高炉内煤气流分布及合理控制

高炉内煤气流分布及合理控制

冯广斌曹锋袁苗苗马腾

（首钢长治钢铁公司）（安徽首矿大昌公司）

摘要：鉴于目前的钢铁形势和原燃料质量水平，优化高炉操作成为降低炼铁成本

的关键，而提高煤气利用是优化高炉操作的重要内容，合理控制炉内煤气流的分

布是提高煤气利用率的核心环节，因此如何控制合理炉内煤气流分布成为主要摸

索方向。本文结合长钢9#高炉生产实践，就煤气流的分布和控制进行了讨论。

关键词：煤气流分布；调剂手段；合理控制

高炉炼铁中，煤气流的分布关系到炉内温度分布、软熔带结构、炉况顺行、煤气的

利用状况和高炉长寿，最终影响到高炉冶炼指标。高炉操作也主要是围绕获得合理、适

宜的煤气流分布来进行的。鉴于目前的原燃料质量水平，进一步优化存在较大困难，降低炼

铁成本的方向就转向了高炉操作。研究炉内煤气流的分布状况对于高炉操作有着很重要的意义。本文主要围绕长钢9#高炉的生产实践，就如何控制合理的煤气流分布进行了研究，为

今后的生产调剂提供依据。

1.炉内煤气流分布的影响因素

高炉生产中热风从风口鼓入，需经过风口回旋区、滴落带、软熔带、块状带，最后从

炉顶料面排出，成为炉顶煤气。因而煤气流的分布受各区域透气性分布影响，自下而上

可分为风口回旋区的初始流分布、炉腰至炉身下部的煤气流分布和炉身上部的煤气流分布，

即煤气在高炉内的三次分布。

1.1风口回旋区煤气初始分布的影响因素

高炉风口回旋区对冶炼过程起着十分重要的作用。它的形状和大小反映了风口的进风状态，影响气流和温度的分布，决定焦炭的燃烧状态，影响软熔带的形状和位置，是炉况顺行

的基础。回旋区前端是死料堆，其透气性较差，对煤气流的阻力较大。而回旋区上方是松散

堆积的焦炭，并与软熔带相接，松散的焦炭床虽然有液态的渣铁滴落，但相对透气性较好，

对煤气流的阻力较小。

回旋区的形成和反应情况，将直接影响着高炉下部煤气的分布、上部炉料的均衡下降、

以及整个高炉内的传热传质过程。回旋区中燃料中的碳素与鼓风中的氧进行燃烧而产生煤气，所以，风口回旋区对煤气流分布的影响是极其重要的。回旋区的深度对高炉下部气流影

响相当大，过大或过小会造成中心或边缘气流的过分发展。不同炉缸直径需要不同的回旋区

直径与之匹配，炉缸直径越大，回旋区越深，以使煤气流向中心扩展，使中心保持一定温度，

控制焦炭的堆积数量，维持良好的透气性和透液性。但回旋区面积与炉缸面积比A1/A，随

炉缸直径增大而减小。

表1 不同炉缸直径的换选区深度（1000级以上）

13.4

12.5

9.89.410118.8

炉缸直径/m 7.7

1.88

1.7

回旋区深度/m 0.965

1.302 1.211 1.11 1.28 1.36

A1/A 0.44 0.460.470.3920.4110.52 0.47 0.48

燃料比/(kg/t) 526 513564545562505 444 431

利用系数/((t.m3)/d) 1.863 1.87 1.534 1.59 1.56 1.92 2 2.29 1.2高炉软熔带煤气二次分布的影响因素

高炉软熔带是料柱结构中透气性最差的区域。软熔层、矿石层、焦炭层三者之间的透气

性之比为 1 ： 4 ： 52，软熔层对煤气的运行阻力最大。因此，软熔带的结构、位置、形

状对高炉的强化、顺行及煤气利用程度影响很大。软熔带结构与矿石品位和矿石的高

温冶金性能有关，提高矿石品位和软化温度可降低软熔层的厚度和宽度，减小煤气运行阻力。而入炉矿焦层厚度比和炉内温度分布直接影响软熔带的位置和形状。焦炭层的透气性好，因而焦炭多的地方煤气流较为发展，该区域的温度就高，软熔带的位置也相应升高。

通过软熔带后，煤气被迫改变原来的流动方向，向块状带流去。所以在软熔带中焦炭夹层数及总面积对煤气流的阻力有很大影响，而这与软熔带的形状、高度、宽度和厚度有很大关系，它对高炉中部煤气流分布和块状带及炉喉煤气分布产生重要影响。

1.3块状带煤气三次分布影响因素

高炉操作主要通过调节装料制度和送风制度来控制煤气流的分布，其中装料制度决定了高炉的炉料分布，而炉料分布又直接影响煤气流分布及软熔带的形状。高炉煤气利用率主要受块状带的传热和化学反应现象影响，同时此区域的煤气流分布也影响压损和高炉顺行。而在块状带煤气流的分布主要受炉料的分布影响。高炉炉料的分布情况不仅影响软熔带的形状，而且对高炉的操作起到了决定性的作用。由于高炉布料的重要，带来了许多这方面的研究。研究表明，通过散料床的煤气流分布是不均匀的，且煤气流分布受料床的透气性变化影响，即受实际装料的影响。炉料透气性好将促进煤气流发展，反之则抑制煤气流发展，甚至导致悬料、管道等炉况的发生。在料面附近的煤气流分布也将受料面形状的影响而发生改变。而料层的透气性分布与炉料颗粒大小、矿焦比、空隙率等径向分布有关，而这些与高炉装料的装料方式、矿焦批重及炉料冶金性能有关。因而布料是高炉控制煤气流径向分布的最重要因素之一，它对高炉利用系数、能耗、操作稳定性等有很大影响。

2.炉内煤气流分布的判断

在生产中往往采用间接的方法，即用煤气中的CO2%、煤气温度、红外线热图像仪以及其他辅助数据判断煤气流分布。

2.1 CO2曲线

根据碳素守恒，高炉内CO+CO2总数基本为常数，变化不大，煤气流分布与CO的分布基本一致，所以CO2径向分布与煤气流分布也呈一定规律。CO2量低处，煤气流速高；CO2量高处，煤气流速低。CO2曲线也称煤气曲线。如图中的4种曲线就代表4种煤气分布：a 为边缘气流型，表示中心焦炭负荷过重，边缘气流过分发展，这会造成炉顶温度偏高，除尘器混合煤气中CO2低。这种曲线表示炉缸中心堆积，炉衬容易损坏，且燃料比升高。b为中心气流型，这种煤气分布，煤气利用率高，炉顶温底低，混合煤气中CO2高，焦比低，炉衬寿命长，是现代高炉生产的典型曲线；c为两道气流型，这种类型的煤气分布对炉料加工处理稍差的高炉比较适用，易获高产，但指标不如中心气流型好；d为管道气流，即CO2%最低点既不在中心，也不在边缘，而在发生管道行程的部位，这属于异常炉况，这时的煤气利用较差，处理不当，会伴随一系列异常炉况出现。

中心

CO2

图1 煤气CO2曲线