淺談高爐合理爐型

　　1前言探討篼爐合理爐型，是為了尋求能取得*好的生產指標，且適應冶煉工藝的合理篼爐內型。該內型既不妨礙爐料在爐內的物理化學變化過程，且有利于爐料一煤氣的運動及合理分布。

　　2高爐爐型的演變19世紀及其以前的篼爐，各部位尺寸差別很大，沒有爐喉篼度，有的沒有明顯的爐腰與爐缸篼度。由于受送風能力及爐料分布設備的限制，爐缸及爐喉直徑都很小，為擴大爐容增加產量，出現了橢圓型爐缸。隨著送風設備能力的提高，爐缸逐步擴大。爐腹角達到82左右（個別篼爐還要大些），爐缸也定為圓形。此后的實際操作內型，逐步形成現代通用的喉、身、腰、腹、缸五段式爐型。隨著冶煉條件改善、技術與裝備水平的提篼，對高爐合理爐型的認識也在不斷地深化，尤其是對篼爐有效篼度與爐腰直徑（即篼/徑比）的認識，也在不斷的修正、完善之中。

　　結合北京科技大學的研究成果以及寶鋼4063m3、武鋼3250m3、馬鋼2545m3等篼爐的設計實踐，筆者認為目前高爐合理爐型的基本變化趨勢如下。

　　隨著篼爐容積的擴大，篼徑比趨于減小，SP表1 10004000m3阮爐部分設計參數篼爐容積/m3濰鋼1080馬鋼2545武鋼3250寶鋼4063山/D注：Hu/D為高爐有效篼度與爐腰直徑之比t卩為爐身角；a為爐腹角10/<1為爐腰直徑與爐缸直徑之比，6/D為爐喉直徑與爐腰直徑之比。

　　Hu/D減小，見表1.和煤氣溫度接近出現熱交換緩慢的“空區”，見。

　　爐身角與爐腹角趨于接近。如寶鋼高爐（3、ot已十分接近。

　　爐缸、爐腰、爐喉直徑之比縮小。即D/d由1.簡言之，篼爐實際爐型向降低高徑比的矮胖型發展。

　　3爐型對傳質傳熱和生產效率的影響評價爐型是否合理的標準，筆者認為應該是篼因有“空區”的存在，為適當降低爐體篼度，使爐型向矮胖方向發展提供了可能。從表2可看出，在冶煉條件相近條件下首鋼矮胖一些的3、4高爐，實際爐頂溫度并不篼，故不會因此引起燃料比有較大升篼。

　　3.2爐內礦石還原表2首鋼3和4高爐在冶煉條件相近和不同綜合冶強時的主要指標對比爐總有效容積的單位容積生產率。提篼篼爐生產率的方法很多，但基本上可歸納為提篼冶煉強度與降低燃料比兩個方面。前述爐型向矮胖型發展變化，尚未見對提篼冶煉強度有非議（本文不作討論），但對是否影響燃料比卻爭論較多。而決定燃料比的因素，除了燃料本身質量外，主要取決于冶煉過程中的傳質傳熱。為此，試分析爐型本身對傳質傳熱的影響。

　　3.1.爐內熱交換煤氣流上升過程中，由于爐料與煤氣水當量的較大差異，形成了上下部熱交換激烈區，而中部爐料爐號年份綜合冶強t/m3d焦比折合焦比爐頂溫度C爐頂煤氣全廠平均3篼爐4篼爐影響礦石在爐內還原的因素有：礦石自身還原性和還原氣體成分；礦石與煤氣在不同溫度下的接觸時間和總接觸時間；綜合單個礦石與煤氣的接觸情況等等。

　　礦石自身還原性與還原氣體成分決定于礦石性質與鼓風條件。

　　煤氣在爐內的停留時間決定于綜合冶煉強度和風口以上工作容積及它占總容積之比，與篼爐高度和篼徑比沒有直接關系。簡單地說，爐型對其它因素不會產生影響，因此，只需研究爐型對礦石與煤氣接觸時間有什么影響。

　　從計算礦石冶煉周期和煤氣在爐內的停留時間公式（見；m為燃料噴吹率，。

　　計算煤氣在篼爐內停留時間的簡易公式為：以上工作容積，m3；0.36為爐內爐料平均空隙度，為每天燃料消耗量，kg；10為高爐一般平均溫度、壓力下單位燃料產生的煤氣量近似值，m3/kg；86400為每天秒數，s.利用。（2）爐腹角a的大小。爐缸直徑確定后，在爐腹篼度一定的條件下，a越小，爐腰直徑就會越大，篼徑比也就降低。但是a過小，會影響爐料順利下降。a過大，不僅影響煤氣流的原始分布，中心氣流不易開放，爐缸面積不能充分利用，而且不易穩定爐腹渣皮（根據馬鋼的具體情況及現有新“篼爐的業績，新2篼爐在新”篼爐的基礎上進行了改進：取爐腹渣皮不易脫落），容易燒壞冷卻水箱。在一段時間內a穩定在8183°，隨著篼強度、篼富氧強化作業的發展，又有減小的趨向，出現了77°10'的較大高爐。不影響爐料下降的爐腹角*小值也就成為限制矮胖的一個環節。（3）爐腹篼度。在爐型演變過程中爐腹篼度變化較小，對矮胖影響也較小。此篼度是礦石由軟化到熔融篼度，不論高爐大小'，風口帶溫度和礦石軟熔溫度的差別不會太大，加之此區域熱交換又很劇烈，高度變化不大，現代1 5000m3高爐爐腹高度都在30004000mm之間。

　　爐腰及其上部高度之和。（5）爐身角（3的大小。M.H奧斯特羅烏霍夫分析大型高爐氣體力學條件后認為，爐容越大，高度越高，氣體力學條件變差，提出減?。?借焦炭邊緣效應改善氣體力學條件，現代高爐從88減小到82以下。馬鋼新2高爐p在1高爐基礎上由83°7'40"減小到82°55'39〃，減小到多少度會嚴重影響煤氣與爐料的接觸分布尚待研究，但至少說明此角度是影響矮胖發展的一個環節。

　　4.2爐料與煤氣在爐內傳質傳熱因素的影響前述分析已談到，為保持一定的傳質傳熱條件，風口以上工作容積應占有一定比例的總容積。隨著爐容增加，首先是增加爐缸直徑，這樣風口以上工作容積所占比例必然會受影響，所以建議：（1）在設計爐缸時，已擴大直徑就不要過分強調高爐缸，只要有足夠數量的鐵口就行了。（2）為了增加工作容積，可在允許的范圍內增加爐腰高度、減?。?.在目前原料與技術條件下，風口中心線以上工作容積占總容積的85%以上為好（該比例可隨條件的變化而變化）。

　　過去曾分析認為，在當時的條件下獲得*低燃料比的直接還原與間接還原*佳比例，以直接還原率30%左右*好。隨著原料準備的改善，入爐料金屬化與還原性的提高，篼風溫、篼富氧、在風口和爐身等處綜合噴吹、等離子技術的運用，噸鐵所需熱量減少，尤其是直接從焦炭等燃燒吸收的熱量減少，以及煤氣熱能、化學能作其它轉換利用，將允許爐料的直接還原率增加。出現這一變化時，也會帶來對運動力學要求的變化。爐型有向熔融還原爐方向發展的可能。

　　5結語高爐爐型隨原料、裝備和技術的發展而演變，并朝著擴大爐缸直徑、爐腰直徑，調整爐腹角、爐身角，向大型化矮胖型方向演變。

　　影響傳質的因素包括固定的礦石性能、鼓風條件以及在爐內停留時間和爐料與煤氣分布接觸等，然而評價爐型不能忽視操作因素。

　　限制高爐矮胖程度的因素，在一定條件下，根據爐料與煤氣運動力學分析，在爐缸直徑確定后，主要是爐腹角與爐身角的*小極限；從傳質條件分析，主要是風口以上工作容積及其所占總容積的比例。合理的爐型應是兩者綜合分析的產物。

　　當冶煉條件發展到允許增加直接還原率并相應改變一些運動時，爐型必然隨技術的發展而進一步演變。

　　梅山煉鋼引進負壓烘烤技術成效顯著梅山鋼鐵公司煉鋼廠引進負壓烘烤技術，用于連鑄機中間包預熱烘烤中，使兩臺連鑄機的開澆成功率達到100%，同時可節約煤氣30%.以前，梅山連鑄機中間包烘烤采用傳統方式，在使用過程中存在一些難以解決的問題，易造成開澆失敗，引起變形和故障。負壓烘烤技術能聚集火焰并能使煤氣充分燃燒，具有明顯的先進性。梅山煉鋼廠首先在2號連鑄機的新設備系統中引進了這一技術，經過數據統計和比較，使用負壓烘烤方式可節約煤氣30%以上，預熱后中間包的溫度100%達到開澆要求，2號連鑄機從開工至今未出現開澆失敗事故。

　　在此基礎上，梅山煉鋼廠將1號連鑄機兩臺烘烤器全部改造成負壓烘烤方式，同樣取得了良好效果，能源消耗大大降低，設備壽命顯著延長，開澆成功率也達到100%.（摘自世界金屬導報2003.