陈智平 葛继科
（陕西龙门钢铁公司炼铁厂5号高炉）
摘要 为适应新常态、应对新挑战，龙钢公司炼铁厂5号高炉从2016年9月份进行大矿批使用，取到了良好的冶炼效果
关键词 高炉 装料制度 大矿批
1 前言
高炉操作的关键是在强化冶炼过程中，如何保持炉况长期稳定顺行，以获得良好的技术经济指标。适宜的装料制度是高炉炉况稳定顺行的重要因素。装料制度与送风制度的有机结合是高炉获得“优质、低耗、长寿、高效”的关键因素。大矿批已在许多骨干钢铁业中成功使用，并取得了良好的经济效益。5号高炉在2016年9月进行大矿批试验，取得了成功。
2 高炉状况及原燃料条件
2.1 高炉状况
5号高炉高炉于2014年12月31日点火投产，有效容积为1800m³，采用串罐式螺旋布料器以及水冷炉喉钢砖，下料罐有效容积35 m³，布料器采用西冶PW型。
2.2 原燃料条件
焦炭使用全一级焦，成分、强度指标见表1。
矿石使用80%高碱度烧结矿+15%球团矿+5%生矿，成份见表2、表3
3 装料制度理论基础
批重的大小对高炉煤气流的稳定性和煤气利用的好坏起着决定住作用，扩大矿石批重能促进矿石的均匀分布，合理布料，优化煤气流分布，可以稳定上部煤气流，可提高煤气中CO2含量，提高煤气利用率，同时使热风所带有的热量能够充分传递给炉料。增加高炉内铁矿石的间接还原度。煤气中的CO2含量提高I%，炼铁燃料比下降20kg/t。铁矿石间接还原是个放热反应，而直接还原是个吸热反应 所以，我们要采取大矿批操作，努力提高矿石的的间接还原反应，同时采用合理的道风制度，在风口前形成较长的循环区，使煤气的初始分布向中心延伸，减少中心死料柱，改善炉缸中心的透气性和透液性，解决煤气流和炉料逆向运动之间的矛盾，煤气流分布均匀合理。促进高炉生产顺利，形成“上稳、下活”的格局，降低燃料比。
4 批重的选择
合理的炉料分布结合适宜的风速可以得到合理的煤气分布，这是高炉稳定运行的基础。炉料分布合理的标志是： 焦炭层和矿石层的厚度适当；环向分布均匀；径向分布：炉子中心矿焦比最低，由中心到边沿矿焦比逐渐升高，到靠近边沿处矿焦比艾略有下降。
4.1焦批重的选择
焦层的厚度由批重决定，大高炉的炉喉焦炭层厚在0.60～0.75m，不宜小于0.5m.，5号高炉的炉喉直径为8米，根据经验焦炭批重(t)约等于0.03dl3，(dl 为炉喉直径，m)，可知5炉的焦炭批重应该接近14.2吨， 而正常生产时焦炭水分稳定在4%～6%，因此确定干焦炭批重为13.5t，炉喉焦炭层厚度为0.634m 。
4.2矿批重的选择
矿批重决定炉内料层的厚度对炉料在炉喉分布影响很大，批重小时布料不均匀，小到一定程度，将使边缘和中心无矿石。批重增大，则矿石分布均匀，相对加重中心而疏松边缘，而且软熔带气窗增大。料柱界面效应减小，有利改善透气性。在生产中随着枇重的逐淅扩大，中心会出现加重而边缘相对疏松，致使风量减少. 因此矿批重有一个临界值，当批重大干临界值时，随矿石批重增加而加重中心，过大则炉料分布趋向均匀： 当批重小于临界值时，矿石布不到中心, 随批重增加而加重边缘或没有明显影响，它与炉容、原燃料、设备、操作水平、啧吹大小、冶炼强度等有着一定的关系。
龙钢5号高炉的炉料粉末比较多，料柱透气性较差，为防止微变区批重可能使边缘和中心都发生堵塞，选用缓交区批重，外围的少许波动不至于引起气流较大的变化，适当批重还可以调节煤气流分布，根据国内外同类型高炉生产经验，确定目标为焦比(410kg/t，根据矿焦比计算矿石仳重。
扩批重：13.5÷410×1000÷57.5﹪≈57t
（矿石综合入沪品味57.5%)
4.3 α角的选择
α角是指溜槽与高炉中心线的夹角. 最大矿角（α最大矿） 决定了矿石在正常料线情况下的料面落点与炉墙的距离，对边缘气流的发展程度起着决定性作用，5号高炉根据原燃料条件，利用休风机会对炉顶布料器的溜槽角度进行了测定(表5) ，并确定α最大矿48.5º，保持矿石落点与炉墙0.5m 左右的距离。
5 方案实施
9月24日开始加矿批，根据炉况的适应性逐步由49吨加至56～57吨，并且取得了长期的稳定顺行，获得圆满成功。
5.1 稳定焦炭批重，创造稳定的焦炭平台稳定中心气流
如何采取措施保证中心通畅和边缘气流的稳定是实行大矿批冶炼的前提。高炉中心通畅的条件，一是中心负荷要轻，中心焦炭量应占全部焦炭的30%以上：二是矿石落点与炉喉中心的距离占炉喉炉喉半径的比例要大，以保证中心负荷轻。
无料钟高炉通过旋转溜槽进行多环布料，易形成一个焦炭平台。即料面由平台和漏斗组成，通过平台形式调整中心焦炭和矿石量。平台小，漏斗深，料面不稳定；平台大，漏斗浅，中心气流受抑制。由于料流小而面宽，布料时间长。矿石对焦炭的推移作用小，焦炭料面被改动的程度轻，平台范围内的O /C比稳定，层状比较清晰，有利于稳定边缘气流. 所以寻找合适厚度的焦窗平台对稳定煤气流起着决定性作用。而且焦炭平台对控制炉内的O / C比、粒度分布有重要作用，所以在日常操作中不宜多作变动。适宜的平台宽度由实践决定，一旦形成，就保持相对对稳定，不作为调整对象。
根据国内经验，大中型高炉焦窗的层厚要大于0.5m. 先前5号炉的焦炭批重为12～12.5吨，焦窗层厚度小于0.5米，矿石落入炉内时，对其下的焦炭层产生推挤作用，使焦炭产生径向迁移。矿石落点附近的焦炭层厚度减薄，矿石层自身厚度则增厚，在炉喉圆周上出现无焦区域，气流不稳定，导致风压不稳定：炉堠中心区焦炭层在矿石对焦炭的推移过程中却增厚，矿石层厚度随之减薄，由于炉喉直径大，推向中心的焦炭阻挡矿石布向中心的现象更为严重，以致中心出现无矿区.
根据上述特征，5号高炉在实践生产中将焦炭批重由12.5吨提高到现在的13t，焦窗的厚度提高到0.62m，大大提高了焦窗的厚度，减轻矿石对焦炭推移作用，有效地提高料柱的透气性. 由于焦炭平台是根本性的, 在生气过程中调整焦炭负荷时，采取稳定焦批，调整矿批重, 以使焦炭层相对稳定，保持焦窗的稳定性和透气作用，这样即使在原燃料条件相对较差的情况下对稳定煤气流仍起到良好效果.
5.2 通过中心适宜的加焦量提高料枝中心的透气性，活跃炉缸
中心加焦是保证中心通畅的有效手段，中心加焦就是借助从炉顶向高炉中心添加少量焦炭量来减小高炉中心狭小范围内的矿焦比，使中心透气性改善，引导更多气流通过。由于中心透气性好，温度高，有助于形成倒V 形软熔带，以确保顺行，可以使高炉长寿、低耗、高产。生产中通过增加中心焦炭布料环数、降低中心布料档位来控制中心焦炭量达到焦批的20%左右，中心O/C 大大减小，高炉透气性改善(见图1)。
5.3保持较高的风速和较高的鼓风动能
创造近似“喇叭花”形煤气曲线，合理的送风制度是基础。在风口前形成较长的循环区，使煤气的初始分布向中心延伸，减少中心死料柱，改善炉缸中心的透气性和透液性，对形成“上稳下活”的恪局是非常重要的 送风制度主要是保持适宜的风速和鼓风动能以及理论燃烧温度，使初始煤气流分布合理，炉缸工作均匀活跃，热量充沛、稳定。
5.4加大矿批
龙钢一直因原燃料质量和操作认识水平，矿批一直维持在43～45.5吨，难以突破，2016年为实施低成本战略，炼铁厂寻求新的突破，从9月份开始逐步加大矿批。加大矿批过程见图2。
5.5优化装料制度，提高料柱透气性
粉末多的炉料会有填充作用，使炉料之间的空隙度缩小，所以对炉料进行筛分后分级入炉，对降低压差，节焦有好处：因此将小块焦（焦丁）混入矿石之中，有效地提高矿石的透气性的同时提高矿石的间接还原度，将煤气引向中心，使炉内形成利于顺行的倒V 型软熔带，改善了矿石中心部位的透气牲和流畅性，从而保证煤气流的稳定性。
5.6实践“矿角大于焦角”的布料
增大矿角，创造中心畅通、边缘稳定的煤气流。边缘稳定的一个重要标志是冷却璧温度稳定，特别是下部铜冷却壁段，温度波动小，渣皮稳定。
5.7 造渣制度和热制度的调整
造渣制度和热制度不合适时，会影响煤气流分布和炉缸工作状态，从而引起炉况不顺。大矿批冶炼后，高炉的煤气利用必然会发生变化。也会影响高炉的热状态，从而会导致造渣制度的变化。因此5号高炉总结以往操作实践经验，摸索出大矿批冶炼的热制度和造渣制度。规定渣碱度R：1.14-1.18，[si]0.35-0.5%，物理温度：1500～1530℃
6 大矿批冶炼的实际效果
在采取以上保障措施后，龙钢5号炉的批重由以前的43～45.5t 逐步扩大到现在的56～57t，高炉稳定顺行，煤气利用大大提高，提高了综合冶炼强度，燃科比、焦比逐渐降低，高炉稳定顺行状况明显改善，风压、压差合适，透气性改善，料尺下料均匀，无崩料、塌料现象，零悬料的历史最好水平，[Si]稳定在0.4%左右，物理温度> 1500C ，生铁质量大大改善，生铁含[S]下降，一级品率月平均在95%以上。
由于稳定的焦窗和大矿批的相组合。高炉气流稳定，煤气利用提高(见图4) ，炉况顺行，各项指标迅速提高(见图5) .
结语
龙钢5号高炉将批重由以前的43～45.5t扩大到现在的56～57t，实行大矿批强化冶炼，通过实行中心加焦技术，稳定焦窗平台，实行”大α角、大矿角”布料，提高了煤气利用，实现了边缘稳定、中心畅通的气流，取得了良好的技术经济指标(见图6) 。
① 坚持焦炭枇重13.5t 不变，稳定焦炭平台，稳定了气流：同时较厚的焦炭层减少了矿石对焦炭的推移作用：提高了焦碳在块状带、软融带焦碳层的厚度，使煤气流顺利通过，降低压差，有利于高炉操作稳定。
②中心加焦技术的应用保障了中心气流的畅通，减弱了大矿批对中心气流的抑制作用，为大矿批的冶炼创造了前提条件.
③焦丁和矿石混装入炉，改善了中心部位矿石的透气性和畅通性，稳定气流。