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第24卷第4期 材钦 V01．24．No．4
2 0 0 5年8月 IRONMAKING 2 00 5
August
鼓风动能对高炉冶炼的影响及控制
华建明 张龙来
(宝山钢铁股份有限公司)
摘要主要探讨了鼓风动能对高炉冶炼的影响，指出鼓风动能对高炉稳定顺行的重要性。重点分析了影响鼓风
动能的因素及控制方法，通过对宝钢3号高炉冶炼实绩对比分析，统计归纳出3号高炉合理鼓风动能的范围及经验
计算式。
关键词高炉鼓风动能风速循环区燃烧带
Influence and control over blast furnace smelting by blast kinetic energy
Hua Jianming Zhang Longlai
(Baoshan Iron and Steel Co．，Ltd．)
Abstract In the paper，the authors study influence of blast kinetic energy to blast furnace smelting，pointout importanceof
blast kinetic to stable operation of blast furnace and analyze the fhctors affecting blast kinetic energy and control measures．
After the comparative analysis on the operation results from No．3 BF in Baosteel，the range and calculation formula on the
basis of experience for reasonable blast kinetic energy are statistically summarized．
Key words blast furnace blast kinetic energy tuyere velocity raceway combustion zone
1 引言 2鼓风动能对高炉冶炼的意义及其影响因素
现代化钢铁联合企业，对生产的持续、稳定性 2．1鼓风动能的概念
要求极高，高炉炼铁是钢铁联合企业生产的咽喉， 高炉冶炼时，在高速鼓风作用下，风口前端一段
其安全、稳定、顺行对整个物流的平衡极为重要。 距离内形成一个近似球形空间的循环区，焦炭从循
2020年什么时候报名高炉正常生产必须要遵行三个规律：①炉况稳定、 环区上部不断降落燃烧，形成炉料下降的空间，炉料
顺行。②煤气流分布合理。③炉缸工作良好。三者 不断下降，高炉冶炼得以形成。在循环区外围是一
之中，煤气流分布是核心，尤其是炉缸初始煤气流 层疏松焦炭区，称为中间层，此层间的焦炭不能和煤
的分布，它不仅决定了炉缸的工作状态，同时也主 气流一起运动。循环区和中间层存在着焦炭的燃
导了高炉上部软熔带和块状带内的二次和三次煤气 烧、CO：和H：O的氧
化反应，通常称此区域为燃烧
流分布，合理的初始煤气流分布，是保证高炉稳定 带。燃烧带的大小主要取决高炉鼓风动能，其长度
顺行的基础。高炉煤气流的初始分布，主要取决于 与鼓风动能成线性关系。实际生产中，调节燃烧带
燃烧带，而决定燃烧带大小和形状的，是高炉鼓风 大小以调节煤气流的初始分布为主，最重要的是调
动能。特别是对于宝钢4000 m3级的大高炉，炉缸直 节鼓风动能。鼓风动能是指高炉某一风口单位时间
径超过10m，不易吹透中心，所以一定要控制足够 内鼓风所具有的能量，其大小表示鼓风克服风口前
的鼓风动能，以确保中心煤气流的稳定和中心焦的 料层阻力、向炉缸中心穿透的能力。宝钢鼓风动能
活性，防止炉缸堆积，确保高炉稳定、顺行和长寿。 的计算不考虑喷吹燃料在风口内的气化及燃烧，计
因此，合理控制和调节鼓风动能，是保证高炉稳定顺 算公式是：
行的根本性措施之一，寻找不同条件下合理的鼓风 Ek=1／2MV2=1／2(J】I!‰+M氧+M湿分)]垆(1)
动能及其经验式，将对高炉冶炼具有非常重要的指 式中 卜单位时间内鼓风质量，kg；
导意义。 卜平均鼓风速度，m／s。
·5·
万方数据
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2．2合理鼓风动能对高炉冶炼的意义 动能增大，并且随鼓风量的增加，鼓风动能的增幅逐
燃烧带及其控制是高炉下部调剂的理论基础， 步减小；当鼓风量减小时，鼓风动能减小，并且随鼓
它对炉缸煤气分布、炉温的分布和炉料下降都有较 风量的减小，鼓风动能迅速减小。当然，鼓风量增
大的影响¨J。由鼓风动能的概念可知，一定炉缸直 加，风压也会增加，但其幅度远小于风量的影响。
径的高炉，就决定了其所需的一定范围的鼓风动能。 (2)富氧率。理论上，在冶炼强度一定时，富氧
也就是说，对于一定炉缸直径的高炉，不论何种冶炼 率越高，风量越小，带人炉内的氮气量减小，同时氧
条件，它都有一个允许最低、最高的鼓风动能，超出 气加快了风口前端焦炭、喷吹燃料的燃烧速度，减少
这个范围，无论怎么调剂，炉况都不能保证稳定；在 了鼓风的冲击力，因而鼓风动能减小
¨j。但3号高
此范围之内，还要根据不同的冶炼条件，控制不同的 炉实际生产时，一般是既提高富氧率，又适当增加风
鼓风动能，以使炉况、技术经济指标尽可能好。因 量，而鼓风量对鼓风动能的贡献更大，所以，实际生
此，合理鼓风动能的含义就是：在一定范围内、能确 产出现的反而是富氧率越高，鼓风动能越大的现象。
保高炉炉况稳定顺行并取得良好技术经济指标的鼓 (3)鼓风温度、湿分。风温、湿分通过对鼓风体
风动能。由于合理的鼓风动能最根本的表现即为煤 积的影响而间接影响鼓风动能。同样鼓风量，风温
气流分布合理、炉况稳定、各项技术经济指标良好， 增加，鼓风体积膨胀，鼓风动能增大；而湿分可导致
因此，努力控制合理鼓风动能的意义是： 鼓风含氧量的变化，计算表明，1 kg湿分相当于干风
含有近反义词的成语
(1)有利于生产稳定，取得良好的技术经济指 2．963 m“2|。鼓风动能与鼓风温度成二次方关系，
标。鼓风动能合适，则燃烧带大小、形状得当，初始 与鼓风湿分成二次方倒数关系，但由于高炉风温一
煤气流分布合理，再配合相应的上部调剂，则二次煤 般>800 oC，而湿分一般<35 g／m3，因此总体来讲，
气流的分布也将合理。合适的中问和边缘煤气流， 风温和湿分对鼓风动能的影响不是很大。
将使高炉的透气性、热负荷、下料、软熔带得到有效 (4)原燃料条件。在送风条件一定的条件下，
的控制和调节，最终有利高炉的稳定、顺行、优质、长 高炉原燃料冶金性能越好，则高炉透气性越好，风压
寿和获得良好的技术经济指标。过大、过小的鼓风 越低，气流越易扩散，鼓风动能越大；反之鼓风动能
动能都将导致煤气流分布不合理，炉况不稳：要么中 越小。当原燃料条件达到一定标准时，它对鼓风动
心过强，边缘偏弱，煤气利用率低，炉墙渣皮易脱落； 能的影响不明显。
要么中心煤气流不畅，透气性不好，边缘煤气流过 (5)喷吹燃料及燃烧率。理论上认为：高炉喷
’
强，炉墙不稳定。 吹燃料时，约有25％～40％的燃料在风口内燃烧，
(2)有利于高炉作业、延长高炉寿命。合适的 喷吹燃料气化、分解使理论燃烧温度降低的同时，燃
鼓风动能，将使煤气在整个炉缸圆周截面上的分布
烧产生大量气体，增加炉腹煤气量，放出大量热，使
更加均匀合理，炉缸工作就更加活跃。特别是对大 鼓风体积膨胀。喷吹燃料越多，燃烧率越高，炉腹煤
高炉，炉缸直径较大，一定要保证足够的鼓风动能吹 气量越多，鼓风动能越大。但从3号高炉实践看：大
透中心，以保持良好的炉缸工作状况。鼓风动能过 喷煤后，大部分煤粉在靠近风口处燃烧，风口循环区
小，气流吹不到炉料中心，易造成炉缸堆积，炉缸热 变短，主要表现为边缘煤气流发展，冷却壁热负荷增
均性、死料柱的透气、透液性大大变差，铁水环流加 加，而中心略显不足，也即实际鼓风动能有降低趋
剧，铁口难以打进泥，渣铁不易出净，侧壁温度上升、 势。
炉芯温度下降，炉缸侵蚀厉害，最终将影响高炉的一 (6)风口面积。同样鼓风条件下，风口总面积
代炉龄。鼓风动能过大，则炉缸中心料柱过吹，焦炭 越大，单位时间内风口截面通过的风量越少，也即平
barkhaun易被强气流搅碎，死料柱透气透液性也会变差，同 均鼓风速度越低，鼓风动能就越小。
时，过吹还会使中心煤气流相互搅扰，造成煤气流分 (7)装料制度。焦炭、矿石装入炉内的批重、料
布的紊乱。 线、布料模式等称为高炉的装料制度，它是高炉上部
2．3影响鼓风动能的因素 调剂的手段。虽然高炉冶炼是以下部燃烧带、鼓风
(1)高炉鼓风量。高炉鼓风量与鼓风动能成三 动能调剂为基础，但上部调剂对高炉煤气流的二次 evileye
次方关系，因此，它对鼓风动能影响是最大的。同 分布、三次分布和软熔带的位置、形状具有决定性的
时，由三次方函数的特点可知：鼓风量增加时，鼓风 作用，它反过来会对下部调剂产生影响。
．6．
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(8)炉顶压力影响。在风量一定时，增加炉顶 能就适当提高并维持在较高的水平；目前炉缸、炉体 complaints
压力，则相应风压升高，煤气流速亦降低，鼓风动能 侵蚀多，炉缸直径、炉容扩大，炉皮开始有发红，为了
降低；反之，则鼓风动能增加。 延长高炉寿命，亦控制了较高的鼓风动能。
3 宝钢3号高炉合理控制鼓风动能的操作实践 ③不同的高炉设计。相对1、2号高炉，宝钢3
transfar3．1鼓风动
能的控制实绩 号高炉是高径比小的“矮胖型高炉”，炉缸直径比1、
宝钢3号高炉于1994年9月开炉，在投产初期 2号高炉大0．5m，因此，同样冶炼条件下，3号高炉
较长一段时间内，操业上处于摸索阶段，未能充分认 鼓风动能控制也大于1、2号高炉。同样，高炉利用
识到合理控制鼓风动能对于高炉冶炼的意义，另外 系数在2．2时，l、2号高炉合理的鼓风动能在
也由于产能要求、原燃料不断变化，因而在计算鼓风 140 kJ／s左右，而3号高炉控制在152 kJ／s左右。
动能变化较大时，也没有将鼓风动能控制在合理范 (2)具体调整手段。
围之内，从而导致炉况频繁波动，甚至炉凉。从 ①调整送风制度。因风温、湿分对鼓风动能贡
1998年2月开始，在认识到下部初始煤气流和鼓风 献不大，因此，改变送风制度主要通过以下三个途
动能的重要性之后，开始有意识地将鼓风动能严格 径：
控制在一定范围之内，在此范围内，再根据不同的冶 一是控制合适富氧率。相同冶炼条件下，富氧
炼条件适当调整，最终取得良好实效，使3号高炉步 率越高，炉缸炉腹煤气量越少，鼓风动能也越小。因
人炉况稳定、顺行，技术经济指标不断进步的新时 而3号高炉在冶炼强度不同时，采取了不同的富氧
期，3号高炉鼓风动能与利用系数实绩如图1所示。 措施：利用系数低时，鼓风量小，鼓风动能往往不足，
180 2．70— 因此一般富氧率较低，以保证足够的炉腹煤气量和
墨150 2．50：
t 120 2．30邑 鼓风动能；随着冶炼强度和高炉煤比的提高，高炉风
2．10鼍
鬈90 量增大，如果保持同样富氧率，则炉腹煤气量将大幅
匿 60
掘 30 滩 增加，一方面高炉透气性将恶化，同时鼓风动能将过
1．30
1995．11 1997．11 1999．1l 2001．1l 2003．11 大，因此富氧率逐步提高，以维持合理的鼓风动能，
月份
特别是3号高炉在2004年2月、11月、12月高利用
图1 宝钢3号高炉鼓风动能与利用系数实绩 系数攻关期间，富氧率达到4．4％以上，如图2所示。
二是调整风口面积。图3是3号高
炉鼓风动能
3．2鼓风动能调整的措施 和风口面积调整情况，结合图2可知：随冶炼强度增
(1)调整时机及依据。在意识到鼓风动能对高 大，风口面积逐步减小，以逐步提高鼓风动能；而利 happy new year
炉冶炼的重要意义后，3号高炉即根据不同的生产 用系数达到2．35以上，为维持鼓风动能在160kJ／s，
条件，适时对鼓风动能进行调节和控制，其调节依据 所以风口面积调整幅度小。
是： i 2．75—
2．55罩
①冶炼条件改变。冶炼强度提高时，综合鼓风 琶： 2．35导
增加，燃烧带扩大，若计算鼓风动能过大，则适当降 糌3 2．15藉
箍i 1．95 1j{∈
低鼓风动能，防止中心煤气流过强；冶炼强度不变、 1．75譬
： 1．55
富氧率提高时，炉腹煤气量降低，燃烧带缩小，若计
算鼓风动能过小，则适当增加鼓风动能，防止中心煤
图2宝钢3号高炉富氧率与利用系数对比
气流不足；原燃料条件由好变差时，高炉透气性变
差，风压升高，煤气流不易扩散，若计算鼓风动能过
0．515 200
小，则提高鼓风动能以吹透中心；大喷煤时，炉腹煤 毡0．505 180翟
160毫
露0．495
气量剧增，未燃煤粉和O／C加重使高炉透气性变 陋0，485 m140萋
差，则提高鼓风动能，防止边缘煤气流过分发展。 县：舶．47； 100辐
②不同的炉役阶段。宝钢3号高炉是4000m3 0．455 80
1998．04 1999．12 2001．08 2003．04 2004．12
王兆飞博客u frame skipping月份
penang
级的大高炉，在炉缸侵蚀少时，鼓风动能控制较小；
在炉役中期，炉缸逐步侵蚀，直径变大，因此鼓风动 图3 宝钢3号高炉风口面积与鼓风动能对比
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