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1、2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集矿石批重在高炉实际操作中的合理选择车奎生（同煤集团钢铁有限公司副总工程师兼炼铁厂总工程师）摘要：作者从理论和实际冶炼效果两个方面，系统论述了不同炉容的高炉，为了保证炉料和上部煤气流的合理分布，以达到炉况长期稳定顺行、维持合理操作炉型并取得最佳冶炼效果的合理矿石批重选择的原则和量化依据，以期望能对众多高炉操作者在合理选择矿石批重方面有所帮助和启示。关键词：矿石批重、炉喉平均矿层厚度、上部煤气流分布、炉喉直径、实际风量。1、前言：随着原燃料条件和装备水平、检测手段的不断进步，近几年绝大多数高炉经济技术指标有了长足的进步，特别是很多种小高炉，不仅利用系数高达
2、4.04.50t/（m 3.d） ，而且喷煤比大幅度提高、入炉焦比和燃料比大幅度下降，搞得好的企业如山东泰山钢铁两座 450m3 高炉利用系数 4.24.50t/（m 3.d） 、喷煤比 175kg/t、燃料比 505515kg/t，已经达到了很多大型高炉的焦比和燃料比水平；但是需要指出的是依然有很多中小高炉操作者，依然还在停留在片面追求高冶炼强度、高产量的落后观念中，不去研究如何降低燃料比、延长高炉使用寿命和如何保证高炉长期稳定顺行；不顾原燃料条件和实际操作炉型以及炉况顺行程度和工长操作水平是否具备条件，也不管是否违背高炉冶炼规律和能否达到良好的冶炼效果，一味追求斜风口、大面积、大风量、大矿
3、批、大矿石角度、大矿焦角差、高富氧、高煤比；其结果反而使高炉顺行遭到破坏，炉况稳定性差，产量不升反降、燃料比大幅度升高，高炉寿命也受到很大影响；基于上述原因，本文重点阐述如何在高炉实际操作中科学而灵活的选择合理的矿石批重的问题。2、矿石批重对上部煤气流分布和高炉冶炼效果的影响：2、1、矿批三个区间的划分以及对煤气流和高炉冶炼效果的影响：按照批重由小到大对煤气流分布和高炉冶炼影响的敏感程度，可划分为三个区间：缓变区、微变区、激变区。2、1、1、批重值在激变区时，批重波动对布料影响较大，边缘和中心的负荷变化剧烈，正常生产不宜选用此种批重。2、1、2、原料条件好、设备和操作水平高时，批重可选在微变区
4、，此区间炉料分布和气流分布都稳定，顺行和煤气利用较好；但增减批重来调剂气流的作用减弱。2、1、3、若炉料粉末较多，料柱透气性较差，为防止微变区批重过大，宜选用缓变区批重，其增减对布料的影响介于上述两者之间；少许波动不致引起气流较大变化，适当改变批重又可调节气流分布。2、2、批重的选择原则：2、2、1、确定微变区批重值应注意炉料粉末含量，粉末含量越少越有利于选择大矿批；粉末含量多时，可在缓变区靠近微变区侧选择操作批重。2、2、2、全焦冶炼高炉焦层厚度略大于矿批厚度，随着喷吹物的增加焦层厚度与矿层厚度已非常接近。2、2、3、批重决定炉内料层的厚度，批重越大，料层越厚，软熔带焦层厚度越大；此外料柱的
5、层数减少，界面效应减小，利于改善透气性。但批重扩大不仅增大中心气流阻力，也增大边缘气流的阻力，所以一般随批重扩大压差有所升高。2、3、影响批重的因素：2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集2、3、1、炉容大小：炉容越大，炉喉直径也越大，批重应相应增加。2、3、2、综合入炉品位：原燃料品位越高，粉末越少，则炉料透气性越好，批重可适当扩大。2、3、3、冶炼强度：随冶炼强度提高，风量增加，中心气流加大，需适当扩大批重，以抑制中心气流。2、3、4、喷吹煤粉：当冶炼强度不变，中小高炉喷吹煤粉时，由于煤粉在风口内燃烧，炉缸煤气体积和炉腹煤气速度增加，加之炉缸直径小、冶炼强度高，促使中心气流发展，需适当扩
6、大批重，抑制中心气流。但对于大型高炉来说，由于炉缸直径很大、冶炼强度和单位炉缸截面积的风量明显小于中小高炉，炉缸中心不易吹透，随着喷吹量增加，炉缸中心存在着明显的死料柱，这时反而不能扩大矿石批重。2、4、临界矿批、超大矿批的界定和对煤气流分布和高炉冶炼的影响以及合理矿批的量化：2、4、1、临界矿批及其对高炉冶炼和煤气流分布的影响：对于每一座高炉来说，由于原燃料条件和炉型已经确定，都有一个合理的矿批和最大矿批，我们把这个最大矿批称之为临界矿批。在临界矿批之内，扩大矿批，矿石层厚度增加，炉料在炉喉的径向分布趋于均匀，炉喉截面积利用相对充分，主要以抑制中心煤气流为主。当超过临界矿批时，炉料堆尖显著升
7、高，煤气流通过的阻力增加，同时由于中心面积和空区较小，炉料向中心的推移和挤压作用受到限制，主要是向边缘推移和挤压，因此主要是起到了抑制边缘煤气流的作用，特别是对于采用大矿石角度角、大矿焦平均角差的高炉，这种抑制边缘煤气流的作用更加显著，会导致压力压差明显升高，严重的会造成局部边缘管道和崩塌料或者难行、悬料的发生。2、4、2、超大矿批的界定和冶炼效果：当矿批扩大到一定程度时，如果压力压差明显升高、料速明显变慢、中心气流相对旺盛，边缘气流明显不均匀并且呆滞无力；这就说明矿批已经达到或者超过了临界矿批，应该适当缩小矿批；如果高炉经常发生局部边缘管道和崩塌料现象，说明此时的矿批明显超过了临界矿批。笔者
8、认为超过日产量 1/100 的大矿批都属于超大矿批，选用超大矿批的高炉，绝大多数需要选用较小的矿石和焦炭布料角度与之相匹配，其冶炼效果是：产量较高、焦比也很高、边缘气流不稳定、压力压差偏高，炉身下部、炉腰、炉腹、炉缸部位耐材侵蚀速度加快，炉底侵蚀严重（炉底中心温度升高速度显著加快） ，高炉使用寿命缩短，被迫经常性的小修喷补炉衬维持生产。 例如唐山迁安地区某钢铁公司的 488m3 高炉就属于超大矿批冶炼，日产 1900 吨左右，矿批 2123 吨，最大矿批 25 吨；其高炉冶炼效果和笔者上述结论非常一致。3、合理矿批的量化选择：3、1、通过正常日产量设定合理矿石批重：正常情况下，合理矿石批重应小
9、于日产的 1/100，经过大量的调查统计，这个规律适合于各种炉容的高炉；一般按照日产的 0.800.95%选择矿石批重，原燃料条件好、高炉顺行状况好的可选择上限矿批；否则就必须使用下限矿批。3、2、通过实际入炉风量设定合理矿石批重：实际风量（经过用产量、综合焦比、吨铁风耗校核过的风量）的 1/1001.25/100，中小高炉取1/1001.10/100，大高炉取 1.10/1001.25/100。3、3、笔者给出一个根据炉喉均铺料层厚度来计算合理矿批的公式：W=hd 2/4式中 综合矿平均堆密度 t/m3、h 矿石层平均厚度 m、d 炉喉直径 m。4、高炉慢风作业情况下矿石批重的选择：不管大中
10、小高炉，在慢风作业情况下，均要采取适当缩小矿批、减轻焦炭负荷、适当疏松边缘煤气2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集流等措施；此时矿石批重可以按照风量的 1/1001.10/100 选择矿批，操作调整起来灵活方便，炉况顺行状况好的时候选择上限矿批，反之则选择下限矿批。3、4、根据上述公式，不同炉容高炉合理矿石层平均厚度和合理矿批见下表：高炉有效容积m3炉喉直径m平均堆密度tm3平均矿层厚度m合理矿批t临界矿层厚度m临界矿批t450 4.4 1.90 0.45-0.55 13.0-15.9 0.60 17.3488-500 4.6 1.90 0.45-0.55 14.2-17.4 0.60 1
11、8.9530-600 4.80 1.90 0.45-0.55 15.5-18.9 0.60 20.6750 5.20 1.90 0.45-0.55 18.1-22.2 0.60 24.21080 5.8 1.90 0.45-0.55 22.6-27.6 0.60 30.11260 6.2 1.90 0.45-0.55 24.2-29.5 0.60 32.21350 6.5 1.90 0.45-0.55 28.4-34.7 0.60 37.81530 6.9 1.90 0.50-0.60 35.5-42.6 0.65 46.21780 7.4 1.90 0.50-0.60 40.8-49.0 0
12、.65 53.02200 7.9 1.90 0.50-0.60 46.5-55.8 0.65 60.52580 8.3 1.90 0.50-0.60 51.4-61.7 0.65 66.83200 8.9 1.90 0.50-0.60 59-70.9 0.65 76.84050-4350 9.8 1.90 0.55-0.65 78.8-93.1 0.70 100.35150-5500 10.6 1.90 0.55-0.65 92.2-108.9 0.70 117.35、结语：5、1、矿石批重是上部调剂的重要组成部分，其中扩大矿批也是强化冶炼、降低焦比和稳定上部煤气流的主要措施之一。合理矿批的选
13、择，对于炉料和上部煤气流的合理分布以及改善煤气热能利用、改善块状带的透气性和炉料的顺利下降、炉缸工作的均匀活跃和初始煤气流的合理分布等都起着举足轻重的作用。5、2、不能片面追求大矿批，否则会使高炉冶炼进程受到破坏。尽管扩大矿批有利于稳定上部煤气流和改善煤气利用，但是过分追求大矿批，同样也会造成上部块状带透气性变差、压差升高，甚至于会使上部煤气流分布失常，从而导致崩塌料和管道难行发生。5、3、合理矿批的选择有规律可循，能保证炉况长期稳定顺行并取得良好技术经济指标的矿石批重就是合理的矿石批重。高炉炼铁要取得良好的技术经济指标，必须遵循高炉冶炼规律并注重实际冶炼效果，合理的矿石批重的选择，同样是有规律可循的。
