本钢北营新2#高炉布料矩阵的优化实践

本钢北营新2^#高炉布料矩阵的优化实践

李杰 王光亮

（北营炼铁厂新2^#高炉作业区 本溪市117000）

摘要：本钢北营新2^#高炉随着原料条件的改善，将布料矩阵由中心加焦的布料模式调整为“平台+漏斗”的布料模式，煤气利用率达到48.5%以上，燃料比降至510kg/t以下，炼铁成本显著降低。

关键词：布料矩阵 燃料比

1 前言

 本钢北营新2号高炉是由中冶京城设计，有效容积3200m³，采用西冶串罐无钟炉顶，于2014年7月26日投产。投产后，由于400㎡烧结机没有预期投产以及焦化设备和技术改造没完成，受原料条件限制，采用了中心加焦的布料模式，炉况稳定顺行，但煤气利用率低，消耗高。到2014年12月末400㎡烧结机各项配套工程完工，原料条件明显改善，将布料矩阵由中心加焦模式向“平台+漏斗”模式改变，并强化原料管理，有效保证了布料矩阵的稳定，各项技术经济指标得到大幅提升。

2 布料矩阵的优化

2.1 布料矩阵调整的意义和必要性

布料矩阵是大型高炉重要的基本操作制度之一，是控制煤气流分布的一种调剂手段。它的目的是依据炉顶装料设备的特点及原燃料的物理性能，采用各种不同的装料方法，改变炉料在炉喉的分布状况，达到控制煤气流合理分布，以实现最大限度的利用煤气的热能与化学能；它与下部调剂制度相结合，决定着高炉内煤气的分布和利用水平。在一定的原料和设备条件下，与热制度、造渣制度组成高炉稳定、顺行、高产、优质、低耗、长寿的必要和充分条件。煤气流的分布是否合理，这对于高炉顺行起到至关重要的作用。科学的分析布料规律，并根据原燃料条件，进行上下部调剂，确保高炉长期稳定顺行。

2.2 布料矩阵调整的基本原则

（1）矿石角位分布在距炉喉中心1/2半径以外的环带内。一般最靠近中心的布矿点与炉喉中心的距离达到炉喉半径的60—65%。

（2）焦碳角位数多于矿石，各角位上的焦碳环数倾向于平均分配。炉喉中心的焦碳要起“焦坝”作用，阻挡矿石特别是球团矿流向中心。

（3）最大的矿角大于最大焦角一个角位，或二者同角。

（4）根据炉喉直径和料流宽度，确定布料圈数，形成“边缘稳、中心活”的煤气分布格局。

（5）布料设备可靠，档位、环数与重量准确。

（6）与送风制度相匹配，对形成“下活，上稳”的格局，保证高炉的顺行。

2.3 布料矩阵调整的过程

新2号高炉开炉至今，共经历了三个阶段的矩阵调整，第一阶段主要是开炉初期受原燃料条件限制，确定了中心加焦模式的基础布料矩阵，虽然中心加焦模式抵抗原燃料条件变化能力较强，但燃料比偏高。第二阶段是原燃料条件有所好转后，结合北营降耗攻关要求，采用新型“平台+漏斗”布料模式，高炉各项生产指标得到稳定提升。第三阶段是布料矩阵优化期。“平台+漏斗”模式确定后，在生产实践中不断地对高炉主要参数进行总结、分析，最终确定新2号高炉合理的布料矩阵，高炉各项生产指标得到进一步提升。

2.3.1 基础布料矩阵的确定

新2号高炉开炉初期因原燃料供给紧张，供新1号高炉的400㎡烧结还未投产，烧结矿配吃300㎡及360㎡的混料，并且受300㎡及360㎡日产量影响，高炉槽存经常低位运行，严重影响烧结矿强度；焦炭由于转料困难，全部配吃4.3m的三焦，在反应性及热强度方面不及6.0m的一焦，鉴于短期内，新2号高炉原燃料条件不能得到有效改善，其中不稳定性因素较多，最终决定采用中心加焦的布料模式，以适应目前现有原燃料条件。

开炉前由北京神网新科技有限公司对：料罐最大容积、溜槽的最小布料角度、串罐炉顶设备的性能、溢流试验、FCG标定、料流最小布料开度及料流落下轨迹、料面形状、料面厚度、矿石焦炭料流碰撞点进行测定，以摸索炉顶布料设备特点，提供初始布料参数。

以原燃料条件、设备水平为基础，以开炉布料轨迹测量结果为依据，建立了中心加焦模式的基础布料矩阵（）。在开炉初期冶炼铸造铁结束后，炉温降至0.4%~0.6%之间，矿批逐渐加至88t水平，随着负荷的增加，煤比提高，对矩阵调整为（）,最终矩阵确定，此阶段煤气利用率在44.50%左右，燃料比平均为540-545kg/t，至11月份利用系数达到2.3t/d.m3左右。

2.3.2 布料模式的转型

12月份以后，400㎡烧结投入生产，以及焦化等配套项目的改造相继完成，原料条件明显改善，考虑公司对燃料比攻关要求，决定改变中心加焦布料模式，采用“平台+漏斗”布料模式。具体调整过程如下：

第一步调整：调整边沿及中心负荷，疏通两道气流。

增加边缘焦炭层厚度，改善料层透气性，同时边缘负荷由9.2减轻至7.5，中心负荷由0.8加重至1.8，焦矿同时减少档位，缩小矿、焦角差0.5°；具体如下：

1月7日调整布料矩阵：

第二步调整：轻边缘，顾中心，拉伸焦炭平台，形成中心漏斗。

取消中心加焦角位，保留最小档位布料圈数，以保证中心气流，焦角差由10°调整为13°，以搭建一定宽度焦炭平台，同时焦矿角同缩1°，缓解边缘不足。具体如下：

1月10日调整布料矩阵：

第三步调整：稳定焦炭平台，奠定布矿基础。

减小焦炭最小布料角位圈数，增加焦平台总体料层厚度，使软融带焦窗面积增加，料柱透气性改善，以及优化炉料与煤气流接触条件，实现煤气热能和化学能被充分利用。具体如下：

1月12日调整布料矩阵：

在上述布料矩阵的调整过程中，高炉炉况整体顺行较好，矿批90t，焦批19t，焦丁2.6t，压力、压差、K值较稳，下料均匀顺畅，基本无崩塌料现象，偶有小滑尺。风量5350m³/min-5450m³/min，压力380~385kpa，富氧9000m³/h，风温1220℃，十字测温中心T 450~700℃，边缘T 70~130℃，波动振幅较均匀，10段、13段炉身静压较稳，10段壁体温度无锯齿状波动。煤气利用率1月中旬即从44.50%上升至47.35%，燃料比从541.2kg/t降至518kg/t，炉温稳定0.3%~0.5%，PT 1500~1510℃，矩阵改进效果显著。

2.3.3 布料矩阵的优化

3月初，为了进一步提高产量、优化一氧化碳利用率，降低燃料比，将矿批由90 t/批增加至93t/批，焦批由19 t/批减至18.7t/批，风口面积由0.3947㎡扩大至0.4027㎡，调整矩阵如下：

矩阵优化后，焦角差10°，焦炭加权平均角34.56°，焦炭平台宽度1.36m，占炉喉半径比例30.32%，最大角落点距离炉墙0.45m。矿角差为6°，矿石加权平均角为37.65°矿石平台宽度0.84m，占炉喉半径比例18.75%，最大角落点距离炉墙0.34m，最小角落点距离炉喉中心3.32m，占炉喉半径之比为74%，与要求60%~65%相比略大。矿焦角差为3.08°，漏斗深度为1.88m，边缘负荷Fb=8.16，中心负荷Fz=1.75。主要参数变化如下：

（1）风量5450m³/min左右，压力、压差稳定，K值3.0~3.4，炉身静压波动较小，6~9段铜冷却壁水温差（2.5~3.0℃）温度稳定，10~16段冷却壁水温差（2.0~2.5℃）稳定，十字测温中心温度600~700℃，边缘温度65~115℃。

（2）尺型较好，下料均匀顺畅，无停滞或塌落现象。

（3）3月份一氧化碳利用率实现48.17%，FR 平均513kg/t。炉温0.35~0.50%，PT 1500~1510℃，炉渣R₂=1.15~1.18，渣铁流动性好，生铁含S≤0.030%，一级品率100%。

从以上结果分析，矩阵优化后，矿石布料角度整体外移，同时考虑内环档位面积小，并保证炉料呈层状下降，稳定软融带气流分布，从第二档位开始将各档位圈数依次递减。另外，为形成较深的中心漏斗，及稳定的焦炭床结构，焦炭档位减少至5档，同时各档位相应增加布料圈数，以保证焦窗面积及气流良好分布，再有就是焦炭最小档位布料圈数增加至4圈，以防止矿石向中心滑落，在保证煤气利用率的同时，保证高炉中心气流的通畅。

2.3.4 月份指标参数

新2炉自开炉以来，经过各方面的改进，煤气利用率显著提升，燃料消耗大幅度下降，具体参数见表1：

表1 新2炉部分月份指标

3 加强原燃料管理

3.1 稳定原料结构

   全部配吃干熄焦，其中25%～30%的焦炭为6m焦炉生产的焦炭，70%～75%的焦炭为4.3m焦炉生产的焦炭，其焦炭成分见表2。烧结矿由300㎡及360㎡烧结机供给，10%～15%为300㎡烧结机的烧结矿，85%～90%为360㎡烧结机的烧结矿，其成分见表3。

表2 焦炭成分

 表3 烧结矿成分

   为稳定原料质量，建立质量跟踪体系，从原料的生产到入炉，建立详细的的数据库，在运转、筛分、布料方面严格控制，并不定期进行质量抽检，及时反馈，发现出现波动，及时调整。

3.2 加强原料筛分管理

3.2.1 筛网管理

调整部分筛网规格：焦丁由单层5mm筛网调整为单层10mm筛网；块矿由双层5mm筛网调整为单层4.5mm筛网 ；球团由单层5mm筛网调整为上层5mm、下3mm双层筛网。并且每周检查筛网情况，做到定期更换，在保证筛分的情况下，减少了返矿量。

3.2.2提高筛分效率，减少粉末入炉。

在保证正常上料的前提下，将筛分速度控制在最小，提高筛分效率，其调整后各种原料的筛分速度见表4： 

表4 原料筛分速度

3.3 优化炉料结构

正常炉料结构为14%～17%球团+8%澳矿+75%～78%烧结矿。根据各种原料的物理性能，合理安排炉料的排料顺序：30%～35%烧结矿+14%～17%球团+8%澳矿+43%～45%烧结矿，避免球团向漏斗内滑落。

焦炭采取分级入炉，15mm～25mm的小焦与矿石一起入炉，焦丁排在烧结矿的前部，经过中间斗混和后，占整个料段的三分之二，改善了矿层的透气性，并且有利于形成一定的边沿气流。稳定焦丁比在50kg/t，并根据小焦的仓存量，增减10mm～15mm的外进焦丁用量，避免小焦外排现象，减少外排焦丁运输费用。

3.4 加强布料管理

开炉装料过程中测定FCG曲线，生产中坚持定时校核曲线，根据矿焦批大小、矿焦粒度组成、料流调节阀使用时间等设定合理的料流调节阀开度，保证各档位布料量精确且无缝隙衔接，实现了矿石外环实际布料量误差0.2%以内，中心环布料量误差在3%以内，焦炭外环实际布料量误差在1%以内，中心加焦布料量误差在5%以内。此外利用休风机会校核探尺零位和溜槽倾角，及时修正布料误差。

4 结语

配合矩阵的调整，合理调节送风制度、冷却制度、炉前操作、热制度等，同时强化原料管理，北营新2号高炉布料矩阵的优化取得了成功，实现了提高煤气利用率，降低燃料消耗，达到高炉长期稳定运行的目标。