2500 m3高炉装料制度优化及其对煤气分布的影响研究

摘要

随着钢铁工业的迅速发展，优质的铁矿石和焦炭等炼铁原燃料日渐匮乏，高炉生产的原燃料组成和结构复杂多变，给高炉稳定运行、煤气流合理分布和煤气高效利用以及高炉生产带来严重影响。本文以某钢铁厂2500 m3高炉原燃料特点和生产条件为对象，采用数学模拟和物理模拟方法，结合该厂高炉生产实际情况和操作制度要求，对高炉原燃料的物理化学性质、炉料组成及结构、高炉装料制度等对高炉煤气流分布以及煤气利用和炉料运行的影响开展了系统研究。　　高炉原燃料的物理化学性质研究表明，烧结矿粒度较为均匀，粒度主要分布在5-25 mm，占烧结矿总量的86.2%，但是粒度小于5 mm的烧结矿含量相对较高，占比达到 4.8%，不利于改善高炉料柱的透气性；受粒度均匀性和炉料含水率的影响，焦炭的自然堆角大于烧结矿的自然堆角，在高炉布料过程中，焦炭落点更靠近炉墙，容易发展边缘气流；烧结矿性能研究结果表明，烧结矿中 Al2O3含量为2.90%，M gO含量为2.69%，由于两者含量相对较高，所以烧结矿的熔滴性和低温粉化性较差。　　综合考虑炉料的物理化学性质特点，建立了料流轨迹模型，从而确定炉料的落点位置；通过对炉料堆角进行修正，在料流轨迹模型的基础上，建立料面生成模型和炉料下降模型。　　根据高炉设计参数和实际原燃料条件，利用炉料分布模型模拟计算不同布料矩阵对料面形状的影响，随着布料矿焦角的不断减小，矿焦平台逐渐向高炉中心移动，有利于发展边缘气流；当焦炭布料角度小于20°时，大量焦炭分布到炉喉中心，形成了类似中心加焦的效果，造成中心气流过分发展。　　物理模拟研究结果表明，布料矩阵的最大矿石角度由40.5°减小到33°过程中，料面形状的变化趋势与数学模型的预测结果基本一致，径向矿焦比在中心区域逐渐减小，结合煤气流速的分布情况，与当前炉料相匹配的布料矩阵为C339.5°237.5°236°234°231° 225.5°O239°237.5°236°234.5°232°；根据临界矿石批重和批重特征数的计算结果，为保证高炉煤气流合理分布和煤气能高效利用，矿石批重应控制在46.9-50吨，相应焦炭批重应控制在9.4-10吨左右，料线深度控制在1.2 m左右。　　生产实践验证表明，该厂的2500 m3高炉在应用这一装料制度后，煤气利用率由42%提高至45%，高炉失常次数由16次/月降低到8次/月，高炉运行状况得到改善。

目录

1 绪 论

1.1 高炉基本操作制度简介

1.1.1 装料制度

1.1.2 送风制度

1.1.3 造渣制度

1.1.4 热制度

1.2 装料制度和煤气流分布的国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 煤气流的形成和分布及检测手段

1.3.1 煤气流的形成

1.3.2 煤气流的分布类型

1.3.3 合理的煤气流分布

1.3.4 煤气流分布检测手段

1.4.1 布料设备的发展历程

1.4.2 无钟炉顶的布料方式

1.4.3 装料制度对高炉冶炼的影响

1.5 研究背景及意义

1.6 研究内容

2 原燃料的物理化学性质研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.3.1 烧结矿和焦炭的粒度分布

2.3.2 烧结矿和焦炭的自然堆角

2.4 原燃料的冶金特性分析

2.4.1 焦炭的工业分析和高温反应性分析

2.4.2 模拟焦炭在高炉内的高温行为

2.4.3 烧结矿的低温粉化性和熔滴性分析

2.5 本章小结

3 炉料分布数学模型建立

3.1 引言

3.2.1 料流轨迹模型

3.2.2 炉料堆角修正

3.2.3 料面生成模型

3.2.4 炉料下降模型

3.3.1 模拟条件

3.3.2 料面形状迭代

3.3.3 不同布料矩阵的模拟结果分析

3.4 本章小结

4 合理装料制度研究

4.1 引言

4.2.1 实验设备

4.2.2 实验方法

4.3.1 布料矩阵对料面形状的影响

4.3.2 布料矩阵对径向O/C的影响

4.4.1 临界批重的计算

4.4.2 批重特征数计算

4.4.3 料线深度对炉料堆尖位置的影响

4.5.1 布料矩阵对煤气流分布的影响

4.5.2 批重对煤气流分布的影响

4.6 合理装料制度的应用验证

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A.作者攻读硕士学位期间发表的论文

B.作者攻读硕士学位期间参与的科研项目

C.作者攻读硕士学位期间申请的发明专利

D.学位论文数据集

致谢