邯钢高炉典型料制的实物模型模拟及径向参数解析

摘要本文利用高炉无钟布料实物模型，依据相似理论模拟邯钢5#高炉（2000m3）目前使用的

两种典型装料制度，解析了两种料制的料面形状、径向矿焦比、径向透气性分布等参数，为优化高炉

装料制度，提供了一种直观量化的研究手段。

关键词邯钢5#高炉；料制；实物模型；径向参数分析

Physical model simulation and analysis of radical parameters on typical charging

system of Han Steel Blast Furnace

Abstract in this paper ,according to BF no-bell charging physical model and similarity theory

simulating the two typical current changing systems of Han Steels's BF5 ,the burden surface 、

radial ore coke ratio 、radial permeating distribution and other parameters are analyzed which

provides an intuitive and quantitative research means for optimizing the BF charging system.

Keywords Han Steels's BF5;charging system; physical model; radial parameter analysis.

前言

无钟炉顶在高炉布料方面的优越性已被炼铁界广泛认知，虽经30年的发展和研究，时至今日，无钟布料这一技术在高炉操作方面仍有较大潜力可挖。深刻认识这一技术并应用好其优越的布料特性，对高炉改善操作指标、节能降耗、保持顺行长寿仍有十分重要的意义。

图1 按邯钢5#高炉（2000m3）缩小的实物布料模型

目前的高炉操作者主要通过监控十字测温、炉顶煤气分析等间接手段，来掌控煤气流的变化。对于炉料在炉内的分布，操作人员仍主要通过理论知识和开炉时测得料面形状及操作经验估计炉料的分布情况。如果高炉操作人员能获得所布料制的直观量化的料面形状，操作更加有的放矢，就会获得更好的操作指标。

本文通过按邯钢5#高炉（2000m3）缩小的实物布料模型，模拟生产现场目前使用的典型料制，并利用实物模型试验的便利条件，解析了两种料制的料面形状、径向矿焦比分布、径向透气性分布等参数，为高炉操作者提供了直观、量化的料制分布参数，对于推行高炉操作精细化，提供了一种有力的技术支撑。

实物布料模型见图1，模型依据5#高炉炉顶设备及炉身尺寸按10：1比例缩小，模型形状为棱台型，模型的外围用透明玻璃制作，便于测量和观察，所用试验炉料为现场实际的炉料按一定比例缩小的炉料，缩小的比例符合相似定理的要求，所以模拟布料操作有针对性和适用性[1]。

1 邯钢5#高炉目前使用的两种典型料制

1.1 第一种料制

邯钢5#高炉目前使用第一种料制如下，本文称此料制为1#料制：

O1234533332C123456322222

矿批：42t；焦批：9t；料线：1.3m

本模拟试验采用布料角度不变，矿批根据相似定理确定为：

矿批10kg ；焦批：2.1kg；料线：13cm

1#料制各角度的布料量见表1。

表1 1#料制各角度的布料量

α048 45.5 42.5 39.5 35.5 17 圈O 2 3 3 3 3 11圈

C 2 2 2 2 2 3 13圈O（kg） 1.44 2.14 2.14 2.14 2.14

C（kg）0.324 0.324 0.324 0.324 0.324 0.486

1.2第二种料制

邯钢5#高炉目前使用第二种料制，本文称此料制为2#料制：

O1234522333C123456122222

矿批：53.5t；焦批：10.9t；料线：1.2m

本模拟试验采用布料角度不变，矿批根据相似定理确定为：

矿批10.45kg；焦批：2.129kg；料线：12cm

2#料制各角度的布料量见表2。

表2 2#料制各角度的布料量

α050 48 46 43.5 41 37 圈O 3 3 3 2 2 13

C 2 2 2 2 2 1 11

O（kg） 2.41 2.41 2.41 1.61 1.61

C（kg）0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.2

2 模型试验测定两种料制径向参数对比

2.1 料面形状

图2 两种料制焦炭层在炉内的料面形状图3 两种料制矿石层在炉内的料面形

状

料面断面形状实质是一批料布入炉内后沿高炉径向断面的变化曲线，沿圆周的料面形状是高炉上部煤气流的调节分配器，可以通过其形状的稳定程度和煤气经过料柱行程的不同，调节煤气流的“物理分布”;所以合理的料面形状对高炉操作而言是至关重要的。那么怎样才算是合理的的料面形状呢？。

一般将炉喉料面形状划分为三部分：即边缘环带、中间环带、中心焦堆。边缘环带即边缘平台，中间环带即中间漏斗，中心焦堆即高炉中心区域的焦炭量。

焦炭平台的宽度、漏斗的深度是非常关键的参数，平台宽度过宽，漏斗深度过浅容易使料面过于平坦，造成中心边缘气流难于控制；平台宽度过窄，漏斗深度过深容易造成料面不稳定，料面容易发生塌陷变形现象，影响气流的合理分布。根据经验一般大型高炉焦炭平台宽1.5m左右，原燃料质量好，可适当加宽，原燃料质量差应适当缩小。漏斗的深度对于大型高炉以漏斗斜边的坡度要求小于17°[2]。

中心焦堆的焦炭量少，中心气流难以保证，如不及时调整，时间长则风量萎缩，会形成炉缸中心堆积，而焦炭量过多则会产生管道、崩料，煤气利用率低等问题。一般2000m3级高炉中心焦量都控制在30%~35%。

采用多环布料建立稳定的焦炭平台，形成平台漏斗形的料面形状，保持炉喉边缘及中心一定厚度的焦炭，炉况能够长期稳定顺行，

对邯钢5#高炉两种典型的料制进行模拟试验，利用所测的料面高度的数据绘图，两种料制焦炭层在炉内的形状见图2，矿石层在炉内的形状见图3，由图可见：（1）焦炭平台：2#料制基本上形成了靠近炉墙的焦炭平台，焦炭平台长度实测值为17cm，按相似比例放大应为1.7m；1#料制没有形成焦炭平台，在距炉墙1.3m左右形成堆尖。

（2）漏斗坡度：2#料制焦炭漏斗坡度30°，1#料制焦炭漏斗坡度25°，1#料制的坡度比2#料制的坡度缓。

（3）中心焦量：2#料制的中心焦量占边缘的26%，1#料制的的中心焦量占边缘的53%。

（4）矿的料面形状主要差别是边缘环带2#料制布矿多，1#料制布矿少，约少25%。

通过上述数据结合合理料面形状理论可知：2#料制比1#料制更符合合理料面形状的要求，但也存在着漏斗坡度大，焦炭平台相对较宽；中心焦量少，长时间采用此料制也会出现风量萎缩，中心堆积的问题。

2.2 径向矿焦比分布

矿焦比分布是炉喉纵断面中心到边缘矿层与焦层厚度之比，它代表着高炉径向各部位焦炭负荷的轻重程度，其径向分布曲线即为装料制度的特性曲线，通过曲线变化的幅度，可判