1前言高炉炉顶温度是高炉操作的重要参考指标, 它是高炉煤气流的分布状态和高炉炉况进程的表观指标,直接反映着煤气流与炉料之间的热交换的程度,反映了煤气利用率的好坏。炉顶煤气流分布是炉内炉料下降与煤气流上升传热与传质在炉身上部的集中表现,是炉顶布料、炉内直接还原的程度、软熔带高低与形状、固态变液态的转化过程,以及风口的鼓风动能和煤气产生量等情况共同作用的结果。 高炉煤气在炉内从形成到炉顶,经历了 3 次分配, 炉缸燃烧带的初始分布, 软熔带二次分配,炉顶布料的三次分配,高炉布料对煤气三次分配都有影响。 炉顶温度的高低是煤气流在高炉横截面与纵向空隙度的分布的结果, 控制炉顶温度就是控制煤气流亦即是布料控制。高炉操作是否正常一个重要的标准就是煤气流是否合理, 验证煤气流正常与否的标准就是炉顶煤气温度与炉顶煤气测温曲线所允许的波幅与差值是否超出最大允许值。 也就是说煤气流分布决定着炉顶温度的高低,决定着高炉的冶炼状态的好坏, 决定着高炉冶炼水平, 因此对炉顶温度的探讨和研究对高炉操作具有十分重要的现实意义。2影响炉顶温度的因素影响炉顶温度的因素主要有炉料显热、 高炉操作以及设备故障 3 个方面。2. 1入炉料对炉顶温度的影响炉顶温度的高低首先受入炉炉料特性的影响,与炉料的温度、水分, 入炉矿石的种类, 焦丁的加入量,落地焦和生产焦的质量等有关。 其根本是在高炉上部,煤气流和固体炉料之间热量交换的多少会影响到炉顶煤气温度。料温越低,煤气通过热交换传递给炉料的热量越多, 煤气带走的热量越少, 炉顶煤气温度越低; 反之,料温越高,煤气通过热交换传递给炉料的热量越少,煤气带走的热量越多,炉顶煤气温度越高。再者,由于物料的种类、性质不同热交换的结果也不相同,见表 1。 密度大的矿石传热速度慢, 不利于换热; 空隙度大炉料, 煤气的扩散速度快, 易于传23 河北冶金2013 年第 4 期热。 落地焦和生产焦水分相差 5% 以上, 其负荷有很大的差异,邢钢落地焦和生产焦负荷差 2% 左右,落地焦的使用有利于炉顶温度的降低。表 1入炉炉料的比热容kJ/kg· ℃Tab. 1Specific heat capacity of charge kJ/kg· ℃入炉料温度/℃烧结矿球团矿块矿焦炭1000. 670. 630. 250. 8085000. 840. 80--1 0000. 920. 910. 551. 4652. 2 高炉操作对炉顶温度的影响高炉操作对炉顶温度的影响主要是由煤气在炉缸的产生、分布,以及上升过程中热交换和还原程度决定的。( 1) 煤气上升过程中, 流速过快, 热交换时间缩短,入炉物料与煤气的热交换不充分,使得炉顶煤气温度升高。 如崩料或坐料后造成的深料线会使煤气与炉料的交换时间缩短; 炉内局部气流过剩有管道形成,使得上升速度快的煤气比例增加,导致炉顶温度升高;炉顶布料导致的边缘或中心气流过度发展,以及冶炼强度提高导致炉顶煤气流速增加, 引 起炉顶温度升高。( 2) 煤气上升过程中, 下料速度过慢, 炉料温度升高,煤气传出的热量减少, 使炉顶煤气温度升高。如由于装料制度与冶炼强度不匹配, 造成透气性持续偏高; 炉况不顺出现悬料, 导致炉料温度升高, 热交换变差; 高炉控制冶强偏低, 煤气热量过剩, 煤气CO 升高,利用率降低; 炉前铁口不稳、亏铁, 使煤气初始温度升高和料速变慢;铁罐晚点导致铁前憋风;高炉长期慢风,炉温控制偏高等,都会使下料速度变慢,引起炉顶温度升高。( 3) 煤气在炉缸和风口 产生的热量高低和分布,也会对炉顶温度产生影响。 喷煤比和富氧率对炉顶温度有直接影响,高富氧带动了高冶强, 单位时间内下料速度加快,使风口前理论燃烧温度升高, 煤气热晗增加,增加炉缸的显热; 长期稳定的高煤比,焦炭负荷加重, 焦比降低, 料速加快, 炉腹煤气量增加,增加了煤气与炉料接触机率,有利于间接还原的发展、直接还原的降低和炉内化学能的利用, 促进炉顶煤气温度降低; 炉缸堆积首先会在炉顶径向温度分布和煤气曲线上反映出来,边缘堆积时,煤气分布中心偏高,径向顶温表现为边缘偏低中心高。( 4) 高炉炉型对煤气流分布的影响也很大, 中部冷却强度与渣皮的形成、软熔带的位置直接相关。风口的长度和分布直接决定着煤气流一次分布, 风速和鼓风动能对炉腹、 炉腰部位的温度有一定的影响,边缘气流配合适当的热流强度对防止下部炉墙黏结有一定的作用; 炉温和炉渣成分的波动会导致软熔带根部位置的不稳定或软熔带的大小发生变化,使已经熔融状态的渣铁又凝固黏结在炉墙上, 造成炉墙结厚,其气流分布被改变;炉温波动过大还会引起风量的波动,造成软熔带上下移动,导致渣皮的频繁脱落。 炉墙损坏及渣皮脱落都会造成煤气短路引起炉顶温度升高。2. 3 设备操作故障对炉顶温度的影响在高炉冶炼过程中, 出现设备操作故障不能上料,造成高炉的深料线,破坏了煤气与炉料的正常换热,直接导致炉顶温度急剧升高,往往会造成高炉上部块状带的乱料,高炉工长频繁调整布料制度, 甚至大量集中加焦,使得下部煤气温度升高,热制度波动加大,同时会导致顶温再上升。 常见的上料设备故障有: 炉顶料罐不能放料,拉淤料、料罐不能充压, 密封不到位; 气密箱抱死, 探尺故障; 下部有矿焦门打不开, 皮带故障, 小车不能启动和卷扬, 小车挂车掉道以及网络信号故障等。 以某厂高炉溜槽不转为例,故障日炉顶温度比年均高 10 ~ 30 ℃ , 短时炉顶温度高达 350 ℃ ,甚至 550 ℃ 以上,可见其影响非同一般,见表 2。表 2某高炉溜槽不转对炉顶温度的影响Tab. 2Influence of some trough stopping work on the roof temperature日 期减风/休风/kPa日均炉顶温度/℃短时炉顶最高温度/℃2009. 4. 301002314552009. 5. 11:45 ~ 3:00 休风2155262009. 5. 241502113912009. 5. 26702055782009. 6. 17802264552009. 6. 20502375142009. 6. 211502273622009. 6. 221502163802009. 7. 301402163562009. 9. 27902273962009. 9. 28501964642010. 2. 28 ~ 3. 122:27 ~ 2:20 休风2475253炉顶温度高的危害和影响3. 1炉顶温度高对高炉冶炼的影响3. 1. 1对焦炭负荷的影响炉顶温度升高直接导致炉内热损失增加, 焦比升高。 一般来说,炉顶温度每升高 10 ℃ , 焦比升高33 总第 208 期HEBEI YEJIN3 kg /t。 在高炉操作中, 炉顶温度升高要求工长根据时间和炉顶温度的高低, 定时核算负荷水平。 在高炉生产基本正常情况下, 单位时间内焦炭调整量为:0. 3 × ( 炉顶温度 - 基准顶温) × 0. 6 × 小时矿批量( t) ,在正常顶温的基础上及时调整负荷; 高炉异常情况下, 根据料线深度、 持续时间, 以及风压使用水平补加焦炭量,弥补热量损失。3. 1. 2对煤气利用率的影响炉顶煤气温度的高低从侧面反映了煤气流的传质过程和流速的快慢。 高炉炉顶温度的分布也是高炉煤气利用的直接表现。 降低炉顶煤气温度, 增加炉内化学能利用, 有利于冶强的提高, 料速加快, 混合煤气 CO2升高, 煤气利用 率提高。 在一定冶强下,煤气 CO 与炉顶温度成正比例关系, 而煤气利用率正好相反。3. 1. 3对软融带的影响软熔带的形状和位置强烈地支配着炉内气流分布和反应, 软熔带与炉内热交换、透气性、还原性有密切的关系,尤其是焦炭气窗决定着块状带气流分布。 而炉顶温度的变化直接决定着软熔带的位置,炉顶温度高带来的直接后果就是软融带高度上移,使得煤气流到达上部快状带区域后的时间缩短, 上部热交换时间变短, 换热不充分, 直接还原区扩大,焦比升高,进而导致煤气的热利用率下降,甚至造成炉墙粘结、结厚。3. 1. 4对高炉操作的影响高顶温会造成炉内热量大量损失, 应对炉顶温度持续升高的操作是通过减风控料速, 和调整布料批重、角度等来调剂煤气分布。 但这往往会使高炉热制度产生波动,炉温急剧降低,被迫集中加焦后又使炉温上升, 料速变慢, 炉渣流动性变差, 直接对焦炭负荷和冶炼强度水平产生波动, 甚至会诱发炉凉事故。3. 2炉顶温度高对炉顶设备的影响3. 2. 1对炉顶气密箱的影响高炉炉顶气密箱是无料钟炉顶的主体设备, 高顶温会烧坏炉顶设备, 发生气密箱抱死等事故。 随着炉顶温度的升高,气密箱冷却强度降低,齿轮润滑能力下降,加剧轴和齿轮的变形, 其运行负荷增加,导致溜槽不转的产生, 缩短炉顶设备寿命。 而溜槽不转产生后, 由于不能上料, 高炉往往减风控制炉况,又会使炉顶温度进一步上升。 虽然气密箱抱死与其冷却、润滑、组装配合质量、磨损变形有关, 但炉顶温度突然上升的影响不容忽视。3. 2. 2对上下密封阀的影响上下密封阀工作原理: 在料罐排压后,上密封阀打开装料, 受料罐停止供料后, 该阀关闭, 对料罐进行封闭, 保证高炉高压操作; 料罐均压后, 下密封阀打开,之后打开料流,炉料经下阀箱、气密箱, 由布料溜槽向炉内布料, 布料完成后, 依次关闭料流、 下密封阀,密封炉气。 高炉放料正是在上下密的持续频繁的动作中进行的,它是保证高炉高压操作的前提。由于阀座密封圈材质为硅橡胶, 轴头密封为硅橡胶O 型圈, 工作温度 100 ~ 350 ℃ , 炉顶温度波动对上下密传动轴轴头密封和阀座密封影响较大, 当顶温超过 350 ℃ ,易造成下密烧坏或被煤气流吹刷损坏等故障,使料罐的充压受到影响。3. 3炉顶温度高对除尘布袋的影响干法除尘使用的布袋对环境温度要求严格, 工作温度只能在 90 ~250 ℃ 之间。 高炉稳定顺行所产生的高炉煤气完全可以满足干法除尘的温度要求,当高炉炉况异常或上料系统发生故障时, 会使干法除尘入口温度超标, 煤气进入布袋前温度达 300 ~400 ℃ ,甚至高达 550 ℃ 左右, 远远超出了布袋所能承受的温度,还会有部分高温尘粒附着在布袋上, 影响其透气性,造成布袋烧损,一般来说煤气温度应低于 250 ℃ 。 另外,布袋破损会造成煤气含尘量增加,煤气质量的下降, 会引 起热风炉渣化, 降低其寿命,同时降低其换热能力, 增加烧炉时间, 降低热风温度,增加送风阻力,进而增加换炉压力波动幅度。3. 4炉顶温度高对高炉指标的影响炉顶温度的波动直接影响高炉热利用程度, 进而影响到高炉焦比和利用系数, 间接影响高炉炉温的标准偏差。 表 3 为某高炉无故障炉顶温度升高情况下高炉的相关经济技术指标。表 3某厂高炉炉顶温度对高炉指标的影响Tab. 3Influence of roof temperatureon indexes in some blast furnace of some plant炉顶温度/℃利用系数/( t/m3· d)焦比 /( kg /t)炉温标准偏差[Si] /%1953. 884100. 1350. 472353. 674230. 2160. 534