殷寶龍，陳建巧，龐師艷

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 濟南271104）

1 前 言

工業(yè)實踐及實驗室研究證明，焦炭和礦石在爐喉水平面的各點呈現(xiàn)比例和層狀分布，在高爐運行過程中，爐喉料層中的礦焦層分布對高爐煤氣流分布、軟融帶形成、料柱透氣性起著至關(guān)重要的作用。同時通過布料，還可以預(yù)防、處理一些高爐冶煉過程發(fā)生的異常事故，包括高爐爐墻結(jié)厚、管道行程、懸料及崩塌料、邊緣過重、渣皮異常脫落、有害雜質(zhì)去除等。裝料制度作為高爐重要操作制度之一，其基本參數(shù)的精確測量和計算對高爐爐況的穩(wěn)定及經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的提升具有重要指導(dǎo)意義。高爐冶煉工作必須掌握高爐布料規(guī)律。萊鋼6#1 000 m3高爐于2019年1月19日大修后點火開爐。開爐前，籌劃1次48 h布料測試，測試采用了先進的3D掃描技術(shù)和激光雷達掃描技術(shù)，對布料設(shè)備參數(shù)和過程控制參數(shù)進行了精準(zhǔn)的檢測和分析，得出本高爐布料系統(tǒng)的詳細參數(shù)，為高爐順利開爐及正常生產(chǎn)運行提供了重要調(diào)劑參考依據(jù)。

2 裝料測試內(nèi)容

萊鋼6#高爐布料測試測量設(shè)備采用激光雷達、3D 掃描儀以及附屬設(shè)備等，主要進行設(shè)備校核和布料參數(shù)兩個方面的檢測。

設(shè)備校核，對溜槽傾角、溜槽內(nèi)壁參數(shù)、爐體各部位尺寸及爐容、爐缸尺寸等進行掃描，同時分析一字測溫對料面的影響。

布料參數(shù)測量主要是根據(jù)高爐裝料制度的實際需求，對料流閥開度與料流量之間的關(guān)系曲線（FCG曲線）、不同料線爐料極限角、料流軌跡、寬度分布等進行檢測。

3 測量結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 設(shè)備校核

3.1.1 溜槽傾角校核

測試之前，將溜槽沿β角旋轉(zhuǎn)至正對大方孔位置，利用3D掃描儀對溜槽內(nèi)表面進行實際掃描和內(nèi)型重構(gòu)，按照設(shè)定的溜槽傾角，掃描多個不同的傾角，測定實際傾角，并同設(shè)定值進行對比。為了減少測量誤差，測試過程采用多個角度。溜槽傾角測量結(jié)果見表1。正常生產(chǎn)使用的溜槽傾角平均誤差是0.065 6°，整體趨勢一致，溜槽傾角比較準(zhǔn)確。

表1 溜槽傾角測量結(jié)果 °

3.1.2 初始爐型掃描

在高爐開始布料前，對高爐初始內(nèi)型進行掃描，得到高爐3D初始內(nèi)型，并對內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進行校核，從而確定高爐的實際爐容。從掃描結(jié)果可以看出，萊鋼6#高爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掃描值與設(shè)計值對比，偏差甚微。如表2所示，對初始爐型各部位尺寸掃描結(jié)果進行計算，得出高爐總?cè)莘e為1 151.10 m3，略大于設(shè)計值。分析隨著幾代爐役的運行，爐體內(nèi)襯冷卻壁侵蝕變薄，致使內(nèi)部爐型有所擴大。

表2 高爐實際測量爐型尺寸

3.1.3 一字測溫對料面的影響

高爐內(nèi)料面均勻性除了受裝料制度影響，還受十字測溫大桿影響。萊鋼6#高爐爐喉處煤氣測溫采取一字測溫模式，即安裝兩支測溫大桿（通常安裝4 支），如圖1 所示。從測量結(jié)果看出，一字測溫下部料線較其他區(qū)域略深；從徑向分布情況看出，一字測溫下部區(qū)域無法形成較為明顯的平臺；由于只采用兩支測溫大桿，計算影響區(qū)域面積不足爐喉料面的5%，綜合得出，一字測溫對整體料面分布影響不大。

圖1 一字測溫大桿下方料面形狀

3.2 布料參數(shù)檢測

3.2.1 料流量與節(jié)流閥開度關(guān)系曲線的測定

開爐裝料過程中，從凈焦開始，每布一批料，記錄整理包括批次、類型、料流閥開度、放料時間、布料矩陣等參數(shù)。根據(jù)記錄內(nèi)容繪制圖2 所示料流量與料流閥開度之間的關(guān)系曲線。根據(jù)測量曲線，確定料流量與開度之間的關(guān)系曲線方程以及R2值。本次布料測試給出焦炭的FCG曲線方程為：

式中：Y為料流量；x為節(jié)流閥開度。

由于開爐過程中使用的焦炭粒度分布同正常生產(chǎn)有所差別，因此正常生產(chǎn)時可能會產(chǎn)生一定的偏差，隨時可以進行FCG曲線的修正。

3.2.2 料流軌跡測定

圖2 FCG曲線

高爐不同料線的極限角對上部布料矩陣的制定和優(yōu)化有著關(guān)鍵影響。角度超過極限角，入爐料會對高爐爐喉鋼磚上部噴涂料以及鋼磚變形造成較大的影響，磨損加速；同時爐料落入爐內(nèi)形成亂料，對爐喉料面氣流控制造成不確定性。測量過程中，通過不斷調(diào)整溜槽傾角進行布料，使?fàn)t料料流上邊緣恰好碰到特定料線處的爐墻，定義為爐料在特定料線下的最大極限角度。如圖3、圖4所示，采用激光雷達軌跡測量設(shè)備，對不同爐料不同傾角的料流軌跡進行掃描，測定爐料碰撞點和料流距爐墻距離，并匯總測量數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 焦炭碰撞點及不同角度料流至爐墻距離

圖4 礦石碰撞點及不同角度料流至爐墻距離

表3 焦炭和礦石料流軌跡參數(shù)

由以上焦炭和礦石不同溜槽傾角下的撞擊點分布，結(jié)合高爐離線模擬模型，得到不同料線下的爐料極限角度分布，如表4所示。

3.2.3 料流徑向分布與料線及傾角關(guān)系

開爐及正常生產(chǎn)中，進行料線和布料矩陣調(diào)整時，調(diào)劑幅度把握需可靠的數(shù)據(jù)支撐。通過實際測量數(shù)據(jù)，結(jié)合離線模擬軟件的校驗，得到不同傾角不同料線情況下，焦炭與礦石內(nèi)外與質(zhì)心落點數(shù)據(jù)，如表5、表6 所示。不同傾角情況下，料線變化100 mm，焦炭與礦石徑向料流變化數(shù)據(jù)，如表7、表8 所示。不同傾角情況下，徑向料流變化100 mm，焦炭與礦石傾角變化幅度數(shù)據(jù)如表9、表10 所示。以下落點數(shù)據(jù)是開爐焦礦批重和圈數(shù)狀態(tài)下獲得的數(shù)據(jù)，正常生產(chǎn)中，以實際批重和圈數(shù)修正對應(yīng)落點數(shù)據(jù)。

表4 不同料線極限角（外落點打墻）的數(shù)據(jù)

表5 不同傾角不同料線焦炭內(nèi)外與質(zhì)心落點 m

表6 不同傾角不同料線礦石內(nèi)外與質(zhì)心落點 m

表7 焦炭料線變化100 mm對應(yīng)料流徑向變化量 m

表8 礦石料線變化100 mm對應(yīng)料流徑向變化量 m

表9 焦炭料流向內(nèi)移動100 mm對應(yīng)角度變化量 °

3.2.4 料流寬度

高爐生產(chǎn)運行中，料流寬度對爐喉處礦焦平臺分布起著關(guān)鍵作用，掌握其變化規(guī)律，對高爐上部氣流調(diào)控至關(guān)重要。料流寬度是指不同料線下爐料內(nèi)外落點邊緣的距離，如表5和表6數(shù)據(jù)，其內(nèi)外落點數(shù)據(jù)差值即為料流寬度。高爐布料中，受料流閥開度、料種、原料粒度、溜槽內(nèi)壁摩擦系數(shù)等因素影響，料流寬度存有一定的差異?？傮w來看，越靠近中心，料流寬度越窄；受科氏力的影響，靠近邊緣，料流寬度越寬。

表10 礦石料流向內(nèi)移動100 mm對應(yīng)角度變化量 °

3.2.5 實時全程紅外線成像觀測

萊鋼6#高爐采用紅外線爐頂成像技術(shù)，如圖5所示，進行布料溜槽、布料過程、料面分布、探尺工作及氣流變化的在線觀測。正常生產(chǎn)中，上部調(diào)劑將以本次布料測試數(shù)據(jù)為重要依據(jù)，結(jié)合實時紅外成像技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)了布料制度的在線靈活、精準(zhǔn)調(diào)整，為爐況長期穩(wěn)定運行提供保障。

4 結(jié) 論

4.1 布料測試結(jié)果顯示，萊鋼6#高爐溜槽傾角設(shè)定值和測量值平均誤差是0.065 6°，且整體趨勢一致，溜槽傾角比較準(zhǔn)確。

圖5 不同氣流狀態(tài)下的紅外線爐頂成像

4.2 根據(jù)初始爐型掃描結(jié)果，可以得出高爐初始爐型各段實測值與設(shè)計值偏差很小。高爐總?cè)莘e為1 151.10 m3，其中死鐵層總?cè)莘e為149.5 m3。高爐爐型容積擴大與內(nèi)襯冷卻壁侵蝕變薄有關(guān)聯(lián)。

4.3 在正常料線范圍內(nèi)，一字測溫大桿對料面形狀造成的影響，不足爐喉截面積的5%，因此一字測溫對布料產(chǎn)生的負(fù)面影響可以忽略不計。

4.4 測量得出焦炭FCG 方程，有利于指導(dǎo)上料人員實施準(zhǔn)確的操作調(diào)劑，達到布料圈數(shù)精準(zhǔn)。

4.5 根據(jù)測量結(jié)果，以料流外落點打爐墻為標(biāo)準(zhǔn)，確定對應(yīng)礦焦批重在不同料線下的布料極限角度，開爐后的生產(chǎn)中，結(jié)合實際批重和料流變化，輔以軟件計算，實時校對極限角度，同時找出料流徑向分布與料線及傾角關(guān)系，日常爐況運行中，便于高爐操作者對布料矩陣的精確調(diào)整。