员会共建项目专项资助 作者简介：闫魁红(1970-，男，顾士研究生：张建良(1965，男，教授.博士生导师，Eman@me)s山m
第 32卷 第 4期 2010年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.4 Apr.2010 太钢 4350 m 3 高炉炉体热负荷 闫魁红 1, 2) 张建良 1) 祁成林 1) 左海滨 1) 刘文文 2) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2)山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂, 太原 030003 摘 要 通过分析太钢 4 350m3高炉(5 #高炉)炉缸以上冷却系统的设计特点, 研究其在高煤比、高产量情况下炉内煤气流分 布对炉体热负荷的影响.结果表明:太钢 5 #高炉的边缘气流指数 W值控制在 0.55 左右;中心气流指数 Z值应控制在 8.8左 右;5 #高炉下部炉腰炉腹的热负荷较为稳定, 而炉身的中上部稳定性较差;5 #高炉的热负荷还有降低的潜力, 热负荷控制在 10 ～ 120 GJ·h-1范围 4 350 m3 高炉仍可稳定操作. 关键词 高炉;操作制度;热负荷;气流分布 分类号 TF531;TF543 FurnacebodyheatloadofTISCO4 350 m 3 blastfurnace YANKui-hong1, 2) , ZHANGJian-liang1) , QICheng-lin1) , ZUOHai-bin1) , LIUWen-wen2) 1)SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2)IronmakingPlant, ShanxiTaigangStainlessSteelCo.Ltd., Taiyuan030003, China ABSTRACT ThroughanalyzingdesignfeaturesofthecoolingsystemabovethehearthinTISCO4 350m3 blastfurnace(BF), the effectofgasflowdistributionontheheatloadoftheblastfurnacewasstudiedinthecaseofhighpulverizedcoalinjectionrateandhigh yield.TheresultsofNo.5 blastfurnacewerepresented.ThevalueofedgegasflowindexWshouldbecontrolledataround0.55, the valueofcentergasflowindexZshouldbecontrolledataround8.8, andtheheatloadonthebellyandtheboshoftheblastfurnaceis relativelystablebutintheupperpartofthestackisbad.ThereisapotentialtoreducetheheatloadofNo.5 blastfurnace.Whenthe heatloadiscontrolledintherangeof10 to120GJ·h-1 , the4 350m3 blastfurnacecanstillbestablyoperated. KEYWORDS blastfurnace;operationregulation;heatload;gasflowdistribution 收稿日期:2009--07--20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.2006BAE03A01);北京教育委员会共建项目专项资助 作者简介:闫魁红(1970— ), 男, 硕士研究生;张建良(1965— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:jl.zhang@metall.ustb.edu.cn 高炉热状态是指高炉各个部位具有足够相应温 度的热量以满足冶炼过程中加热炉料和各种物理化 学反应需要的热量, 以及过热液态产品达到要求的 温度 [ 1] .通常用热量是否充沛 、炉温是否稳定来衡 量热状态.近些年来 ,钢铁工业需求过快 ,高炉的冶 炼强度逐渐增大 ,高炉的寿命势必有缩短的趋势,已 有学者对于高炉长寿做了较为细致的研究 [ 2--4] , 其 中高炉的热负荷研究对高炉长寿甚为重要 .但是 , 在高炉长寿的研究过程中 ,人们较为重视冷却壁、炉 缸热状态的热负荷研究 [ 5--10] .本文的研究重点是通 过煤气流参数来研究太钢 4 350 m 3 高炉炉体的热 状态. 太钢 4 350m 3 高炉 ,设有 38个风口, 4个铁口岛 式布置,采用了 PW串罐无钟炉顶 , 皮带上料, 炉缸 以上为平冷板薄壁炉衬 、铜冷却板 、软水密闭循环冷 却和炉缸陶瓷垫等工艺技术 , 设计一代炉龄 (无中 修)寿命 15 a. 太钢 4350 m 3 高炉于 2006年 10月 13日点火开 炉, 开炉 6 d后达到设计利用系数 2.20.开炉生产 2 年多以来 ,随着高炉冶炼的不断强化,特别是在高产 (日产 1.1万 t以上 )、高煤比 (煤比 200 kg·t -1以 上)的情况下, 通过高炉操作的上、下部调剂 , 控制 合理的煤气流分布 ,从而实现炉体热负荷的稳定成 为高炉操作的主要任务 . DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.04.017
。510 北京科技大学学报 第32卷 1太钢4350m高炉的冷却特点 2太钢5高炉炉体热负荷分析 1.1冷却结构 2.1太钢4350m高炉热负荷的分布 太钢4350m高炉炉缸炉底采用UCAR热压小 炉体热负荷由炉底、风口中套、炉缸、炉腹至炉 块碳砖加陶瓷垫结构，有利于延长炉缸寿命.铁口 身上部共54层平冷板构成将其划分为炉身下部四 关键部位采用铜冷却壁，强化冷却，提高炉缸寿命： 段（日~1415~28P29~40和41~54段）和炉 炉腹到炉身中部采用密集式八通道焊接结构铜冷却 身上部三段镶砖球墨铸铁冷却壁，命名为R段八部 板，炉身上部设置镶砖球墨铸铁冷却壁有效防止炉 分组成.炉腹（第1~14层铜冷却板范围内全部采 壳过热而变形：炉体采用软水密闭循环冷却. 用高导热的石墨砖；在第14~34层铜冷却板范围 1.2太钢4350m高炉水系统组成 内，石墨砖前端镶嵌氮化硅结合碳化硅砖：第35~ 54层铜冷却板之间全部采用氮化硅结合碳化硅砖. 高炉水系统由软水密闭循环和工业水冷却二个 系统组成.软水系统I冷却部位为：炉底水冷管、热 该配置不仅能充分发挥石墨砖导热性好、抗热震稳 定性强的优势，而且也充分利用了氮化硅结合碳化 风阀及风口中套；软水系统Ⅱ冷却部位为：炉体冷却 壁和冷却板.软水系统I、Ⅱ和工业水的冷却水量 硅砖高机械强度、抗炉料磨损和抗渣铁侵蚀的特性， 炉腹至炉身中部设置的54层冷却板全为强化型双 和水压值见表1 回路八通道铜冷却板共计2700块. 表1太钢4350m高炉软水系统I,Ⅱ和工业水的怜却水量和水 炉身上部设置三段镶砖球墨铸铁水冷壁，每段高 压值 Tab le Coolng wa er fowrate and Pressure of soft water syswms. 约2360m四镶砖材质为氮化硅结合碳化硅砖.5高 II and industrial water n TECO4350m BF 炉初设中的炉体设计热负荷及水温升分布见表2 水量/ 水压/ 控制 从表2中可以看出，在设计热负荷条件下，最高 水系统 (m.h1) MPa 温度C 进出水温差为6.78℃，当供水温度为480℃时，最 软水系统I 2321 075 380士05 高出水温度54.78℃，系统完全可以安全运行. 软水系统Ⅱ 8080 090 380士05 开炉生产2年多后，太钢5高炉2008年各段热 工业水 1510 负荷每月均值及年平均值见表32007年和2008年 1.60 280±10 的年均热负荷值和各段热负荷所占比例见表4 表2炉体设计热负荷及水温升 Table2 Heat pad and coo ling water temperature rise of desgn of the fumace stucture 单位热负荷/ 热流 区域热负荷/ 水流量/ 冷却器水 区域水 冷却设备 (km-2h1) 面积m2 (K) (m3.h) 温升心 温升℃ R-3水冷壁 10465 75.1 7859.215 2880 065 R-2水冷壁 10465 79.5 8319.675 2880 069 R-1水冷壁 10465 846 885339 2880 074 T风口铸铁冷却壁 41.86 588 2461.368 2880 0.20 一 H-4铸铁冷却壁 50232 105.0 527436 2880 0.44 3.97 H-3铸铁冷却壁 6279 107.0 671853 2880 056 一 -2铜冷却壁 33.488 157.0 5257.616 2880 0.44 H-1铸铁冷却壁 25.116 1185 2976246 2880 0.25 41~54铜冷却板 167.44 1803 30189.43 1196 6.03 29-40铜冷却板 18837 1680 3164616 1300 5.82 617 15-28铜冷却板 18837 203.8 38389.81 1352 678 1-14铜冷却板 167.44 2038 3412427 1352 6.03 一 风口中套 25.58 265 3327.87 950 0.84 1.24 风口铜冷却板 6279 25.0 1569.75 950 0.40 炉底水冷管 25.116 1940 4872504 621 187 1.87 合计 一 191840.2 9651 4万
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 1 太钢 4 350 m 3高炉的冷却特点 1.1 冷却结构 太钢 4 350 m 3 高炉炉缸炉底采用 UCAR热压小 块碳砖加陶瓷垫结构, 有利于延长炉缸寿命.铁口 关键部位采用铜冷却壁, 强化冷却, 提高炉缸寿命 ; 炉腹到炉身中部采用密集式八通道焊接结构铜冷却 板 ,炉身上部设置镶砖球墨铸铁冷却壁,有效防止炉 壳过热而变形;炉体采用软水密闭循环冷却. 1.2 太钢 4 350 m 3 高炉水系统组成 高炉水系统由软水密闭循环和工业水冷却二个 系统组成.软水系统 Ⅰ冷却部位为:炉底水冷管 、热 风阀及风口中套 ;软水系统 Ⅱ冷却部位为 :炉体冷却 壁和冷却板 .软水系统 Ⅰ 、Ⅱ和工业水的冷却水量 和水压值见表 1. 表 1 太钢 4 350m3 高炉软水系统 Ⅰ 、Ⅱ和工业水的冷却水量和水 压值 Table1 CoolingwaterflowrateandpressureofsoftwatersystemsⅠ , Ⅱ andindustrialwaterinTISCO4 350m3 BF 水系统 水量/ (m3·h-1 ) 水压 / MPa 控制 温度 /℃ 软水系统Ⅰ 2 321 0.75 38.0±0.5 软水系统Ⅱ 8 080 0.90 38.0±0.5 工业水 1 510 1.60 28.0±1.0 2 太钢 5高炉炉体热负荷分析 2.1 太钢 4 350m 3 高炉热负荷的分布 炉体热负荷由炉底 、风口中套、炉缸、炉腹至炉 身上部共 54层平冷板构成,将其划分为炉身下部四 段(P1 ～ 14、P15 ～ 28、P29 ～ 40和 P41 ～ 54段)和炉 身上部三段镶砖球墨铸铁冷却壁 ,命名为 R段八部 分组成.炉腹 (第 1 ～ 14层铜冷却板范围内 )全部采 用高导热的石墨砖;在第 14 ～ 34 层铜冷却板范围 内, 石墨砖前端镶嵌氮化硅结合碳化硅砖;第 35 ～ 54层铜冷却板之间全部采用氮化硅结合碳化硅砖. 该配置不仅能充分发挥石墨砖导热性好 、抗热震稳 定性强的优势 ,而且也充分利用了氮化硅结合碳化 硅砖高机械强度、抗炉料磨损和抗渣铁侵蚀的特性. 炉腹至炉身中部设置的 54层冷却板全为强化型双 回路八通道铜冷却板,共计 2 700块. 炉身上部设置三段镶砖球墨铸铁水冷壁,每段高 约 2360mm.镶砖材质为氮化硅结合碳化硅砖 .5 #高 炉初设中的炉体设计热负荷及水温升分布见表 2. 从表 2中可以看出, 在设计热负荷条件下 ,最高 进出水温差为 6.78 ℃,当供水温度为 48.0 ℃时, 最 高出水温度 54.78 ℃,系统完全可以安全运行 . 开炉生产 2年多后,太钢 5 #高炉 2008年各段热 负荷每月均值及年平均值见表 3, 2007年和 2008年 的年均热负荷值和各段热负荷所占比例见表 4. 表 2 炉体设计热负荷及水温升 Table2 Heatloadandcoolingwatertemperatureriseofdesignofthefurnacestructure 冷却设备 单位热负荷 / (kJ·m-2·h-1 ) 热流 面积 /m2 区域热负荷 / (KJ·h-1 ) 水流量 / (m3·h) 冷却器水 温升 /℃ 区域水 温升 /℃ R--3水冷壁 104.65 75.1 7 859.215 2 880 0.65 — R--2水冷壁 104.65 79.5 8 319.675 2 880 0.69 — R--1水冷壁 104.65 84.6 8 853.39 2 880 0.74 — T风口铸铁冷却壁 41.86 58.8 2 461.368 2 880 0.20 — H-4铸铁冷却壁 50.232 105.0 5 274.36 2 880 0.44 3.97 H-3铸铁冷却壁 62.79 107.0 6 718.53 2 880 0.56 — H-2铜冷却壁 33.488 157.0 5 257.616 2 880 0.44 — H-1铸铁冷却壁 25.116 118.5 2 976.246 2 880 0.25 — 41 ～ 54铜冷却板 167.44 180.3 30 189.43 1 196 6.03 — 29 ～ 40铜冷却板 188.37 168.0 31 646.16 1 300 5.82 6.17 15 ～ 28铜冷却板 188.37 203.8 38 389.81 1 352 6.78 — 1 ～ 14铜冷却板 167.44 203.8 34 124.27 1 352 6.03 — 风口中套 125.58 26.5 3 327.87 950 0.84 1.24 风口铜冷却板 62.79 25.0 1 569.75 950 0.40 — 炉底水冷管 25.116 194.0 4 872.504 621 1.87 1.87 合计 — — 191 840.2 9 651 — 4.75 · 510·
第4期 间魁红等：太钢4350m高炉炉体热负荷 511 表3008年5高炉各段热负荷每月均值及年平均值 Table3 Monthly average and annual average heat loed in each sec tion ofNo 5 BF in 2008 GH 月份 Q总炉热 Q炉底 Q中套 Q炉缸 Q-14 Q15-28 Q29-40 Q41-54 Q-R 1月 14874 381 9.25 1431 148 2425 3380 3434 1421 2月 151.11 401 9.67 14.86 1490 2247 35.45 35.39 1436 3月 147.26 428 9.62 14.22 149 1916 30.36 3600 1882 4月 15278 456 9.78 17.75 15.19 1955 32.18 37.16 1661 5月 151.25 460 9.88 18.86 17.28 2015 3279 35.60 1208 6月 15868 462 9.83 28.51 1841 2241 3413 37.00 1322 7月 143.45 451 9.66 21.16 1489 1708 29.47 3575 10.92 8月 15465 415 9.29 2212 17.51 1809 3401 3927 1021 9月 133.24 373 9.00 15.64 15.38 1596 2873 3350 11.28 10月 157.35 349 9.35 16.98 1888 2558 35.25 35.16 126⑤ 11月 163.37 330 9.28 1638 19.35 2487 3615 33.41 20.63 12月 137.86 330 9.95 11.38 17.8 2366 2810 2478 1872 均值 149.95 403 9.54 17.68 1661 2110 3253 3478 13.68 表4太钢5高炉2007年和2008年平均热负荷值 Table4 Amualaverage vajue of heat bad ofNo 5 BF in 2007 and 2008 GFhI 年份及比例 Q总炉 Q炉底 Q中套 Q炉缸 Q-14 Q15-28 Q29-40 Q41-54 Q-R段 2007 11224 357 819 13.77 1843 1635 17.68 19.91 1446 比例% 100 318 7.30 12.27 1642 1457 15.75 17.74 1288 2008 149.95 403 9.54 17.68 1661 2110 3253 3478 1368 比例% 100 269 6.36 11.79 11.0⑧ 1407 21.69 2319 9.12 从表3.表4分析可见：太钢5高炉炉体的炉 指数K值及煤比、产量见表5热负荷值见图1~3 底、风口中套、炉缸和炉腹区域的热负荷波动不大： 以此来分析5高炉煤气流分布对热负荷的影响. Q~14Q5-28和QR次之：而Q29~40和Q41~54 从表5和图1~3的参数分析，以及根据5高炉 这二段波动最大，其大约占总体热负荷的34.4%~ 开炉生产2年多以来的生产操作经验，认为高炉煤 45.0%,而且炉身中部这二段共26层的平冷板的热 气流中心和边缘煤气量的合理匹配是高炉稳定顺行 负荷在日常操作中其实应该是最为可控的，所以控 的基础，特别是W值是反应高炉上部边缘气流相对 制炉身中、上部的热负荷就成为实现太钢5高炉热 强弱的一个重要参数，并在一定程度上能反应出边 负荷稳定的着重点. 缘气流和炉墙热负荷的相关性.炉墙热负荷的强弱 2.2影响太钢5高炉炉体热负荷波动的几个因素 和W值存在一定的趋势关系，随着W值的上升，炉 2.21高炉煤气流分布对热负荷的影响 墙热负荷有所上升，但这个趋势关系不太明显，当W 太钢4350高炉开炉生产2年多以来，生产 值为0.40~0.60时热负荷在120~160GJh'的范 一直比较稳定，炉内煤气流分布状况成为除炉墙侵 围且较为明显，即W值的变化对炉墙热负荷的相关 蚀外影响热负荷分布的一个重要因素.以下就高炉 性基本在热负荷120~160G5'的范围内：而Z值 煤气流分布对热负荷的影响进行分析. 为85~9.0时中心煤气流适宜高炉热负荷比较稳 煤气流分布是影响高炉热负荷的一个最重要的 定；K值高时热负荷相对而言也是比较高的，这就说 因素，现列太钢5高炉2008年各月煤气流分布参 明了在K值适宜并恰当低时，好的煤气流分布有利 数，即中心气流指数Z值、边缘气流指数W值、反映 于炉墙热负荷的稳定，5高炉在200kgT煤比的负 高炉内炉料空隙度和炉料粒度组成之变化的透气性 荷下适宜的K值为230~2.45
第 4期 闫魁红等:太钢 4 350m3 高炉炉体热负荷 表 3 2008年 5 #高炉各段热负荷每月均值及年平均值 Table3 MonthlyaverageandannualaverageheatloadineachsectionofNo.5 BFin2008 GJ·h-1 月份 Q总炉热 Q炉底 Q中套 Q炉缸 Q1 ～ 14 Q15 ～ 28 Q29 ～ 40 Q41 ～ 54 Q～ R 1月 148.74 3.81 9.25 14.31 14.78 24.25 33.80 34.34 14.21 2月 151.11 4.01 9.67 14.86 14.90 22.47 35.45 35.39 14.36 3月 147.26 4.28 9.62 14.22 14.79 19.16 30.36 36.00 18.82 4月 152.78 4.56 9.78 17.75 15.19 19.55 32.18 37.16 16.61 5月 151.25 4.60 9.88 18.86 17.28 20.15 32.79 35.60 12.08 6月 158.68 4.62 9.83 28.51 18.41 22.41 34.13 37.00 13.22 7月 143.45 4.51 9.66 21.16 14.89 17.08 29.47 35.75 10.92 8月 154.65 4.15 9.29 22.12 17.51 18.09 34.01 39.27 10.21 9月 133.24 3.73 9.00 15.64 15.38 15.96 28.73 33.50 11.28 10月 157.35 3.49 9.35 16.98 18.88 25.58 35.25 35.16 12.65 11月 163.37 3.30 9.28 16.38 19.35 24.87 36.15 33.41 20.63 12月 137.86 3.30 9.95 11.38 17.98 23.66 28.10 24.78 18.72 均值 149.95 4.03 9.54 17.68 16.61 21.10 32.53 34.78 13.68 表 4 太钢 5 #高炉 2007年和 2008年平均热负荷值 Table4 AnnualaveragevalueofheatloadofNo.5 BFin2007 and2008 GJ·h-1 年份及比例 Q总炉 Q炉底 Q中套 Q炉缸 Q1 ～ 14 Q15 ～ 28 Q29 ～ 40 Q41 ～ 54 Q～ R段 2007 112.24 3.57 8.19 13.77 18.43 16.35 17.68 19.91 14.46 比例 /% 100 3.18 7.30 12.27 16.42 14.57 15.75 17.74 12.88 2008 149.95 4.03 9.54 17.68 16.61 21.10 32.53 34.78 13.68 比例 /% 100 2.69 6.36 11.79 11.08 14.07 21.69 23.19 9.12 从表 3、表 4 分析可见:太钢 5 #高炉炉体的炉 底 、风口中套 、炉缸和炉腹区域的热负荷波动不大 ; Q1 ～ 14、Q15 ～ 28和 Q--R次之;而 Q29 ～ 40和 Q41 ～ 54 这二段波动最大 ,其大约占总体热负荷的 34.4% ～ 45.0%, 而且炉身中部这二段共 26层的平冷板的热 负荷在日常操作中其实应该是最为可控的 , 所以控 制炉身中 、上部的热负荷就成为实现太钢 5 #高炉热 负荷稳定的着重点. 2.2 影响太钢 5 #高炉炉体热负荷波动的几个因素 2.2.1 高炉煤气流分布对热负荷的影响 太钢 4 350 m 3 高炉开炉生产 2年多以来 ,生产 一直比较稳定,炉内煤气流分布状况成为除炉墙侵 蚀外影响热负荷分布的一个重要因素 .以下就高炉 煤气流分布对热负荷的影响进行分析 . 煤气流分布是影响高炉热负荷的一个最重要的 因素, 现列太钢 5 #高炉 2008年各月煤气流分布参 数 ,即中心气流指数 Z值 、边缘气流指数 W值、反映 高炉内炉料空隙度和炉料粒度组成之变化的透气性 指数 K值及煤比、产量见表 5, 热负荷值见图 1 ～ 3, 以此来分析 5 #高炉煤气流分布对热负荷的影响 . 从表 5和图 1 ～ 3的参数分析 ,以及根据 5 #高炉 开炉生产 2年多以来的生产操作经验 ,认为高炉煤 气流中心和边缘煤气量的合理匹配是高炉稳定顺行 的基础,特别是 W值是反应高炉上部边缘气流相对 强弱的一个重要参数 ,并在一定程度上能反应出边 缘气流和炉墙热负荷的相关性.炉墙热负荷的强弱 和 W值存在一定的趋势关系 , 随着 W值的上升, 炉 墙热负荷有所上升 ,但这个趋势关系不太明显,当 W 值为 0.40 ～ 0.60时热负荷在 120 ～ 160 GJ·h -1的范 围且较为明显 ,即 W值的变化对炉墙热负荷的相关 性基本在热负荷 120 ～ 160 GJ·h -1的范围内;而 Z值 为 8.5 ～ 9.0时中心煤气流适宜高炉热负荷比较稳 定;K值高时热负荷相对而言也是比较高的, 这就说 明了在 K值适宜并恰当低时 , 好的煤气流分布有利 于炉墙热负荷的稳定, 5 #高炉在 200 kg·t -1煤比的负 荷下适宜的 K值为 2.30 ～ 2.45. · 511·
。512 北京科技大学学报 第32卷 表52008年5高炉煤气流Z值.W值.K值及煤此、产量和热负荷 Table5 ParmetersZ W and K ofBF gas fow distrbution puleried coal injection yiel and heat bed ofNo 5 BF n2008 月份 Q炉热(Gh1) Z值 W值 值 煤比/(k8t1) 产量/1 1月 14875 6772 0.533 2391 170 9360 2月 151.11 9.303 0558 2336 205 10223 3月 147.26 7.801 0.628 2422 202 9944 4月 15278 8565 0.647 2495 202 10202 5月 151.25 9.401 0.430 2617 203 10033 6月 15868 1017 0.437 2811 206 10300 7月 14345 9.462 0.514 2574 196 9284 8月 15465 9.187 0594 2591 188 10343 9月 13324 9.027 0.615 262 182 9778 10月 157.35 8825 0630 2689 206 10418 11月 16337 &991 0.658 262 206 10072 12月 137.86 &519 0.689 3.102 207 10390 均值 149.98 &835 0578 2606 197.8 10029 170 170 4.0 144 160 一。一热负荷 -a-K值 150 160 3.5 140 150 140 110 一热负荷·一Z值 100 12345678910112均值 130 3456789101112均值 2.0 月份 月份 图12008年5高炉中心煤气流指数Z值和热负荷 图32008年5高炉透气性指数K值和热负荷 Fig 1 Gas floy parameterZ and heat pad ofNo 5 BF n2008 Fg3 Gas flow parme terK and heat knd ofNo 5 BF in2008 高炉透气性产生显著影响.例如太钢5高炉在%/ 170 0.8 心=130/23.8=5.46下，出现高炉风压攀升、全压 。一热负荷 -一W值 160 n.7 差△P升高的情况，△P实际操作值由I65kPa升高 到175kP升高10P左右，透气性指数K值也明 150 0.6 显升高，由230左右升高到242K值升高0.120 明显出现高炉炉况不适应、热负荷不稳定的情况，这 05 时就得通过生产操作中的上、下部调剂相结合，实现 煤气流分布的稳定合理分布，从而出现压量关系适 130 0.4 123456789101112均值 应的情况.在高煤比的情况下也能做到热负荷稳 月份 定，高炉也稳定顺行.其稳定情况见表5和图4 图2208年5篇炉边缘煤气流指数W值和热负荷 由表5和图4见，在5高炉高煤比的情况下，也 Fg2 Gas flow parmeterw ard heat ked ofNo 5 BF in2008 能做到热负荷稳定，因为要解决热负荷稳定的问题， 2.22高煤比生产对热负荷的影响 就要解决在高负荷心/心下出现风压升高、风口回 由于高炉煤比的提高，势必相应提高氧碳原子 旋区缩小以及边缘气流发展的情况下怎么调剂煤气 比(%/心，.%/心的提高则会对高炉透气性带来 流分布的问题.同时，随着煤比的增加，风口区域裂 一定的影响，如果%/心提高到一定的高度，会对 化分解的气体增多，炉腹煤气发生量显著加大.在
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 表 5 2008年 5 #高炉煤气流 Z值、W值、K值及煤比、产量和热负荷 Table5 ParametersZ, WandKofBFgasflowdistribution, pulverizedcoalinjectionrate, yieldandheatloadofNo.5 BFin2008 月份 Q炉热 /(GJ·h-1) Z值 W值 K值 煤比/(kg·t-1 ) 产量 /t 1月 148.75 6.772 0.533 2.391 170 9 360 2月 151.11 9.303 0.558 2.336 205 10 223 3月 147.26 7.801 0.628 2.422 202 9 944 4月 152.78 8.565 0.647 2.495 202 10 202 5月 151.25 9.401 0.430 2.617 203 10 033 6月 158.68 10.17 0.437 2.811 206 10 300 7月 143.45 9.462 0.514 2.574 196 9 284 8月 154.65 9.187 0.594 2.591 188 10 343 9月 133.24 9.027 0.615 2.62 182 9 778 10月 157.35 8.825 0.630 2.689 206 10 418 11月 163.37 8.991 0.658 2.62 206 10 072 12月 137.86 8.519 0.689 3.102 207 10 390 均值 149.98 8.835 0.578 2.606 197.8 10 029 图 1 2008年 5 #高炉中心煤气流指数 Z值和热负荷 Fig.1 GasflowparameterZandheatloadofNo.5 BFin2008 图 2 2008年 5 #高炉边缘煤气流指数 W值和热负荷 Fig.2 GasflowparameterWandheatloadofNo.5 BFin2008 2.2.2 高煤比生产对热负荷的影响 由于高炉煤比的提高 ,势必相应提高氧碳原子 比 (wO /wC).wO /wC的提高则会对高炉透气性带来 一定的影响 , 如果 wO /wC 提高到一定的高度, 会对 图 3 2008年 5 #高炉透气性指数 K值和热负荷 Fig.3 GasflowparameterKandheatloadofNo.5 BFin2008 高炉透气性产生显著影响 .例如太钢 5 #高炉在 wO / wC =130/23.8 =5.46 下, 出现高炉风压攀升 、全压 差 ΔP升高的情况 , ΔP实际操作值由 165 kPa升高 到 175 kPa,升高 10 kPa左右, 透气性指数 K值也明 显升高,由 2.30左右升高到 2.42, K值升高 0.120, 明显出现高炉炉况不适应、热负荷不稳定的情况 ,这 时就得通过生产操作中的上 、下部调剂相结合,实现 煤气流分布的稳定合理分布, 从而出现压量关系适 应的情况 .在高煤比的情况下也能做到热负荷稳 定, 高炉也稳定顺行 .其稳定情况见表 5和图 4. 由表 5和图 4见,在 5 #高炉高煤比的情况下 ,也 能做到热负荷稳定 ,因为要解决热负荷稳定的问题, 就要解决在高负荷 wO /wC 下出现风压升高 、风口回 旋区缩小以及边缘气流发展的情况下怎么调剂煤气 流分布的问题 .同时, 随着煤比的增加 ,风口区域裂 化分解的气体增多 ,炉腹煤气发生量显著加大 .在 · 512·
第4期 闫魁红等：太钢4350m高炉炉体热负荷 ·513 从表5和图5分析可以得出，2008年5高炉产 170 210 量增加，但K值、风压和热负荷并没有增加，反而呈 160 200 明显下行趋势，说明5高炉在该种情况下的压量关 150 系、透气性K值得到改善，可以做到在高炉产量增 190 加的情况下，通过高炉操作上、下部调剂，控制合理 130 180 的煤气流分布，实现加负荷、提煤比、提产量而风压 不升高的生产操作，从而实现炉况的稳定顺行，热负 。一热负荷4一煤比 170 荷也就自然稳定了. 123456789101112均值 月份 3合理热负荷的确立 图42008年5高炉煤比和热负荷值Q热图示 太钢5高炉开炉己生产了2年多时间，炉身各 Fg 4 Pulverized coal njection rate and heat bed of No 5 BF in 部位耐材都有了不同程度的侵蚀，现在应该据不同 2008 上述因素的综合作用下，边缘气流进一步发展，引起 的高炉操作任务调整好高炉煤气流分布，因为一定 炉体热负荷的上升. 的操作思路将会决定一个中、长期的操作炉型.在 2.23高产量生产对炉体热负荷的影响 这2年多的生产实践中，5高炉的操作炉型实际上 要提高产量势必要提高高炉风、氧量的使用，随 是在不断变化的，热负荷的控制值也在不断调整中 之而来的是炉腹煤气量的急剧增加，气体热流强度升 目前5高炉炉墙温度逐步稳定下来，操作炉型也随 高。一旦中心和边缘煤气量的匹配不合理就会出现 之不可能发生很大的变化，这为日后确立合理的热 炉况不适应，风压升高，透气性变差炉况不稳定，这 负荷分布，实现高炉长期的稳定顺行和长寿创造了 样必然会引起炉体热负荷的不稳定，并且其在不稳定 条件. 中不断升高，当高炉产量提高到一定程度时，煤气流 2008年以来，太钢5”高炉不断摸索上、下部调 控制的不合理时会引起热负荷的急剧上升.现在以 剂手段，实现合理的煤气流分布，稳定不同负荷下的 2008年各月产量与热负荷的对应情况为例，来说明产 操作炉型，使炉况保持长期的稳定顺行，并且一些技 量与热负荷的对应关系如表5所示和图5 术指标创太钢乃至全国的最好水平，2008年10月 份太钢5高炉月均利用系数达到2.3949。· 一热负荷 10500 m.表6是2008年10-12月和2009年1月5高 160 炉的一些主要技术经济指标， 150 由表6可，5高炉主要生产指标在2008年10 10000 140 月后有了显著提高，炉况稳定性得到进一步提高 在总结2009年初的生产实践中时发现，5高炉总体 130 9500 热负荷控制在100~130G'时，炉况相对比较稳 20 定，气流分布更加合理炉墙渣皮脱落也比较少，因 此根据总体热负荷在100~130Gh'时高炉段的 123.456789101112均值 热负荷分布情况经过实际各段炉体热负荷统计和 月份 图5208年与5高炉产量对应的热负荷情况图示 回归分析，建立了5高炉2009年预期的炉体热负荷 Fg5 Yield and heat bed ofNo 5 BF n2008 控制目标范围值见表7 表62008年10-12月和2009年1月5高炉生产指标 Table6 Operation indexes ofN95 BF nOct Nov and Dec 2008 and Jun 2009 产量/ 利用系数/ Q热负荷/ 焦比/ 煤比/ 燃料比/ ISi/ 炉项温度/ 时间 (t1) (4 dl.m3 (G) (k8r1) (r1) (k8 r) % ℃ 2008年10月 10418 239 157.35 280 206 500 065 183 2008年11月 10072 231 163.36 280 206 499 053 195 2008年12月 10390 239 137.86 275 207 498 060 175 2009年1月 10770 248 14098 275 193 502 071 167
第 4期 闫魁红等:太钢 4 350m3 高炉炉体热负荷 图 4 2008年 5 #高炉煤比和热负荷值 Q热图示 Fig.4 PulverizedcoalinjectionrateandheatloadofNo.5 BFin 2008 上述因素的综合作用下,边缘气流进一步发展 ,引起 炉体热负荷的上升. 2.2.3 高产量生产对炉体热负荷的影响 要提高产量势必要提高高炉风、氧量的使用, 随 之而来的是炉腹煤气量的急剧增加,气体热流强度升 高.一旦中心和边缘煤气量的匹配不合理,就会出现 炉况不适应,风压升高 ,透气性变差,炉况不稳定, 这 样必然会引起炉体热负荷的不稳定,并且其在不稳定 中不断升高,当高炉产量提高到一定程度时,煤气流 控制的不合理时会引起热负荷的急剧上升.现在以 2008年各月产量与热负荷的对应情况为例,来说明产 量与热负荷的对应关系如表 5所示和图 5. 图 5 2008年与 5 #高炉产量对应的热负荷情况图示 Fig.5 YieldandheatloadofNo.5 BFin2008 从表 5和图 5分析可以得出, 2008年 5 #高炉产 量增加, 但 K值、风压和热负荷并没有增加 ,反而呈 明显下行趋势, 说明 5 #高炉在该种情况下的压量关 系、透气性 K值得到改善, 可以做到在高炉产量增 加的情况下,通过高炉操作上 、下部调剂 ,控制合理 的煤气流分布 ,实现加负荷 、提煤比 、提产量而风压 不升高的生产操作 ,从而实现炉况的稳定顺行,热负 荷也就自然稳定了 . 3 合理热负荷的确立 太钢 5 #高炉开炉已生产了 2年多时间 ,炉身各 部位耐材都有了不同程度的侵蚀 , 现在应该据不同 的高炉操作任务调整好高炉煤气流分布 ,因为一定 的操作思路将会决定一个中、长期的操作炉型 .在 这 2年多的生产实践中 , 5 #高炉的操作炉型实际上 是在不断变化的,热负荷的控制值也在不断调整中. 目前 5 #高炉炉墙温度逐步稳定下来, 操作炉型也随 之不可能发生很大的变化, 这为日后确立合理的热 负荷分布 ,实现高炉长期的稳定顺行和长寿创造了 条件 . 2008年以来, 太钢 5 #高炉不断摸索上 、下部调 剂手段,实现合理的煤气流分布, 稳定不同负荷下的 操作炉型 ,使炉况保持长期的稳定顺行 ,并且一些技 术指标创太钢乃至全国的最好水平 , 2008 年 10 月 份太钢 5 #高炉月均利用系数达到 2.394 9 t·d -1 · m -3.表 6是 2008年 10— 12月和 2009年 1月 5 #高 炉的一些主要技术经济指标 . 由表 6 可, 5 #高炉主要生产指标在 2008年 10 月后有了显著提高 , 炉况稳定性得到进一步提高. 在总结 2009年初的生产实践中时发现 , 5 #高炉总体 热负荷控制在 100 ～ 130 GJ·h -1时, 炉况相对比较稳 定, 气流分布更加合理, 炉墙渣皮脱落也比较少, 因 此根据总体热负荷在 100 ～ 130 GJ·h -1时高炉段的 热负荷分布情况, 经过实际各段炉体热负荷统计和 回归分析 ,建立了 5 #高炉 2009年预期的炉体热负荷 控制目标范围值见表 7. 表 6 2008年 10— 12月和 2009年 1月 5 #高炉生产指标 Table6 OperationindexesofNo.5 BFinOct, NovandDec2008 andJun2009 时间 产量 / (t·d-1 ) 利用系数 / (t·d-1·m-3 ) Q热负荷 / (GJ·h-1) 焦比 / (kg·t-1) 煤比 / (kg·t-1) 燃料比/ (kg·t-1 ) [ Si] / % 炉顶温度 / ℃ 2008年 10月 10 418 2.39 157.35 280 206 500 0.65 183 2008年 11月 10 072 2.31 163.36 280 206 499 0.53 195 2008年 12月 10 390 2.39 137.86 275 207 498 0.60 175 2009年 1月 10 770 2.48 140.98 275 193 502 0.71 167 · 513·