[科普中国]-高炉煤气分布

煤气分布的判断

判断煤气分布最直接的方法是了解炉内各点的煤气流速。在掌握各处矿石厚度的情况下，就可以知道该处矿石量与煤气量的比值，从而了解煤气分布状况。但是，由于测量煤气流速在技术上有较多困难而不能经常进行，在生产中往往采用间接的方法，即用煤气中的CO2%、煤气温度和红外线热图像仪测定等方法判断煤气分布。

二氧化碳曲线煤气流速分布与CO%量的分布相似，而煤气中CO%+CO2%≈常数，所以CO2%量的径向分布间接反映了煤气流速的分布，即CO2%量低处，流速高；CO2%量高处，流速低。理论上的解释是，在矿石堆积、气流不畅的部位，正是CO利用得好而CO2含量高的部位；在矿石较少、透气性好的部位，也正是流速高、CO利用差而CO2含量低的部位。CO2曲线也称煤气曲线。取样位置在料面下约1～2m左右的平面上，一般是4个方向呈十字交叉式布置取样孔，在炉外设有取样平台和伸进与拉出取样管的电动绞车，也有的高炉采用人工手动，一般是在半径上取5点，故又称作5点取样。取出试样后分析其中CO2含量，并按直径画出曲线，用来判断煤气分布。如图中的4种曲线就代表4种煤气分布：a为边缘气流型，即边缘CO2%很低，中心CO2%很高，是典型的“馒头状”曲线，表示中心焦炭负荷过重，边缘气流过分发展的情况。在此情况下，大量煤气未经充分利用而从边缘逸出，造成炉顶温度偏高，除尘器混合煤气中CO2低。这种曲线表示炉缸中心堆积，炉衬容易损坏，后果是焦比升高。b为中心气流型，即中心CO2%较低，温度较高，而边缘CO2较高，有人称“喇叭花型”，也有人称“展翅型”，这种煤气分布，煤气利用率高，炉顶温底低，混合煤气中CO2%高，焦比低，炉衬寿命长，是现代高炉生产的典型曲线。c为两道气流型，即中心和边缘气流都有适度的发展，又称作“双峰型”。这种类型的煤气分布对炉料加工处理稍差的高炉比较适用，易获高产，但指标不如中心气流型好。图1中d为管道气流，即CO2%最低点既不在中心，也不在边缘，而在发生管道行程的部位。此时，大量未经充分利用的煤气从“管道”流失，能量利用差，炉况不顺、属煤气分布严重失常情况。

a—边缘气流；b—中心气流；c—两道气流；d—管道行程

炉喉温度分布温度分布与煤气流速和CO2分布紧密相关。根据温度分布亦可判断煤气分布。过去中国多数高炉在炉喉和4个煤气导出管各安装4个热电偶，所以只能判断圆周上4个方向的温度变化。近年来，随着炉料分布控制技术的提高，相应的煤气流分布测试装置也得到很大改善。多数大高炉将炉喉圆周上的热电偶增加到8～16个，对径向上的温度分布的测定也由间歇式改为固定式，即在料面以下700～800mm的高度上，安装两个互相垂直，并向中心沿料面下倾的固定探测管，内装热电偶，或称十字形探测器。每个直径方向上可测9～13点。与CO2%分布相似，可以画出两个直径方向上的温度分布曲线和炉喉四周的温度分布曲线。径向上的温度分布曲线的形状与CO2曲线的形状正相反，即CO2含量高的点其温度是低的。它比CO2曲线更易连续测量，为高炉行程的自动控制提供更多信息。在实际生产中主要是用CO2曲线和温度分布曲线来判断煤气分布。

红外线热图像仪测量高炉煤气分布一般用红外线热图像仪测定。在20世纪70年代初，日本首先将红外线工业电视系统应用于高炉。该装置是将红外线摄像机光学扫描系统安装在炉头上，将收集的红外光反射到检测器中，经过信号转换和处理，输出到显示器上，给出料面等温线和分色的温度区带，以及某一直径上的温度分布曲线，给操作者很直观地提供了料面温度分布图像。利用热图像仪提供的信息可以判断炉料下降和煤气分布情况，探测操作中的失常情况和迅速反映出布料控制措施的效果。此外还可以为冶炼过程分析计算，诸如软熔带，热动态模型等提供必要的数据。该装置已成功地应用在日、美、德及中国宝山钢铁公司等的高炉上。

合理的煤气分布从传热传质角度看，最理想的煤气分布应该是，在高炉的横截面上单位矿石量所通过的煤气量相等，这时煤气的热能和化学能利用最充分，与此相应也要求炉料呈均匀分布。但事实上在块状带，矿石和焦炭均匀地、在径向上厚度相同地分布时，气流阻力最大，同时软熔带内由于有半熔融物和熔融物的生成，呈水平位置时的软熔层将最厚，它的气体阻力也最大，只有把它分散开，使之与水平面成一定角度，例如为65o～70o，才能使它对气流阻力的影响减到最小，气体通过软熔层的路程最短。因此高炉中软熔带只能呈“人”，“W”形，而不能呈“—”形，为此，在实际生产中，人们根据不同的冶炼条件寻求最佳的软熔带形状和最合理的煤气分布。

合理的煤气分布的特点是：炉料顺利下降，炉温充沛，炉况稳定；煤气能量利用充分，炉顶温度低，CO利用率高；最终表现为焦比和燃料比低，生铁成分稳定，炉衬寿命长。在原料准备较好，炉子较大，设备先进的大型高炉上，公认的比较合理的煤气分布，按CO2曲线或温度来判断，应是平坦中心气流型，即要求中心保持一个阻力较小的煤气发展道路，但范围不宜过宽，边缘亦应有适量的煤气流，在中间环区则尽量均匀平坦分布；四周CO2和温度的分布比较均匀。对高炉生产来说，合理的煤气分布曲线是相对的，它随着炉容的大小，原料准备处理的情况，设备条件，操作工艺水平等而变化的。不同的历史时期，不同高炉所追求的合理煤气分布也不同。例如，为了追求产量（多出铁）时，宁可维持较高的焦比，常采用两道气流型，甚至边缘发展高型。但就连续铸钢|炼铁的发展方向来说，应该尽量改善原燃料条件，做到均衡生产，尽量使煤气热能和化学能得到充分利用，做到最佳最合理的煤气分布，达到高产、优质、低耗和长寿的目的。2