CN101250602B - 高炉溜槽多环布料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉溜槽多环布料方法，其步骤为：1、计算炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离；2、确定理论上的最大、最小布料角度；3、确定矿石和焦碳的外环、内环实际布料角度；4、确定矿石和焦碳布料环数；5、按等面积布料原则分别确定矿石和焦碳中间环的布料角度和相邻环与环之间的角度差；6、确定矿石和焦碳每环的布料圈数。本方法极大地丰富了高炉上部的调节手段，改变煤气分布，有效地提高高炉煤气利用率，降低焦比，实现高炉长期的稳定顺行；上料能力强，能消除炉料偏析及堆尖的存在，炉料分布更合理，有利于强化冶炼，改善压量关系，高炉更进一步提高风量。

Description

高炉溜槽多环布料方法

技术领域

本发明涉及一种高炉炼铁布料工艺的改进，具体涉及一种高炉溜槽多环布料方法。多环布料，顾名思义是一罐料多个α角，即在同一罐料的布料过程中布料溜槽具有不同的布料角度，属于冶炼技术领域。

背景技术

高炉冶炼传统的布料方式主要有：料钟炉顶布料和无料钟溜槽布料，无料钟溜槽布料目前采用的是单环布料方式。料钟炉顶布料方式存在炉料偏析、煤气利用率不高、调节手段单一等缺陷。溜槽单环布料，顾名思义一罐料一个α角，而目前的单环布料普遍采用单环加中焦的布料方式，虽然相对料钟炉顶布料方式有所改进，但随着生产的发展、产能的增加，单环布料的劣势逐渐显现，已不能适应高效节能的现代化工业生产。单环布料存在着许多自身无法克服的缺陷，主要表现在：

1、严重制约上料能力。

通常高炉上料主皮带由两幅组成，两上料主皮带之间没有转运站过渡，从槽下集中斗配料到炉料拉入料罐，一批正料需时间390″，再加中焦耗时180″，因此，完成完整的一批料共耗时约十分钟，即每小时上料能力为6批/小时(对应矿批23t±)。当矿批较小，小时料批大于6批时，很难保证正常料线作业。

2、单环布料装料制度为2CC↓OO+J₀↓(即二批正料再加一次中焦)，由于上料能力不足，中焦不可能每批加入，采取二批正料再加一次中焦，人为造成中心焦量的大幅波动，从而造成中心焦的分布不均匀，中心气窗“时关时闭”，中心气流不稳，并且有时由于料速不均或空料线时，因上料能力不足进而改中焦4批走一次，更加剧了中心气流波动。

3、煤气分布不合理，利用不高，调节手段单一，调节效果不好。

以下为某高炉单环布料的基本装料制度：

装料顺序：2〔CC↓OO↓〕+J₀    变动幅度：

料线：1.0m                    0.8～1.2

矿批：23.5^t                   23～24

J₀：0.4×2                    0.35～0.55

α_K：31          30～32.5

α_J：29.5        28.5～30.5

Δα：1.5        1.4～2.0

日常调剂常用手段为：改变Δα，其次为中焦量的增减，其煤气分布的特点为最高点在边缘，第二点，次中心点较低≤13.5％，整体呈中心环带太宽的喇叭花型，在调剂中增大Δα边缘加重，环带更宽，炉顶成像显示中心环带宽而火焰无力，减小Δα边缘偏轻，顶成像边缘环带宽，总之，调剂实际效果较差。

4、布料偏析及堆尖出现无法解决。

高炉无料钟布一批料，溜槽转动10圈，每圈8秒钟，炉料在缓慢流动中，停留，离开溜槽的炉料，粉末在堆尖附近，大粒的炉料滚入下边，在炉内形成自动分级形成炉料偏析，如果加大α_K，由于粉料缘故容易引起边缘加重，并且一批料布料完毕，在料面形成炉料堆尖，引起矿层厚度不均。无钟单环布料，不仅失去无钟的技术优势，反而发挥了它的短处。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种上料能力强、调节手段丰富、高炉煤气利用率高、降低焦比、改善压量关系、提高高炉产能的高炉溜槽多环布料方法。

本发明的目的是这样实现的：

高炉溜槽多环布料方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(一)推导出统一布料方程

(1)计算炉料落入溜槽前的初速度C₀′

${C_0}^{\′}=\mathrm{\λ}\·\sqrt{3.2\mathrm{gr}}$ $r=\frac{D^{\′}-b^{\′}}{4}$

g-重力加速度

D′-导料管直径m

b′-炉料(烧结矿)平均粒度m

λ-矿石系数取0.3

(2)炉料进入溜槽的初速度C₀

因C₀的上限应小于C₀′，有一个计算系数δ，即C₀＝δC₀′，0.98≥δ≥0.92；

(3)炉料在溜槽末端的初速度C₁

$C_1=\sqrt{2{\mathrm{gl}}_0(\sin \mathrm{\β}-u\cos \mathrm{\β})+4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{l}_0^2\cos \mathrm{\β}(\cos \mathrm{\β}+u\sin \mathrm{\β})+c_0^2}$

其中，l₀为溜槽长度，β为溜槽与水平面的夹角，u为炉料摩擦系数，ω为溜槽转速；

(4)计算炉料离开溜槽末端后在xy平面上x方向的投影L_x

$L_X=\frac{1}{g}{c}_1^2{\cos }^2\mathrm{\β}\left\{\sqrt{{\tan }^2\mathrm{\β}+\frac{2g}{c_1^2{\cos }^2\mathrm{\β}}[l_0(1-\sin \mathrm{\β})+h]-\tan \mathrm{\β}}\right\}$

(5)计算炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离n

$n=\sqrt{{l_0}^2{\cos }^2\mathrm{\β}+2l_0\cos \mathrm{\β}{L}_x+(1+\frac{4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{l_0}^2}{c_1^2})L_x^2}$ ——统一布料方程

(二)确定溜槽理论上的最大布料角度

和最小布料角度

布料角度

根据炉料落到xy平面(炉喉横截面所在平面)后其中心距高炉中心的距离n不能大于炉喉半径的原则，由统一布料方程计算出高炉理论上的最大布料角度

和最小布料角度

(三)根据该理论上的最大布料角度

和最小布料角度

分别确定矿石和焦碳的外环、内环布料角度；

(四)确定矿石和焦碳布料环数；

(五)按等面积布料原则分别确定矿石和焦碳中间环的布料角度和相邻环与环之间的角度差；

(六)确定矿石和焦碳每环的布料圈数。

进一步地，所述第四步矿石和焦碳的布料环数分别为五环。

所述第三步焦碳外环布料角度大于矿石外环布料角度，焦碳内环布料角度小于矿石内环布料角度。

本技术方案的提出，其至少具有如下有益效果：

1、多环布料工艺具有料层均匀、煤气流稳定等特点，可以进一步增大矿批，提高高炉产能，利用系数、吨铁成本等各项经济技术指标明显向好。

2、高炉气流分布大大改善，矿批实现重大突破，高炉适应能力增强，长期休风后高炉恢复顺利。

3、多环布料调节手段有布料圈数、环数、角度，而单环布料的主要调节手段是角度及角差，因此多环布料可以极大地丰富高炉上部的调节手段，改变煤气分布，从而有效地提高高炉煤气利用率，降低焦比，降低消耗，增加抗波动能力，实现高炉长期的稳定顺行。

4、单环布料需加入中心焦，多环布料取消中心焦，极大地提高了上料能力，同时克服炉料偏析，在入炉原燃料条件下降的情况下，实现了产量的提高，综合焦比下降。

5、单环布料产生严重偏析，多环布料能消除炉料偏析及堆尖的存在。单环布料改变不同装料制度比较困难，变动结果不仅影响边缘气流，同时也影响中心，引起的变化较大，多环布料按要求将炉料加到一定的位置，可以满足冶炼需要。由于多环布料炉料分布更合理，更有利于炉况顺行和煤气利用的提高，有利于强化冶炼、降低综合焦比，改善压量关系，承压能力增强，高炉更进一步提高风量。

6、多环布料是无料钟布料的发展方向，更能充分发挥无钟炉顶的优越性，是高炉布料的必然发展趋势，应大力推广应用。

附图说明

图1-炉料离开溜槽末端后在xy平面上x方向的投影L_x几何关系图；

图2-炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离n几何关系图；

图3-多环布料实施前后煤气分布曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图详细介绍本发明。

本实施例高炉可能涉及到的一些具体参数：炉喉直径d1＝5.5m，溜槽长度l₀＝2.25m，炉料摩擦系数u＝0.42，溜槽转速ω＝0.2圈/秒，e值溜槽倾动距离0.622m，料线为1.0m。

本高炉溜槽多环布料方法具体步骤如下：

(一)推导出统一布料方程

(1)计算炉料落入溜槽前的初速度C₀′

${C_0}^{\′}=\mathrm{\λ}\·\sqrt{3.2\mathrm{gr}}$ $r=\frac{D^{\′}-b^{\′}}{4}=\frac{0.6-0.015}{4}=0.146m/s$

g-重力加速度，取9.81

D′-导料管直径，0.6m

b′-炉料(烧结矿)平均粒度，0.015m

λ-矿石系数，取0.3

${C_0}^{\′}=0.3\·\sqrt{3.2\×9.81\×0.146}=0.64m/s$

(2)炉料进入溜槽的初速度C₀

因为C₀的上限应小于C₀′，故取一个经验计算系数δ，C₀＝δC₀′，0.98≥δ≥0.92，即δ在0.92-0.98之间取值，本例中实际取C₀＝0.6m/s，此时δ为0.938。引入δ是为了表述的需要，实际取值时可根据经验直接取一个略小于C₀′的值即可，而不必确定δ。

(3)炉料在溜槽末端的初速度C₁

$C_1=\sqrt{2g{l}_0(\sin \mathrm{\β}-u\cos \mathrm{\β})+4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{l}_0^2\cos \mathrm{\β}(\cos \mathrm{\β}+u\sin \mathrm{\β})+c_0^2}$

其中，l₀为溜槽长度，β为溜槽与水平面的夹角，u为炉料摩擦系数，ω为溜槽转速；

(4)计算炉料离开溜槽末端后在xy平面上x方向的投影L_x

$L_X=\frac{1}{g}{c}_1^2{\cos }^2\mathrm{\β}\left\{\sqrt{{\tan }^2\mathrm{\β}+\frac{2g}{c_1^2{\cos }^2\mathrm{\β}}[l_0(1-\sin \mathrm{\β})+h]-\tan \mathrm{\β}}\right\},$ 其几何关系见图1；

(5)计算炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离n

$n=\sqrt{{l_0}^2{\cos }^2\mathrm{\β}+2l_0\cos \mathrm{\β}{L}_x+(1+\frac{4{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}^2{l_0}^2}{c_1^2})L_x^2},$ 此即为统一布料方程，几何关系见图2；

(二)确定溜槽理论上的最大布料角度

和最小布料角度

布料角度

根据炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离n不能大于炉喉半径的原则，可以由统一布料方程计算出高炉理论上的最大布料角度

和最小布料角度

当β取不同的角度时，计算结果见下表；

由统一布料方程计算得知，当β＝45°时，即

时，n＝2.78m，大于炉喉半径2.75米，因此，高炉布料的最大角度应小于45°。由统一布料方程反推出高炉最大布料角度为44.8°，即理论最大布料角度

这是一个极为重要的参数。

同理，由统一布料方程并结合布料溜槽的具体安装结构可推出溜槽的理论最小布料角度

这与实际所用的最小角度11.5°极为接近。

综上所述：高炉的布料角度范围为11.3°～44.8°之间。

(三)根据该理论上的最大布料角度

和最小布料角度

分别确定矿石和焦碳的外环、内环布料角度；

针对上述具体高炉入炉烧结矿整体粒级小，末子含量高的特点，为了保持炉况的稳定顺行，适度照顾边缘气流，同时保证边缘焦碳有一个占位的作用，因此选择一个大焦角，即焦碳外环布料角度大于矿石外环布料角度，实际焦角34°比矿角33.5°大0.5°。为了中心有足够的气流和焦碳占位，选择了一个内环较小的焦角，即焦碳内环布料角度(20°)小于矿石内环布料角度(27.5°)。此种装料制度的选择保证了边缘和中心都有足够的焦碳，从而保证了两道气流的稳定形成，利于炉况顺行。

(四)确定矿石和焦碳布料环数；

结合本实施例高炉炉喉直径5.5米，矿批基础批重24吨，以三烧粒级整体偏小的特点，确定矿石和焦碳布料环数均为五环。

(五)按等面积布料原则分别确定矿石和焦碳中间环的布料角度和相邻环与环之间的角度差；

由于布料溜槽转速ω值为一点，炉喉圆周周长由外向内逐渐减小，料流速度均本一致，因此，如果按等角差布料势必造成炉料环与环之间带沟的深浅不一，而按等面积布料，环与环之间的角差由外到内依次增大，从而能消除上述缺陷。

炉喉直径为d1＝5.5m，将炉喉面积分成相等的N个环带，则对应布料环的直径为d_i

$d_i=\sqrt{\frac{N-i+1}{N}}d1$ ，而 $n=\frac{1}{4}(d_i+d_{i+1})$

假设炉喉面积10等份，则可算出各等份各环的直径及对应溜槽角度，见下表：

等份面积N<sub>i</sub>	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											等份各环直径d<sub>i</sub>	5.5	5.22	4.92	4.60	4.26	3.89	3.48	3.01	2.46	1.74
溜槽角度(α)	44.8	42.9	41	39.1	36.8	34.3	31.5	28.1	23.3	11.3

(六)确定矿石和焦碳每环的布料圈数。

总体思路是矿、焦比保持相对稳定且适应，并适当兼顾边缘和中心气流，因此，环带的矿焦比基本相同的前提下，适当加重边缘、中心有所疏松。

以下是一个具体的布料制度(该布料制度为初期的布料制度，以后应根据具体情况逐步优化和调整，但应以炉况的平稳过渡为原则)：

本布料制度的确定是以上述高炉07年2月份的装料制度作为参考起点，以炉况的平稳过渡为原则，以改善压量关系为核心来选择角度和角差，通过反复对比分析，论证选择以

作为多环布料装料制度的基础起点。从该布料制度可以看出，矿石外环、内环布料角度分别为33.5°和27.5°，焦碳外环、内环布料角度分别为34°和20°。矿石由外向内每环的布料圈数为2圈、2圈、3圈、2圈和1圈，焦碳由外向内每环的布料圈数为2圈、2圈、3圈、2圈和1圈。

矿石加权平均角度为

α_K＝(33.5×2+32×2+30.5×3+29×2+27.5)÷10＝30.8°

Δα_K＝6°(Δα_K为最大布料角度和最小布料角度之差)，环与环之间角差1.5°，

焦碳加权平均角度为

α_J＝(34×2+32×2+30×3+27×2+20)÷10＝29.6°

Δα_J＝14°(Δα_J为最大布料角度和最小布料角度之差)

Δα＝α_K-α_J＝30.8-29.6＝1.2°

而上述高炉07年1月份基本装料制度中α_K＝30.8、α_J＝29.4、Δα＝1.4

对比分析，二者基本相同，炉况能平衡过渡。

高炉布料调节原则、标准：

基本装料制度设计完成后，就基本决定了煤气流的分布。在日常的调剂中，坚持一个原则，即无压量关系的稳定和煤气利用的提高，按照多环布料调节对炉况影响的顺序规定，在日常生产调节中坚持：

1.外环焦碳角度、圈数尽可能不变或少变动。

2.焦碳层尽可能稳定、负荷的调整采取固定焦批调矿批的方式。

3.先调环数，其次是角度，尽可能调整环带的参数。

4.综合判断上下部调剂相适。

以下详细介绍上述高炉多环布料的实际应用过程

上述单环布料的高炉炉顶配备有上下两个容积22.4m³料罐。布料溜槽工作角度10～50°，溜槽长度2.25m，炉喉直径5.5m，与此配套有两条胶带机，料流阀采用电磁阀检测料流速度，具备多环布料的条件。

1、投运前的准备工作

1.1针对该高炉槽下烧结矿筛分效率差的特点，加装了给料机改进筛板为棒条筛，提高了筛分效率。

1.2焦碳布料圈数不稳定，主要是焦碳称量集中斗中心偏位造成批量不稳定，对焦碳称量集中斗进行了改造。

1.3加强工长的理论培训，开展专题讲座，对多环布料的理论知识，操作技能进行研讨，提高工长的感性知识。

2、基础方案的投运

2007年3月1日该高炉装料制度采用

矿批24^t，入炉风差1605m³/min，ΔP120KP，炉况顺行，压量关系改善较明显，指标对比见下表：

时间	入炉风量	ΔP	CO<sub>2</sub>
				3月1-10日	1608	121	19.32
2月	15.72	121	19.46
				+-	+36	---	-0.14

从表上可看出，入炉批量增加36m³/min，没有引起ΔP的升高，说明压量关系改善明显，CO₂下降0.14个百分点，说明煤气利用有所下降，装料制度按下表调整，2007年7月2日形成较为理想的基本布料制度。

3、装料制度的不断优化过程。

多环布料基础装料制度的研究是保证炉况操作制度的平衡过渡，由前面的理论研究可知角度的选择整体偏小，因而应不断优化选择，其过程结果如下：

在上述优化调整过程中，矿批逐渐加大，矿批由基期的24^t逐渐加大到29.5^t，炉况顺行良好。风量由1600m³/min，逐渐增加到1730m³/min，增幅8.12％，而压差并没有引起升高。同时调节手段得到了丰实和完善，调节方法：先调环带圈数，后调矿焦角度，调节过程中尽可能避免出现堆尖带沟现象，调节边缘和中心可用内、外环的圈数及角度的变动来实现，调节布料环带的气流分布可直接增减布料圈数。

4、实际运用效果

上述高炉多环布料从07年3月投运到7月31日，经过不断的优化调整，形成了多环布料的基本操作制度，应用期间效果明显。

4.1从顺行方面的比较

多环布料应用后高炉压量关系改善，入炉风量增加，顺行良好，应用期和基期比较如下表：

	入炉风量	全压差	矿批	累计悬料次数
					07年3-7月	1658	117	29.5	0
07年1-2月	1583	126	24	8
					比较	+75	-9	-	-8

4.2煤气利用

多环布料目的，除改善压量关系外主要目的是控制炉料在炉内的合理分布，从而达到提高煤气利用，降低综合焦比的目的。应用前后煤气分布对比如下表，图3是根据下表绘制的应用前后煤气分布对比图，图中的虚线和实线分别代表多环布料实施后和实施前的煤气分布曲线。

煤气利用指标如下表：

	CO<sub>2</sub>％	t.Fe	t	n<sub>co</sub>	Kg/tFe
						07年3-7月	19.64	54.96	1150	45.95	522
07年1-3	19.24	55.37	1115	44.71	540
						比较	+0.40	-0.41	+35	+1.24	-18

分析：

4.3综合焦比的降低，产量的提高

07年选择1-2月为基准期，07年3月-7月为应用期，技术经济指标如下表：

利用系数

日均产量

入炉品位

综合焦比

CO<sub>2</sub>％

风温

富氧率

07年3-7月	2.83	2021	54.96	522	19.64	1150	1.20
								07年1-2月	2.629	1879	55.37	540	19.24	1115	0.81
比较	+0.201	+142	-0.41	-18	+0.4	3+35	+0.39

入炉综合品位下降0.41个百分点：

降低产量：3.0％×0.41＝1.23％

综合焦比：2％×0.41＝0.82％

CO₂提高0.4个百分点：

增加产量：3.5％×0.4＝1.4％

降低综合焦比：22×0.4＝8.8Kg

风温提高35℃：

降低焦比：35÷100×4％＝1.4％

增加产量：35÷100×4％＝1.4％

富氧率提高0.39个百分点：

增加产量：0.39×4.5％＝1.755％

降低综合焦比：0.44％×0.39＝0.17％

3-7月，从指标绝对值看，累计产量增加7.56％，综合焦比下降3.33％，扣除上述因素，通过多环布料技术运用的效果为：

增产：7.56+1.23+1.4-1.4-1.755＝7.035％

降低综合焦比：3.33+0.82-0.17＝3.98％

5、结论及推广应用

5.1单环布料产生严重偏析，多环布料能减少偏析，单环布料改变不同装料制度比较困难，变动结果不仅影响边缘气流，同时也影响中心，引起的变化较大，多环布料按要求将炉料加到一定的位置，可以满足冶炼需要。

5.2多环布料调节手段有布料圈数、环数、角度，而单环布料的主要调节手段是角度及角差。因此，多环布料调节手段极为丰实。

5.3单环布料需加入中心焦，多环布料取消中心焦，极大地提高了上料能力。

5.4多环布料炉料分布更合理，更有利于炉况顺行和煤气利用的提高，有利于强化冶炼、降低综合焦比。

5.5多环布料是无料钟布料的发展方向，更能充分发挥无钟炉顶的优越性，是高炉布料的必然发展趋势，应大力推广应用。

5.6多环布料参数的选择，一定要有理论依据，α_max、α_min及等环布料各环α角、n值是重要的选择依据。

Claims (3)

1.高炉溜槽多环布料方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(一)推导出统一布料方程

(1)计算炉料落入溜槽前的初速度C₀′

g-重力加速度

D′-导料管直径m

b′-烧结矿炉料平均粒度m

λ-矿石系数

(2)炉料进入溜槽的初速度C₀

C₀＝δC₀′，δ为计算系数，0.98≥δ≥0.92；

(3)炉料在溜槽末端的初速度C₁

其中，l₀为溜槽长度，β为溜槽与水平面的夹角，u为炉料摩擦系数，ω为溜槽转速；

(4)计算炉料离开溜槽末端后在xy平面上x方向的投影L_x

(5)计算炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离n

(二)确定溜槽理论上的最大布料角度α_max和最小布料角度α_min

布料角度α＝90°-β，根据炉料落到xy平面后其中心距高炉中心的距离n不能大于炉喉半径的原则，由统一布料方程计算出高炉理论上的最大布料角度α_max和最小布料角度α_min；

(三)根据该理论上的最大布料角度α_max和最小布料角度α_min分别确定矿石和焦碳的外环、内环布料角度；

(四)确定矿石和焦碳布料环数；

(五)按等面积布料原则分别确定矿石和焦碳中间环的布料角度和相邻环与环之间的角度差；

(六)确定矿石和焦碳每环的布料圈数。

2.根据权利要求1所述的高炉溜槽多环布料方法，其特征在于：所述第四步矿石和焦碳的布料环数分别为五环。

3.根据权利要求1或2所述的高炉溜槽多环布料方法，其特征在于：所述第三步焦碳外环布料角度大于矿石外环布料角度，焦碳内环布料角度小于矿石内环布料角度。

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