高爐布料（爐料在高爐爐喉的分布規(guī)律）

介紹

通常高爐爐料是分批裝入高爐爐喉的。根據(jù)經(jīng)驗確定一批料的礦石量與按焦炭負(fù)荷確定的批料焦炭量組成料批，通過布料設(shè)備雙鐘或旋轉(zhuǎn)布料器裝入爐喉，從爐體縱剖面上看，礦石與焦炭呈分層重疊結(jié)構(gòu)（見圖1）。高爐是一種逆流反應(yīng)器，煤氣在高爐下部產(chǎn)生，而后上升穿過料層；爐料從上部下降與煤氣作用，完成加熱、還原、造渣、熔化等冶煉過程。模型研究和高爐解剖均已證明，爐料在爐內(nèi)由上而下，溫度逐漸升高，直到熔化前，一直保持爐喉布料的層狀結(jié)構(gòu)。礦石層和焦炭層透氣性不同，礦石層的阻力比焦炭層大10～20倍。實踐證明，焦炭多的地方煤氣流較發(fā)展，因而爐料溫度升高快，從高爐料柱縱剖面上看，煤氣發(fā)展的地方軟融帶的位置也較高?？梢姼郀t布料對煤氣分布以及軟融帶的形狀和位置等是有重要影響的，這關(guān)系到煤氣能量的充分利用，爐料的順利下降以及高爐一代壽命的長短。正常的高爐行程在爐內(nèi)圓周方向上煤氣與爐料的分布都是均勻或基本均勻的，因此，分析研究煤氣和爐料的分布主要是截面上沿半徑方向的分布。

煤氣分布一般以其成分中CO含量在半徑方向不同點的數(shù)據(jù)繪成的爐頂煤氣CO曲線圖作分析判斷，近年來發(fā)展為以爐喉十字測溫所得溫度曲線作分析判斷，而爐料的分布以料層厚度或料面高度等分析判斷。既然高爐布料是控制煤氣分布的重要手段，所以研究布料要先了解高爐內(nèi)煤氣分布的類型，然后掌握布料規(guī)律、裝料制度的選擇、裝料制度與送風(fēng)制度的關(guān)系以及一種特殊裝料方法：混裝。

高爐布料

爐料粉末對布料的影響

高爐煤氣從下部上升，速度較快，穿過固體料柱時攜帶大量粉末。當(dāng)氣流離開料面，速度驟然下降一倍多，煤氣中的粉末部分沉降落到料面上。如邊緣煤氣發(fā)展，則粉末大部分落到中心，造成中心“堵塞”；如中心發(fā)展，則形成邊緣“堵塞”。這種變化，在爐料粉末增多時特別明顯。兩種情況均需及時處理，否則破壞高爐行程。對粉末（特別是小于3mm的）多的高爐，只能用雙峰型煤氣分布，保證粉末落到中間環(huán)節(jié)，維持高爐順行。

界面效應(yīng)

指礦石層和焦炭層在裝料過程中于交接面處的混合與料面變形現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對布料有重要影響。首先它破壞了爐料的層狀結(jié)構(gòu)，使布料操作復(fù)雜化；其次，它在一定程度上降低了料柱透氣性。

不同粒度的爐料如果同裝，在大鐘內(nèi)和離開大鐘后，均有部分混合。兩種粒度不同的爐料同時或分別裝入爐內(nèi)，在爐料界面上互相滲透形成混合層?；旌蠈涌紫抖刃?，對煤氣阻力大，不利于高爐強(qiáng)化。在爐料中，礦石和焦炭的粒度差越大，混合層所占比例越高。實踐表明，大鐘開啟時同裝的爐料中，焦炭先落到料面上，其后焦炭與礦石混合料落下來，最后礦石落到焦炭層上面，其中部分較小粒度的礦石滲透到焦炭層中，形成焦礦混合層，降低了料層透氣性。分裝的混合效應(yīng)，比同裝要小，這也說明，裝料應(yīng)逐步走向分裝。

在裝料過程中，由于上層爐料對下層爐料的撞擊、推擠，料面發(fā)生不規(guī)則變形。以同裝為例，倒同裝時，焦炭落到爐內(nèi)尚未形成穩(wěn)定的料層，馬上受下落礦石的碰撞、推擠，結(jié)果部分焦炭被擠到中心；正同裝時，先落入爐內(nèi)的為礦石，前一批的焦炭已形成穩(wěn)定的焦層，間隔一段時間后礦石才落到焦炭上，在此期間隨料柱下降，爐內(nèi)堆角已經(jīng)減小，因此礦石的推擠作用大大減少，也即較倒同裝變形小。

操作上可采用兩種措施：（1）盡量用分裝，減少裝料過程的混合。分裝，每批爐料入爐，中間都有一段時間間隔，這段間隔，使已進(jìn)入爐內(nèi)的爐料形成穩(wěn)定的料層，爐內(nèi)堆角在下降過程趨于平坦，第二種料入爐對第一種料的推擠作用減小。（2）避免用深料線操作。入爐料對料面的推擠、碰撞力，與料線有關(guān)，力學(xué)計算表明，推力與料線深度平方根成正比。因此使用較淺的料線是減少界面效應(yīng)的有效措施。

無鐘布料

世界上第一個無鐘布料裝置，于1972年在德國漢博恩廠（Hamborn Plant）投產(chǎn)。多年來，無鐘操作積累了大量經(jīng)驗，對推進(jìn)高爐發(fā)展起了巨大作用。

無鐘與大鐘在操作上的區(qū)別 區(qū)別如下：（1）無鐘布料靈活，可以把爐料布到爐喉平面任何地方；一般大鐘角度β=50°～53°，是固定的，布料位置受到限制。高爐直徑越大，這種限制越明顯。（2）無鐘布料，一批料要轉(zhuǎn)8～12圈，比大鐘放料時間長5～10倍，爐料在緩慢流動中，粉末易在落點料面處集中，形成粒度偏析，因此粒度差別較大的爐料組成，要用多環(huán)或螺旋布料以減少偏析。大鐘布料一次放入爐內(nèi)，時間短，偏析較無鐘小，但界面效應(yīng)較無鐘嚴(yán)重。（3）無鐘布料因溜槽旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，在堆尖外側(cè)的爐料爐內(nèi)堆角較內(nèi)側(cè)的小，形成不對稱的爐料分布。所以，采用螺旋布料，料面形成平坦的臺階，而不是明顯的鋸齒狀。（4）與大鐘相比，無鐘布料所形成的爐內(nèi)堆角比較大。

裝料制度的選擇

（1）原料粒度與裝料制度的關(guān)系

選擇裝料制度，首先要考慮原料粒度組成。若原料中小于3mm的粒度較多，裝料制度要保證煤氣有兩條通路，煤氣分布呈雙峰型，避免因粉末再分布造成高爐邊緣或中心“堵塞”。

（2）高爐容積與裝料制度關(guān)系

小型高爐，料柱短，阻力小；爐缸直徑小，中心容易活躍，布料上可爭取煤氣分布接近平坦型。但由于小高爐爐料條件較差，故大部分采用雙峰操作，一部分爐料條件稍好的，采用中心發(fā)展型。大高爐的爐缸直徑大，中心不易活躍；料柱高，對煤氣阻力大，一般采用中心發(fā)展型的裝料制度，既能保證高爐順行，又使煤氣能量得到充分利用。而原料中粉末極少，且爐頂壓力很高的大型現(xiàn)代化高爐已采用平坦型的裝料制度，煤氣利用達(dá)到ηCO=0.5%。

（3）煤氣速度與裝料制度的關(guān)系

爐內(nèi)煤氣流速與煤氣分布類型關(guān)系密切。一般煤氣流速低，高爐容易順行，對于冶煉強(qiáng)度較低原燃料條件又較好的高爐，以接近平坦型的裝料制度操作。同理，高壓操作的高爐，頂壓越高，煤氣流速越低，也可用接近平坦型裝料制度生產(chǎn)。高冶煉強(qiáng)度、低頂壓的高爐，只能用中心發(fā)展型或接近中心發(fā)展型的裝料制度，否則高爐難以保持穩(wěn)定、順行。

（4）料線深度的選擇

料線一般是固定不變的，只是在其他手段調(diào)劑失靈時，才改變料線。頻繁地改變料線，容易導(dǎo)致料線深度的準(zhǔn)確性變差。料線一般選擇在碰點以上。其他條件一定，料線愈深，爐料堆尖愈靠近邊緣，邊緣分布的爐料愈多。在生產(chǎn)中為加重邊緣，可適當(dāng)降低料線，但深料線加重了界面效應(yīng)，這是操作者所不希望的。料線選在碰點以下，缺點較突出：（1）爐料撞到爐墻后，反彈到爐內(nèi)，不僅爐料多碰摔一次，增加了粉末量，而且破壞了布料規(guī)律，使煤氣流分布紊亂；（2）料線過深，料面以上的高爐容積，不能充分利用，浪費了寶貴的高爐空間；（3）料線過深，爐頂溫度高，一旦有塌料發(fā)生，頂溫會更高，加速爐頂設(shè)備的損壞。所以，正常操作，料線選在碰點以上，加料后余500mm左右即可。

（5）批重的選擇

一批料加到爐內(nèi)，分布是規(guī)則的。對于大鐘高爐，分布到邊緣和中心的厚度確定一批料分布的形狀，兩者厚度之比D=yB/反映了這種爐料在爐內(nèi)分布的特點，這個值越大，表示這種爐料在邊緣越多。

（6）裝料制度與送風(fēng)制度互相適應(yīng)

高爐要達(dá)到較高的生產(chǎn)水平，裝料制度與送風(fēng)制度必須互相適應(yīng)。這種互相適應(yīng)可以概括為：如裝料制度以疏導(dǎo)中心為主，下部能夠接受較高的風(fēng)速；如裝料制度以發(fā)展邊緣為主，則下部不可能接受很高的風(fēng)速，中心通路被礦石“堵塞”，中心煤氣就難以穿過。不論改變裝料還是改變送風(fēng)制度，均要考慮兩者互相結(jié)合，互相適應(yīng)。為了改變長期邊緣發(fā)展，即改變邊緣發(fā)展型煤氣分布，在裝料制度上不應(yīng)過急地加重邊緣負(fù)荷（EB值），而應(yīng)逐步加重，防止邊緣突然“堵塞”，煤氣失去通路，破壞高爐順行。與此同時，逐步提高風(fēng)速，使煤氣向中心延伸，活躍中心氣流，削弱邊緣氣流，這樣上、下配合，互創(chuàng)條件，能較快地改變發(fā)展邊緣的錯誤操作。長期不能改變邊緣發(fā)展，往往是上、下部調(diào)劑未能適應(yīng)的結(jié)果。

混裝

礦石和焦炭混合后裝入高爐叫混裝。混裝和同裝不同，同裝雖然礦石和焦炭一同入爐，但礦石和焦炭并不混合，或礦石先于焦炭入爐，或焦炭先于礦石入爐，各自保持自己在爐內(nèi)為單獨一層。

70年代前蘇聯(lián)在克里沃羅格廠開始試驗在礦石中混入小塊焦，效果良好，以后日本進(jìn)行了更深入的實踐。1985年，中國馬鞍山鋼鐵公司開始混裝試驗，每批gao 高礦石中加入75～150kg、5～25mm的小塊焦（相當(dāng)于20～40kg/t），結(jié)果高爐透氣性改善，煤氣利用率有所提高。現(xiàn)在礦石層中加小塊焦已成為普遍采用的一項技術(shù)。80年代這一技術(shù)發(fā)展到礦、焦完全混裝，即將礦、焦加在同一個料車或同一條輸運皮帶上，使之完全混合，然后裝入高爐。中國濟(jì)南鐵廠也在100m3高爐進(jìn)行試驗，取得了焦比降低3.2%，產(chǎn)量提高6.3%的效果。

混裝后不再存在獨立的焦炭層，焦炭在軟熔的礦石中起骨架作用、軟融層變薄，其透氣性得到改善。前蘇聯(lián)洛基諾夫（В.И.Логинов）教授發(fā)現(xiàn)，礦石含粉率<20%時，分層裝料比混合裝料時的料柱透氣性好，在粉末含量20%～30%時，兩種裝料制度的料柱透氣性相同，當(dāng)?shù)V石含粉率>25%～30%時，則混裝制度的料柱透氣性好。中國杭州鋼鐵廠使用含粉少的高堿度燒結(jié)礦和酸性球團(tuán)礦的爐料結(jié)構(gòu)時試驗混裝，也發(fā)現(xiàn)了這種規(guī)律。但混裝后料線、批重、裝料次序、溜槽角度等均不起調(diào)劑作用，要想改變煤氣分布，只能依靠幾種礦、焦不同混合比例，按不同方式入爐，或依不同粒度組成的混合料分別入爐，這些方法，裝料設(shè)備及設(shè)備場地較同裝或分裝復(fù)雜、龐大，投資必然增加。混裝也像其他裝料方法一樣，還在發(fā)展中。