[科普中国]-高炉布料

介绍

通常高炉炉料是分批装入高炉炉喉的。根据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料批，通过布料设备双钟或旋转布料器装入炉喉，从炉体纵剖面上看，矿石与焦炭呈分层重叠结构（见图1）。高炉是一种逆流反应器，煤气在高炉下部产生，而后上升穿过料层；炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还原、造渣、熔化等冶炼过程。模型研究和高炉解剖均已证明，炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前，一直保持炉喉布料的层状结构。矿石层和焦炭层透气性不同，矿石层的阻力比焦炭层大10～20倍。实践证明，焦炭多的地方煤气流较发展，因而炉料温度升高快，从高炉料柱纵剖面上看，煤气发展的地方软融带的位置也较高。可见高炉布料对煤气分布以及软融带的形状和位置等是有重要影响的，这关系到煤气能量的充分利用，炉料的顺利下降以及高炉一代寿命的长短。正常的高炉行程在炉内圆周方向上煤气与炉料的分布都是均匀或基本均匀的，因此，分析研究煤气和炉料的分布主要是截面上沿半径方向的分布。

煤气分布一般以其成分中CO2含量在半径方向不同点的数据绘成的炉顶煤气CO2曲线图作分析判断，近年来发展为以炉喉十字测温所得温度曲线作分析判断，而炉料的分布以料层厚度或料面高度等分析判断。既然高炉布料是控制煤气分布的重要手段，所以研究布料要先了解高炉内煤气分布的类型，然后掌握布料规律、装料制度的选择、装料制度与送风制度的关系以及一种特殊装料方法：混装。

炉料粉末对布料的影响高炉煤气从下部上升，速度较快，穿过固体料柱时携带大量粉末。当气流离开料面，速度骤然下降一倍多，煤气中的粉末部分沉降落到料面上。如边缘煤气发展，则粉末大部分落到中心，造成中心“堵塞”；如中心发展，则形成边缘“堵塞”。这种变化，在炉料粉末增多时特别明显。两种情况均需及时处理，否则破坏高炉行程。对粉末（特别是小于3mm的）多的高炉，只能用双峰型煤气分布，保证粉末落到中间环节，维持高炉顺行。

界面效应指矿石层和焦炭层在装料过程中于交接面处的混合与料面变形现象。这种现象对布料有重要影响。首先它破坏了炉料的层状结构，使布料操作复杂化；其次，它在一定程度上降低了料柱透气性。

混合不同粒度的炉料如果同装，在大钟内和离开大钟后，均有部分混合。两种粒度不同的炉料同时或分别装入炉内，在炉料界面上互相渗透形成混合层。混合层孔隙度小，对煤气阻力大，不利于高炉强化。在炉料中，矿石和焦炭的粒度差越大，混合层所占比例越高。实践表明，大钟开启时同装的炉料中，焦炭先落到料面上，其后焦炭与矿石混合料落下来，最后矿石落到焦炭层上面，其中部分较小粒度的矿石渗透到焦炭层中，形成焦矿混合层，降低了料层透气性。分装的混合效应，比同装要小，这也说明，装料应逐步走向分装。

变形在装料过程中，由于上层炉料对下层炉料的撞击、推挤，料面发生不规则变形。以同装为例，倒同装时，焦炭落到炉内尚未形成稳定的料层，马上受下落矿石的碰撞、推挤，结果部分焦炭被挤到中心；正同装时，先落入炉内的为矿石，前一批的焦炭已形成稳定的焦层，间隔一段时间后矿石才落到焦炭上，在此期间随料柱下降，炉内堆角已经减小，因此矿石的推挤作用大大减少，也即较倒同装变形小。

减少界面效应的措施操作上可采用两种措施：（1）尽量用分装，减少装料过程的混合。分装，每批炉料入炉，中间都有一段时间间隔，这段间隔，使已进入炉内的炉料形成稳定的料层，炉内堆角在下降过程趋于平坦，第二种料入炉对第一种料的推挤作用减小。（2）避免用深料线操作。入炉料对料面的推挤、碰撞力，与料线有关，力学计算表明，推力与料线深度平方根成正比。因此使用较浅的料线是减少界面效应的有效措施。

无钟布料世界上第一个无钟布料装置，于1972年在德国汉博恩厂（Hamborn Plant）投产。多年来，无钟操作积累了大量经验，对推进高炉发展起了巨大作用。

无钟与大钟在操作上的区别 区别如下：（1）无钟布料灵活，可以把炉料布到炉喉平面任何地方；一般大钟角度β=50°～53°，是固定的，布料位置受到限制。高炉直径越大，这种限制越明显。（2）无钟布料，一批料要转8～12圈，比大钟放料时间长5～10倍，炉料在缓慢流动中，粉末易在落点料面处集中，形成粒度偏析，因此粒度差别较大的炉料组成，要用多环或螺旋布料以减少偏析。大钟布料一次放入炉内，时间短，偏析较无钟小，但界面效应较无钟严重。（3）无钟布料因溜槽旋转产生离心力，在堆尖外侧的炉料炉内堆角较内侧的小，形成不对称的炉料分布。所以，采用螺旋布料，料面形成平坦的台阶，而不是明显的锯齿状。（4）与大钟相比，无钟布料所形成的炉内堆角比较大。

装料制度的选择（1）原料粒度与装料制度的关系

选择装料制度，首先要考虑原料粒度组成。若原料中小于3mm的粒度较多，装料制度要保证煤气有两条通路，煤气分布呈双峰型，避免因粉末再分布造成高炉边缘或中心“堵塞”。

（2）高炉容积与装料制度关系

小型高炉，料柱短，阻力小；炉缸直径小，中心容易活跃，布料上可争取煤气分布接近平坦型。但由于小高炉炉料条件较差，故大部分采用双峰操作，一部分炉料条件稍好的，采用中心发展型。大高炉的炉缸直径大，中心不易活跃；料柱高，对煤气阻力大，一般采用中心发展型的装料制度，既能保证高炉顺行，又使煤气能量得到充分利用。而原料中粉末极少，且炉顶压力很高的大型现代化高炉已采用平坦型的装料制度，煤气利用达到ηCO=0.5%。

（3）煤气速度与装料制度的关系

炉内煤气流速与煤气分布类型关系密切。一般煤气流速低，高炉容易顺行，对于冶炼强度较低原燃料条件又较好的高炉，以接近平坦型的装料制度操作。同理，高压操作的高炉，顶压越高，煤气流速越低，也可用接近平坦型装料制度生产。高冶炼强度、低顶压的高炉，只能用中心发展型或接近中心发展型的装料制度，否则高炉难以保持稳定、顺行。

（4）料线深度的选择

料线一般是固定不变的，只是在其他手段调剂失灵时，才改变料线。频繁地改变料线，容易导致料线深度的准确性变差。料线一般选择在碰点以上。其他条件一定，料线愈深，炉料堆尖愈靠近边缘，边缘分布的炉料愈多。在生产中为加重边缘，可适当降低料线，但深料线加重了界面效应，这是操作者所不希望的。料线选在碰点以下，缺点较突出：（1）炉料撞到炉墙后，反弹到炉内，不仅炉料多碰摔一次，增加了粉末量，而且破坏了布料规律，使煤气流分布紊乱；（2）料线过深，料面以上的高炉容积，不能充分利用，浪费了宝贵的高炉空间；（3）料线过深，炉顶温度高，一旦有塌料发生，顶温会更高，加速炉顶设备的损坏。所以，正常操作，料线选在碰点以上，加料后余500mm左右即可。

（5）批重的选择

一批料加到炉内，分布是规则的。对于大钟高炉，分布到边缘和中心的厚度确定一批料分布的形状，两者厚度之比D=yB/y0反映了这种炉料在炉内分布的特点，这个值越大，表示这种炉料在边缘越多。

（6）装料制度与送风制度互相适应

高炉要达到较高的生产水平，装料制度与送风制度必须互相适应。这种互相适应可以概括为：如装料制度以疏导中心为主，下部能够接受较高的风速；如装料制度以发展边缘为主，则下部不可能接受很高的风速，中心通路被矿石“堵塞”，中心煤气就难以穿过。不论改变装料还是改变送风制度，均要考虑两者互相结合，互相适应。为了改变长期边缘发展，即改变边缘发展型煤气分布，在装料制度上不应过急地加重边缘负荷（EB值），而应逐步加重，防止边缘突然“堵塞”，煤气失去通路，破坏高炉顺行。与此同时，逐步提高风速，使煤气向中心延伸，活跃中心气流，削弱边缘气流，这样上、下配合，互创条件，能较快地改变发展边缘的错误操作。长期不能改变边缘发展，往往是上、下部调剂未能适应的结果。2

混装矿石和焦炭混合后装入高炉叫混装。混装和同装不同，同装虽然矿石和焦炭一同入炉，但矿石和焦炭并不混合，或矿石先于焦炭入炉，或焦炭先于矿石入炉，各自保持自己在炉内为单独一层。

70年代前苏联在克里沃罗格厂开始试验在矿石中混入小块焦，效果良好，以后日本进行了更深入的实践。1985年，中国马鞍山钢铁公司开始混装试验，每批gao 高矿石中加入75～150kg、5～25mm的小块焦（相当于20～40kg/t），结果高炉透气性改善，煤气利用率有所提高。现在矿石层中加小块焦已成为普遍采用的一项技术。80年代这一技术发展到矿、焦完全混装，即将矿、焦加在同一个料车或同一条输运皮带上，使之完全混合，然后装入高炉。中国济南铁厂也在100m3高炉进行试验，取得了焦比降低3.2%，产量提高6.3%的效果。

混装后不再存在独立的焦炭层，焦炭在软熔的矿石中起骨架作用、软融层变薄，其透气性得到改善。前苏联洛基诺夫（В.И.Логинов）教授发现，矿石含粉率25%～30%时，则混装制度的料柱透气性好。中国杭州钢铁厂使用含粉少的高碱度烧结矿和酸性球团矿的炉料结构时试验混装，也发现了这种规律。但混装后料线、批重、装料次序、溜槽角度等均不起调剂作用，要想改变煤气分布，只能依靠几种矿、焦不同混合比例，按不同方式入炉，或依不同粒度组成的混合料分别入炉，这些方法，装料设备及设备场地较同装或分装复杂、庞大，投资必然增加。混装也像其他装料方法一样，还在发展中。