CN113930563A

CN113930563A - 一种适用于高比率球团矿冶炼的高炉炉型

Info

Publication number: CN113930563A
Application number: CN202111191944.8A
Authority: CN
Inventors: 张福明; 银光宇; 李欣; 毛庆武; 王智政
Original assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-01-14

Abstract

一种适用于高比率球团矿冶炼的高炉炉型，属于高炉炼铁技术领域。本发明结合高炉球团矿冶炼技术特点，为了解决球团矿还原膨胀率高、布料过程料面形状不易控制、高炉中上部块状区炉料下降过程分布失衡等难题。本发明其技术特征在于：1)炉腰面积与炉缸面积之比为1.20～1.35；2)炉喉面积与炉腰面积之比为0.40～0.45；3)炉喉面积与炉缸面积之比为0.50～0.58；3)单位炉身高度上高炉直径变化率为0.30～0.42；4)单位炉腹高度上高炉直径变化率为0.36～0.52。本发明克服由于球团矿还原膨胀率高、低温还原粉化、球团矿下降过程的偏析偏聚等造成的高炉透气性恶化技术难题，从而实现高炉冶炼稳定顺行、高效长寿和节能低耗。

Description

一种适用于高比率球团矿冶炼的高炉炉型

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，涉及一种高炉炉型设计方法，特别适用高炉球团矿入炉比率为40％～100％时，高比率球团矿冶炼工艺条件下高炉炉型的设计方法。

背景技术

高炉炉型是高炉冶炼过程热量、质量和动量传输以及冶金物理化学反应的几何空间。其物理本质是高炉内部的几何形状、结构尺寸及其之间的关系，高炉炉型是构成高炉本体的重要组成部分。长期以来，高炉炉型设计一直采用统计和类比的设计方法，脱离高炉生产的原燃料条件、工艺条件和操作条件，基本沿用比拟放大/缩小或参数调整的设计方法。采用这种方法设计的高炉炉型，不是结合具体的生产条件进行精准计算和设计的，因此长达10余年的一代炉役生产过程中，有些高炉长期处于炉况失常状态，生产故障频发、生产效率低、能源消耗高、使用寿命短。高炉炉型对于高炉冶炼稳定顺行、高效低耗和长寿安全都具有重要影响，合理的高炉炉型是高炉稳定运行和长寿的基础。从一定意义上讲，高炉长寿的本质目标，不是简单的追求一代炉役的寿命长短，而是要保持一代炉役期间合理稳定的高炉操作炉型，由此可见高炉炉型对高炉生产运行的重要意义。

高炉采用球团矿冶炼是实现高炉炼铁低碳绿色发展的重要技术途径。但是球团矿粒度较小且均匀、形状规则、含铁量高、体积密度高、滚动性强、安息角小、还原膨胀率高，存在布料过程料面形状不易控制、高炉中上部块状区炉料下降过程分布失衡、大量使用时高炉透气性恶化等问题，这是高炉高比率球团矿冶炼过程的关键难题，也是我国高炉球团矿入炉比率一直低于20％以下的原因之一，大量采用球团矿冶炼会增加高炉操作难度，特别对于2000m³以上的大型高炉，使高炉炉料分布难于调控甚至失控。高炉大比率球团矿冶炼的工艺条件下，实现能量的高效转换和利用，提高煤气利用率、降低碳素燃料的消耗，需要根据高炉内部冶金传输和反应工程的机制和规律研究探索。球团矿与烧结矿具有较大的理化性能差异，无论是含铁品位、粒度、堆密度、自然堆角、孔隙率、形状系数还是冶金性能都差异很大，特别是球团矿的还原膨胀率高达15％～20％甚至更高，对高炉中上部块状带的透气性影响很大，因此高炉炉型设计时必须充分考虑这种由于炉料理化性能变化所带来的影响。

发明内容

根据高炉高比率球团矿冶炼的工艺特点，发明了一种适用于高炉球团矿入炉比率为40％～100％原料条件下的高炉炉型设计方法，克服现有高炉炉型普遍采用的统计推算方法的缺陷和不足。

本发明采用如下的技术方案：

高炉炉型主要参数包括炉腰面积、炉缸面积、炉喉面积、炉腰面积、炉身高度、高炉横截面直径、炉腹高度；所述的炉腰面积与炉缸面积的比值为1.20～1.35，炉喉面积与炉腰面积的比值为0.40～0.45。

所述的炉喉面积与所述的炉缸面积的比值为0.50～0.58。

所述的炉身高度与高炉横截面直径变化率为0.30～0.42。

所述的炉腹高度与高炉横截面直径变化率为0.36～0.52。

高炉炉腰面积与炉缸面积的比值为1.20～1.35。在高炉炉缸形成的高炉煤气上升过程中，与下降炉料相向运动，在运动过程中与下降炉料进行热量、质量和动量的传输，并发生一系列冶金物理化学反应。高炉炉腰是高炉径尺寸最大的区域，也是高炉软熔带所处区间，为保证高炉煤气上升过程的顺利排升、降低煤气阻力损失，适当扩大炉腰截面积有利于改善高炉透气性、促进高炉顺行。合理的炉腰和炉缸面积比，对于高比率球团矿冶炼的高炉，是重要的基础和关键参数。

高炉炉喉面积与炉腰面积的比值为0.40～0.45，炉喉面积与炉缸面积的比值为0.50～0.58。球团矿、烧结矿等炉料由高炉炉顶装入高炉炉喉，根据高炉操作要求，要形成与高炉上升煤气流分布相适应的炉料分布矩阵和料面形状。由于球团矿在高炉冶炼过程中，具有和烧结矿不同的物理、化学和冶金特性，还原过程具有较高的还原膨胀率，且粒度均匀、形状相同、滚动性强，高炉布料过程中，炉料堆尖和布料环形宽度难于控制，球团矿更易于向高炉中心和边缘滚落。设计合理的炉喉和炉腰截面积比，以保障炉料分布精准控制，形成合理的料层结构和料面形状，特别是满足炉料下降过程中一系列冶金过程物理化学变化、体积膨胀、料层重构及其均匀分布，具有重要的物理意义。合理的炉喉与炉腰截面积比，同时也有利于煤气流的稳定上升和均匀分布。

高炉炉料由炉喉下降过程中，发生预热、水分蒸发、碳酸盐分解、还原、渗碳、软化、熔化、滴落等一系列复杂的冶金物理化学反应，这些冶金反应和冶炼过程是同时、交替或者相继发生的，在炉料下降和煤气上升的相向运动过程中传热-传质几乎同时发生，含铁炉料在下降过程中被不断加热和还原，炉料发生体积膨胀、软化、收缩、熔化、滴落等复杂变化。高炉炉身部位主要是块状带所处区间，软熔带中上部处于炉身的中心区域。球团矿等炉料由炉喉经过炉身下降到炉腰区域，根据高比率球团矿冶炼特征，为保障炉料下降顺行和炉况稳定，炉料在下降过程保持均匀稳定的料层结构，实现圆周方向和半径方向的均匀，本发明提出单位炉身高度上高炉横截面直径变化率为0.30～0.42。进而言之，就是在高炉炉身高度方向上，炉料下降1米，其相应部位的高炉横截面直径应扩大到0.30～0.42倍，以满足高比率球团矿炉料还原过程体积膨胀的要求。

炉腹是软熔带根部所处区域。在炉腹区域，熔化的液态渣铁穿透滴落带焦炭层，滴落、沉降并汇聚到炉缸中。在此区域，既有半熔融的渣铁的下降、液态渣铁的滴落和沉降、焦炭的下降运动，也有炉缸高温煤气的向上排升，是个气、固、液多态-多相共存的复杂冶金过程区间。在炉腹和炉缸交界处、风口回旋区平面以下，球团矿、烧结矿等炉料几乎全部转变/转换成液态的铁水、炉渣或液态铁氧化物，炉料体积急剧收缩。特别是采用高比率球团矿冶炼时，由于球团矿含铁品位高，高炉渣量少，下降炉料的体积收缩比以烧结矿为主的常规高炉更大，更容易出现炉料下降失衡、失稳、塌料、坐料等故障。为实现煤气的顺畅排升和液态渣铁平稳沉降下行，本发明提出单位炉腹高度上高炉截面直径变化率为0.36～0.52。进而言之，就是在高炉炉腹高度方向上，炉料下降1米，其相应部位的高炉横截面的直径应缩小到0.36～0.52倍，以满足高比率球团矿炉料软化、熔化、滴落、沉降过程体积急剧收缩的要求。

本发明根据高炉高炉高比率球团矿冶炼过程的冶金机理和工艺特征，使高炉炉型更加适用于球团矿布料过程滚动性强、球团矿粒度小且均匀所导致的炉料孔隙率低和透气性差等工况，克服由于球团矿还原膨胀率高、低温还原粉化、球团矿下降过程的偏析偏聚等造成的高炉透气性恶化技术难题，从而实现高炉冶炼稳定顺行、高效长寿和节能低耗。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行详细说明。附图1为本发明中用于高比率球团矿冶炼的高炉炉型。

图中，1.炉喉；2.炉身；3.炉腰；4.炉腹；5.炉缸；6.炉缸直径；7.炉腰直径；8.炉喉直径；9.炉身高度；10.炉腹高度。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，结合实施例进行阐述高比率球团矿冶炼的高炉炉型设计方法。以某2500m³高炉为例，采用高比率球团矿的炉料结构，球团矿入炉比率为60％，高炉炉型的设计方法如下：

先根据基础工艺参数计算得出炉缸直径6，再计算得出炉缸截面积。根据本发明的设计方法，先求解得出炉腰面积和炉喉面积，则计算出炉腰直径7和炉喉直径8；进而再根据本发明提出的设计方法，可以推导求算出炉身高度9和炉腹高度10。

高炉炉型的其他参数，如炉缸高度、炉腰高度、炉喉高度等，仍可以采用基础的设计方法计算得出。

实施例1

某5500m³高炉采用球团矿入炉比率为55％以上，属于本发明所述的工艺条件。经过基础计算得出炉缸直径6为15.3m，根据本发明所提出的高炉炉型设计方法，精准计算求解得出炉腰直径7为17.5m，炉喉直径8为11m。

进一步地，根据本发明提出的高比率球团矿冶炼条件下的高炉炉型计算方法，计算求解得出炉身高度9为18.4m，炉腹高度10为4.0m。

实施例2

某2500m³高炉，采用球团矿入炉比率为60％左右，属于本发明所述的工艺条件。经过基础计算得出炉缸直径6为11.2m，根据本发明所提出的高炉炉型设计方法，精准计算求解得出炉腰直径7为12.8m，炉喉直径8为8.1m。

进一步地，根据本发明提出的高比率球团矿冶炼条件下的高炉炉型计算方法，计算求解得出炉身高度9为15.6m，炉腹高度10为3.5m。

Claims

1.一种适用于高比率球团矿冶炼的高炉炉型，其特征在于：高炉炉型参数包括炉腰面积、炉缸面积、炉喉面积、炉腰面积、炉身高度、高炉横截面直径、炉腹高度；所述的炉腰面积与炉缸面积的比值为1.20～1.35，炉喉面积与炉腰面积的比值为0.40～0.45。

2.根据权利要求1所述的高炉炉型，其特征在于：所述的炉喉面积与所述的炉缸面积的比值为0.50～0.58。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的高炉炉型，其特征在于：所述的炉身高度与高炉横截面直径变化率为0.30～0.42。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的高炉炉型，其特征在于：所述的炉腹高度与高炉横截面直径变化率为0.36～0.52。

5.根据权利要求3所述的高炉炉型，其特征在于：所述的炉腹高度与高炉横截面直径变化率为0.36～0.52。