【技术前沿】酒钢6号高炉合理鼓风动能的实践
本文对酒钢宏兴炼铁厂6号高炉合理鼓风动能进行了探讨，通过对高炉鼓风动能的诸多因素进行逐一分析，并在生产实践中逐步改善，最终酒钢6号高炉在稳定顺行的前提下取得了较好的经济技术指标。
1引言
高炉冶炼是在一个高温高压的密闭容器中连续不断地进行逆流式反应的过程，为使这个过程长期稳定且高效，要求整个炉缸截面温度和热量分布均匀，工作积极而活跃。而为了满足这些条件，就必须使高炉具有一个合理的鼓风动能，因为鼓风动能对煤气流的一次分布起着决定性因素。酒钢6号高炉在现有炉型、鼓风机等因素不变的条件下，经过长期的摸索，对影响鼓风动能的一些因素逐一调整，最终取得了较好的效果。
2鼓风动能的概念及理论计算
向高炉鼓入的风具有一定的质量，从风口喷出的风向高炉中心高速运动，其通过风口时所具有的机械能称之为鼓风动能，它也可以表示穿透料柱的能力，定义式为：
式（1）中v为实际风速在不考虑喷吹影响时酒钢采用以下公式计算:
式（4）中E为鼓风动能，kJ/s；T风为热风温度，℃；P风为热风压力，MPa；v风为实际风速，m/s；S风为进风面积，m2；Q风为日平均风量，m3/min。
由式（4）可直接得出各鼓风参数对鼓风动能的影响：E与T风的平方成正比，与P风的平方成反比，与Q风的三次方成正比，与进风面积的平方和风口个数成反比。
3影响鼓风动能的一些常见因素
3.1风量和富氧
由式（4）可见鼓风动能与风量的三次方成正比关系，风量是对鼓风动能影响最大的参数。因此可直接通过进风量的加减来调整鼓风动能，但各高炉在生产实践中为稳定煤气流分布，为防止风量过大导致局部过吹而产生管道行程或增加压差破坏高炉顺行，同时防止风量偏小吹不透中心导致风口带死料柱增大使炉缸不活，根据炉容在选择大小合适的批重和布料角度后，风量控制上一般设定范围。
高炉富氧鼓风后其主要效果表现为增强高炉透气性、顺行状况得到进一步改善。一是因为富氧后加速了燃料的燃烧，避免未燃烧的粉末炉料被高速运动的风带入料柱缝隙阻碍煤气流向上运动，二是改善矿石的熔滴性能、降低软熔带的高度从而缩小了料柱压差。
3.2风温和湿份
由式（4）可见，鼓风动能与风温的平方成正比。生产实践证明，在风量不变的情况下，风温升高，气流体积迅速成级数膨胀，风速增加，从而大大提高了鼓风动能。同时降低了冶炼过程中的热消耗，改善了生铁质量。但在生产过程中高炉受原、燃料条件的限制，如果在原燃料条件不好、料柱透气性相对较差的情况下，风温超过其可接受的极限，则会导致炉况不顺，进而使得焦比上升，产量下降。加湿鼓风增加了鼓风质量，对风速也有一定的上升，从而提高鼓风动能。
3.3风压
由式（4）可见，鼓风动能与风压的平方成反比，即风压上升，鼓风动能降低。风压上升说明料柱透气性恶化，煤气上升阻力增大。而影响料柱透气性的原因诸多，如：原燃料质量变差、装料制度不合理，风口破损漏水、炉墙结厚、渣皮脱落等。
3.4进风面积和风口个数
由式（4）可见，鼓风动能与进风面积的平方和风口个数成反比，在鼓风量不变的前提下，进风面积减小，风速增加，鼓风动能提高，这也是调整风口尺寸的理论依据。同样，在堵风口条件下，鼓风动能相应提高，以酒钢6号高炉为例，堵一个风口，鼓风动能显著提高10kJ/s左右。
3.5喷吹燃料
上述鼓风动能的理论计算没有考虑喷吹燃料在风口区域的燃烧及其他变化的影响，而如今各高炉为优化经济技术指标、控制合理的理论燃烧温度，往往都以煤代焦，因此必须考虑到喷吹燃料对鼓风动能的影响。理论研究表明，在鼓风量不变的前提下，高炉喷吹燃料，炉缸煤气量增加，使中心得到发展，为使煤气流均匀合理的分布，需适当扩大进风面积，一定程度地降低鼓风动能。
4采取措施
针对上述影响因素，酒钢6号高炉实践过程中所采取的措施：
酒钢6号高炉处于一代炉龄末期，因长期生产过程中煤气流冲刷、渣皮反复粘结及脱落等因素的影响，其炉型结构表现有不规整的现象，另外也由于产能及成本的要求、原燃料变动，导致6号高炉在2019年下半年炉况频繁失常。为适应在现有条件下长期稳定生产、满足产量及成本的需求，经过反思，在意识到原有的煤气流初始分布条件和鼓风动能的算法不能准确应对目前的炉况后，决定在2020年重新寻求合理的鼓风动能，在实践过程中做出一些如下调整及控制。
4.1增加入炉风量、提高富氧率
风量是高炉操作的生命线。由鼓风动能的概念及理论计算分析鼓风动能与风量的三次方成正比关系，增加入炉风量后鼓风动能越大，高炉初始煤气流越向中心延伸，风口前燃烧带适当扩大，使得初始煤气流的分布更均衡，同时使料柱进一步疏松，提高了炉料的空隙度，在一定程度上有利于炉况稳定，保持高炉高产运行。2020年逐步将控制入炉风量上限提高，下半年鼓风动能稳定在42kJ/s，悬料次数较上半年降低72%，平均风量提高47m3/min且波动范围明显缩小，产量大幅度提高16.7%，焦比相应降低16.5%，风口破损数也明显减少。
在相同冶炼条件下，富氧率越高，炉腹煤气量越少，鼓风动能也越小。但酒钢6号高炉随着喷煤比和冶炼强度的提高，入炉风量增大，如果保持富氧率不变，炉腹煤气量将大幅增加，一方面使得高炉透气性恶化，另一方面使的鼓风动能过大从而扰乱气流分布，因此在2020年6月份开始富氧量在原来基础上增加64000m3/d，富氧率也随之稳步提升3.1%，以保证鼓风动能在42kJ/s左右，对提高产量、优化经济技术指标也起到了积极的作用。
4.2调整风口工作面积
风口进风面积及风口长度对进风状态起着决定作用。生产实践表明，在一定的冶炼条件下，高炉必须有合理的风速与鼓风动能相对应，其目的在于使初始煤气流分布合理，炉缸活跃均匀，保证炉况稳定顺行。酒钢6号高炉前期多次表现出有局部过吹和风口频繁破损的现象，究其原因为初始煤气流分布不合理，因此自2020年3月开始利用休风机会逐步扩大风口进风面积，至2020年8月共扩大0.0081m2，以适当提高风量，控制鼓风动能在42kJ/s以上，效果表现为炉况失常频次及风口破损次数明显下降。
4.3选择合理装料制度，采取精料技术控制风压
酒钢6号高炉自2020年3月份以来改为中心加焦装料制度，炉况调整思路由“抑制边缘打开中心”调整为“发展边缘，通过增加风量保持中心气流”。实施中心加焦技术后，使高炉的中心气流比较旺盛，高炉通过中心气流排锌的能力增强，可有效缓解因锌富集给高炉顺行带来的负面效应。同时在现有原燃料品种不变的情况下采取筛网定期清理、更换的措施，严格控制入炉炉料粒度进行分级入炉，降低粉磨料、碎料、大块料入炉给料柱透气性带来的负面影响。
4.4减小风温波动，提高平均风温
在鼓风量不变的条件下，提高风温使得风量体积膨胀，风速变大，从而提高鼓动能。就目前6号高炉热风炉供热能力而言，高炉风温使用水平已达至其最高水平，但在操作过程中因个体意识或者习惯的差异，前期在风温使用水平上没有明确规定，致使风温使用水平虽然整体较高但波动较大，为避免风温波动造成鼓风动能的忽大忽小，根据不同的冶炼条件对操作者在操作过程中风温使用水平进行了明确的范围限制。
4.5控制经济喷煤比
随着入炉风量、风温使用水平及富氧量的增加，风口前理论燃烧温度不断上升，上半年风口破损个数和频数较之前明显增多，为消除前期采取的调整措施带来的负面影响，同时也为增加炉腹煤气量以提高鼓风动能，酒钢6号高炉喷煤量较前半年逐步增加95%，效果良好。目前受成本及其它因素的制约，为使焦比进一步降低，结合国内目前小高炉经济喷煤现状，6号高炉喷煤比正在向155kg/t的目标靠近。
5效果
以上措施实施后，酒钢6号高炉在2020年度生产过程中能够保持长周期稳定顺行，且各项经济技术指标取得了较大突破，产量大幅度提升、焦比明显下降、喷煤比提高、煤气利用率稳定且保持上升趋势、高炉利用系数达到了自6号高炉开炉以来的最高水平，真正做到了稳产高产、安全生产。
6结语
（1）由上述分析及2020年上、下半年主要控制参数及指标对比，可认为酒钢6号高炉合理鼓风动能应在42kJ/s以上。
（2）不同的原燃料条件、不同炉龄的高炉应达到相应的鼓风动能值，过小的鼓风动能使炉缸不活跃，初始煤气流分布偏向边缘。
（3）在炉况上下部调剂上应方向准确，确定好合理鼓风动能后应针对其影响因素进行综合调整;炉况运行过程中应稳定主要控制参数(如：风量、风温、喷吹量等)，避免大幅度波动造成鼓风动能忽大忽小，进而影响煤气流分布及炉缸工作状态。