高爐風(fēng)量和爐型設(shè)計(jì)與實(shí)際效果比較研究

沈洪流， 趙 慶， 張 勇， 惲知軍， 劉 偉， 吳 飛

（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司煉鐵部， 安徽 蕪湖 241000）

目前國內(nèi)的煉鐵行業(yè)正進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級，曾經(jīng)普遍建造的600 m3的高爐已經(jīng)全面淘汰，而蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司的兩座600 m3高爐已經(jīng)拆除，但在2008年此類型高爐還比較少見，一般先進(jìn)點(diǎn)的配備AV45型風(fēng)機(jī)，指標(biāo)與當(dāng)時(shí)300 m3高爐比沒有先進(jìn)性，因此沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，因而蕪湖新興鑄管在籌備600 m3高爐時(shí)在風(fēng)機(jī)的選型和爐型的設(shè)計(jì)上，另辟蹊徑，通過適宜的理論計(jì)算，選擇了當(dāng)時(shí)同類型的高爐未配套過的AV50-13型軸流風(fēng)機(jī)，并且通過長期的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)證明達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此，此種進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型和爐型設(shè)計(jì)的方法對于大家在未來設(shè)計(jì)高爐時(shí)可以借簽。

1 風(fēng)機(jī)選型的計(jì)算方法

1.1 風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)目標(biāo)

當(dāng)時(shí)要求高爐設(shè)計(jì)要按照燃料指標(biāo)達(dá)到行業(yè)先進(jìn)，燃料比按照510 kg/t，高爐利用系數(shù)不低于4.0 t/（m3·d）。風(fēng)機(jī)選型風(fēng)量必須與此配套。

1.2 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算方法

為了達(dá)到先進(jìn)指標(biāo)，必須要有足夠的風(fēng)量匹配，因此以當(dāng)時(shí)的燃料質(zhì)量，按照噸鐵燃料耗風(fēng)推算理論噸鐵耗風(fēng)，也就是按燃料比推導(dǎo)噸鐵耗風(fēng)量，在按設(shè)計(jì)日產(chǎn)，計(jì)算入爐風(fēng)量。具體測算過程如下：

1.2.1 燃料成分、配礦結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的燃料指標(biāo)

當(dāng)時(shí)以自產(chǎn)焦為主，噴煤未配加煙煤，燒結(jié)礦和球團(tuán)礦也已自產(chǎn)為主，生產(chǎn)工況條件較好，所以按照100%的熟料結(jié)構(gòu)-75%的燒結(jié)加上25%的球團(tuán)，綜合品位達(dá)到58.75%。因此設(shè)計(jì)按照350 kg/t入爐焦比，160 kg/t煤比作為燃料目標(biāo)。見表1和表2，從而確定了風(fēng)口帶入的主要碳量（為計(jì)算方便礦石碳量不考慮）。

表1 設(shè)計(jì)燃料成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2 燃料指標(biāo)

1.2.2 鼓風(fēng)濕度

鼓風(fēng)濕度的取值：因蕪湖地區(qū)夏季相對濕度大：平均在 75%～90%（含水約 15～35 g/m3），春秋冬季的季節(jié)相對濕度在65%左右：含水約10 g/m3左右，24 h的變化在5～15 g/m3。因此為便于計(jì)算方便，按照全年鼓風(fēng)含水約12.5 g/m3計(jì)算。鼓風(fēng)濕度為1.53%。

1.2.3 風(fēng)口前耗碳?xì)饣坑?jì)算

計(jì)算方法：帶入的碳量-鐵水滲碳-氫氣還原碳量-直接還原鐵炭耗量-其他碳量。帶入碳量為焦炭和煤粉帶入量；鐵水滲碳按照5.6%的鐵水含碳乘以帶入碳量；氫氣還原碳量按照煤氣中CH4為1%乘以帶入碳量所得；直接還原耗碳量按照直接還原度0.5，鐵水鐵元素94%計(jì)算。帶出碳量指除塵灰其他含碳帶出及直接還原其他物質(zhì)含碳，按照20 kg/t統(tǒng)一計(jì)算；滲碳和鐵水中的鐵元素是當(dāng)時(shí)通過光譜化驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

1.2.4 噸鐵耗風(fēng)量計(jì)算

風(fēng)口前耗碳?xì)饣?24×22.4/鼓風(fēng)氧氣帶入量=1 118 m3。

根據(jù)燃料指標(biāo)計(jì)算出噸鐵耗風(fēng)量為1 091 m3，詳細(xì)計(jì)算方法，見表3。

表3 噸鐵耗風(fēng)焦比算簡表

1.2.5 風(fēng)機(jī)選型

計(jì)算入爐風(fēng)量（m3/min）=日產(chǎn)量×噸鐵耗風(fēng)量/（1 440 min×90%×95%）。

按照漏風(fēng)率在10%（實(shí)際進(jìn)風(fēng)90%）風(fēng)機(jī)效率95%。

計(jì)算風(fēng)機(jī)風(fēng)量=2 237 m3/min，設(shè)計(jì)定型風(fēng)機(jī)為2 200 m3/min。

2 風(fēng)量與爐型設(shè)計(jì)的對應(yīng)關(guān)系選擇

選擇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量后，要確保如何達(dá)到這個(gè)燃料指標(biāo)是爐型設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵。因?yàn)轱L(fēng)在風(fēng)口燃燒燃料在爐腹產(chǎn)生煤氣流，而煤氣流的分布和煤氣利用率是決定爐況穩(wěn)定和燃料指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)。因此在分析研究高爐煤氣流分布時(shí)，控制煤氣流的關(guān)鍵在于一個(gè)要初始煤氣流的穩(wěn)定分布，保持爐況穩(wěn)定，另一個(gè)就是控制爐喉邊緣和中間部分氣流，決定了煤氣利用利用率，達(dá)到設(shè)計(jì)的燃料指標(biāo)。

對此在爐型設(shè)計(jì)上，在采用對比法的同時(shí)又通過爐腹煤氣流速比爐腰煤氣流速確定爐腹角，選定爐身角和爐喉直徑來比較爐腰煤氣流速和爐喉煤氣流速的比值，來確定最終尺寸。蕪湖新興鑄管260 m3高爐和360 m3高爐在當(dāng)時(shí)的指標(biāo)同類型的高爐中處于領(lǐng)先地位，利用系數(shù)平均在4.5 t/m3·d，燃料指標(biāo)方面360 m3高爐一般燃料比在525 kg/t。因此以360 m3高爐的爐型參數(shù)作為對比的目標(biāo)，260 m3高爐的爐型參數(shù)作為借簽。因?yàn)闋t腹是煤氣的產(chǎn)出帶，合適的爐腹角適合煤氣的上升，利于煤氣流的初始分布，因此爐型設(shè)計(jì)時(shí)采用了爐腹和爐腰的煤氣流速的比值作為爐腹角的確定依據(jù)。因?yàn)?60 m3高爐和260 m3高爐在操作時(shí)，爐況穩(wěn)定，初始?xì)饬鞣植己侠?，而兩者的比值?.34～1.36 m2/（m3·min）間，因此根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)量，即入爐風(fēng)量×1.4倍計(jì)算煤氣量后，進(jìn)行多個(gè)爐腹角計(jì)算比對，后選擇了80.84°作為爐腹角，爐腹和爐腰的煤氣比值在1.35 m2/（m3·min）。

爐身角和爐喉直徑?jīng)Q定了關(guān)鍵的燃料指標(biāo)設(shè)計(jì)的達(dá)標(biāo)，在高爐操作時(shí)往往強(qiáng)調(diào)壓制邊緣氣流，要保證中心氣流的發(fā)展，而隨著煉鐵的技術(shù)發(fā)展，有人提出必須注意到爐喉邊緣和中心圓環(huán)面積的比例與爐喉直徑的關(guān)系。例如后期舉例馬鋼2 500 m高爐爐喉半徑4 150 mm，邊緣圓環(huán)區(qū)徑向距離400 mm（3 750～4 150 mm），面積比為 18.35%，而同等徑向距離的中心圓環(huán)區(qū)（0～400 mm)面積比只占0.93%。因此認(rèn)為對大高爐來說，中心區(qū)域所占面積遠(yuǎn)小于邊緣區(qū)域所占面積，爐喉直徑越大，中心所占面積比例越小，因此，強(qiáng)烈的中心氣流對煤氣利用影響不大。為此在設(shè)計(jì)爐型時(shí)，沒有按照360 m3高爐的84.2°的爐身角進(jìn)行選擇，因?yàn)楫?dāng)時(shí)360 m3高爐和260 m3高爐從爐頂攝像看，中心氣流過足，反而不利于煤氣的利用，需要降低爐喉煤氣的流速，因此當(dāng)時(shí)將初步設(shè)計(jì)的5 000 mm爐喉直徑擴(kuò)大到5 300 mm，將爐身高爐降了降，爐身角卻保持沒有發(fā)生大的變化，設(shè)計(jì)為 84.71°，360m3高爐的爐身角為 84.2°，260m3高爐爐身角為84.3°。對比爐腰和爐喉煤氣的比值，設(shè)計(jì)高爐為0.55，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于360 m3高爐的0.47和260 m3高爐的0.45。爐型參數(shù)確定后，高徑比為2.77，與360 m3高爐的2.90的高徑比，爐體稍顯粗壯。詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)對比見表4。

表4 爐型設(shè)計(jì)對比表

3 實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證

蕪湖新興兩座600 m3高爐在生產(chǎn)后選擇了未休風(fēng)未發(fā)生外圍事故影響的七個(gè)月數(shù)據(jù)進(jìn)行了產(chǎn)量、燃料指標(biāo)和入爐風(fēng)量三項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和實(shí)際比較：

設(shè)計(jì)產(chǎn)量方面：七個(gè)月平均品位56.5%，平均產(chǎn)量2 348 t，按照設(shè)計(jì)參數(shù)58.75%的品位，以1%品位影響2.5%產(chǎn)量測算，計(jì)算如下：

2 348×[1+（58.75%-56.5%）/1%×2.5%]=2 480 t

日產(chǎn)2 480 t達(dá)到了設(shè)計(jì)系數(shù)4.0 t/（m3·d）、日產(chǎn)2 464 t的設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

燃料指標(biāo)方面：七個(gè)月平均燃料比524 kg/t，入爐焦比364 kg/t，煤比160 kg/t，根據(jù)設(shè)計(jì)煤比達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，入爐焦比方面按照品位提高1%，影響入爐焦比1.5%計(jì)算，計(jì)算公式如下

364×[1-（58.75%-56.5%）/1%×1.5%]=352 kg

入爐焦比達(dá)到352 kg/t，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)350 kg/t的目標(biāo)。

入爐風(fēng)量：七個(gè)月平均噸鐵耗風(fēng)量為990 m3。設(shè)計(jì)為1 118 m3，噸鐵相差138 m3，如果扣除品位影響，實(shí)際耗風(fēng)量更低。反應(yīng)了煤氣利用更好。

因此產(chǎn)量、燃料指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，噸鐵耗風(fēng)量也證明了實(shí)際燃料指標(biāo)較低，詳見表5。

表5 生產(chǎn)期平均數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值比較表

4 結(jié)論

1）高爐風(fēng)機(jī)選型時(shí)，可以按照指定燃料指標(biāo)設(shè)計(jì)，來確定噸鐵耗風(fēng)量，從而按照漏風(fēng)率10%，風(fēng)機(jī)效率95%來定型風(fēng)機(jī)型號(hào)的風(fēng)量。但是鼓風(fēng)濕度一定要考慮進(jìn)去，否則誤差較大。

2）風(fēng)機(jī)風(fēng)量選定后，一定要核定煤氣流速比，高徑比在2.7～2.8時(shí)，爐腰和爐喉直徑比值可按照0.55最佳，爐腹和爐腰煤氣流速比按照1.35～1.36。同時(shí)爐身角在84.7°，爐腹，80.84°煤氣利用效果較佳。

3）爐型設(shè)計(jì)時(shí)，一定要做好對比選擇，以廠內(nèi)原有高爐參數(shù)做對比，因原燃料水平基本一致。