摘要:高爐操作一定程度上是取得合理的煤氣流分布。本文從煤氣流分布機理層面，結合現有測量手段及現場經驗，介紹了幾種判斷高爐煤氣流分布的方法。
一 高爐煤氣流分布機理
高爐生產中熱風從風口鼓入，熱風中的o與爐缸中的焦炭反應，由於爐缸中存在過剩的焦炭，熱風中的o全部轉化為co，和n2及少量ｈ2一起組成了初始煤氣。初始煤氣從下逆流而上經過滴落帶、軟熔帶，與自上而下的爐料接觸傳熱、反應。同時，由於軟熔帶的透氣性極差，煤氣流的執行受到極大的阻力，煤氣向料柱中透氣性好的區域(即中心和邊緣區域)流動，形成煤氣流的二次分布。二次分布的煤氣流最後經過塊狀帶，與爐料發生大量間接還原反應，同時預熱爐料。在經過塊狀帶的整流作用後，完成了煤氣流的第三次分布，最後從爐頂料麵排出，成為爐頂煤氣。
圖1 高爐煤氣流分布示意圖
因此，高爐內煤氣流自下而上經歷了三次分布，即燃燒帶的一次分布、軟熔帶的二次分布和塊狀帶的三次分布。在判斷高爐煤氣流分布時，不止要關注煤氣流的第三次分布，還要注意煤氣流的一次分布和二次分布。
二 煤氣流分布的判斷
2.1 下部壓差
靜壓壓差越高，說明此段的阻損越大。在下部透氣性相對穩定的情況下，迴旋區越大，放射面積越大，氣流分散，氣體量上公升，下部壓降公升高。反之，迴旋區越小，下部壓差下降。因此，下部壓差佔全爐壓差的佔比越低，初始邊緣氣流越強[1]。
2.2 爐體熱負荷和壁體溫度
爐體熱負荷反映邊緣氣流與冷卻器的傳熱情況。當高爐開爐生產一段時間後，隨著爐牆磚襯的脫落，爐體熱負荷會穩定在乙個固定的水平，高於或低於這個水平，就可以反映邊緣氣流發展或抑制水平。再結合壁體溫度的波動情況，可以進一步定位爐體的波動位置，從而判斷是煤氣的幾次分布不合理。
圖2 熱負荷趨勢圖
圖2所示為國內某大型高爐開爐以來的熱負荷趨勢圖，展示出了典型的開爐初期、磚襯脫落後的穩定期和邊緣波動期。熱負荷從開爐初期的40000mj/h水平，來到磚襯脫落後的80000 mj/h水平，再到邊緣波動的80000-140000mj/h水平。
2.3 操作爐型
隨著高爐生產，操作爐型會發生潛移默化的變化，如果爐型管控不及時，會導致煤氣流分布失常，出現爐況波動，輕則氣流紊亂、下料不均，重則管道氣流、崩滑料不止。然而操作爐型的變化和管控一直是高爐操作的難點，目前也有相關計算模型，如本團隊的操作爐型模型。關於操作爐型的管控，後續會專門針對這一問題發布文章進行**。
2.4 靜壓曲線
一般出現靜壓尖峰，通過減風會自己走回來，是氣流的自我調整或邊緣趨輕；而需通過崩料才能回來，則反映邊緣氣流較重。
2.5 十字測溫
十字測溫是通過測量料麵煤氣流溫度來判斷爐喉的煤氣流分布。十字測溫曲線亦即煤氣溫度分布曲線。因為煤氣溫度一定程度上反映了該處的煤氣濃度，因此可以作為判斷煤氣流分布的依據。一般經驗，十字測溫相關指標的正常範圍為：中心溫度400~600，邊緣溫度70~110，z值9~14，w值0.5~0.6。圖3為某高爐十字測溫邊緣四點溫度趨勢圖，展示了從抑制到發展的過程。
圖3 十字測溫邊緣四點趨勢圖
2.6 爐頂成像
爐頂成像分為ccd成像和紅外高清熱成像。ccd成像是通過獲取爐內亮度來成像，所以只能監測中心氣流，而看不到邊緣氣流。紅外高清熱成像是通過獲取物質本身熱量來成像，因此可以很清楚的看到中心和邊緣氣流。當中心氣流和邊緣氣流合適時，ccd成像可以看到強而集中的中心氣流，紅外高清熱成像除了可以看到強有力的中心氣流，還可以看到清晰的邊緣氣流；當中心氣流受抑制時，ccd成像的中心氣流表現為散而無力，紅外高清熱成像還可看到旺盛的邊緣氣流；當中心氣流過分發展時，ccd成像看到的是強而肥大的中心氣流，紅外高清熱成像則看不到邊緣氣流。
氣流穩定 氣流紊亂
圖4 紅外高清熱成像現場效果圖
圖4為某高爐採用本團隊開發的爐頂紅外高清熱成像系統，左圖為氣流穩定時的畫面，可以清晰地看到中心氣流和邊緣氣流。右圖為氣流紊亂時的畫面，只能隱約看到中心氣流，完全看不到邊緣氣流。
2.7 礦焦比分布
爐喉料麵的礦焦比分布體現了料麵徑向上的焦炭負荷，焦炭負荷越輕的位置煤氣通過時受到的阻力就越小，煤氣會優先從礦焦比低的位置通過。這即是塊狀帶的整流作用。因此，礦焦比分布在一定程度上體現了煤氣流的第三次分布情況。但是，目前礦焦比分布曲線大部分只能通過高爐開爐布料測試得到實驗資料，實際生產資料不易獲取，或者獲取的資料與實際有偏差，導致礦焦比分布不能準確的反映料麵處煤氣流的分布情況。下圖為本團隊開發的布料**模型在某高爐上的應用。左圖為中心不加焦的矩陣繪製出的礦焦比曲線，右圖為中心加焦的矩陣繪製出的礦焦比曲線。
矩陣1 矩陣2
圖5 布料**模型繪製礦焦比曲線
2.8 煤氣利用率和透氣性
中心和邊緣兩道氣流都很旺盛的高爐，煤氣利用率不會很高。這種情況一般出現在開爐初期、檢修後的復風以及失常爐況後的爐況恢復過程中。當爐況轉入正常，則開始採取壓邊或收縮中心的操作，此時煤氣利用率會相應上公升2~4個百分點。當想進一步提高煤氣利用率，降低燃料比時，會進一步壓邊或取消中心焦。此時高爐壓差公升高，透氣性變差，煤氣利用率會進一步上公升，但上公升幅度減小，大約在1%~2%左右。這個過程進行的很快，半個小時到兩個小時就能反映到煤氣利用率上。因此，通過煤氣利用率和透指，結合布料制度的調整，也可以判斷煤氣流邊緣和中心的分布變化。
2.9 除塵灰zn含量
中心煤氣流強弱的判斷除了上述所介紹的方法，還可以通過檢測除塵灰中的zn含量來輔助判斷。當原料中的zn負荷相對穩定時，若中心氣流旺盛，除塵灰中的zn含量較高；若中心氣流抑制，除塵灰中的zn含量低。對此，長鋼9號高爐有豐富的經驗：在中心氣流發展，即爐頂攝像顯示中心火柱較為穩定有力時，除塵灰中的zn含量達到10%以上，但中心氣流弱時甚至低於1%[2]。
三 結語
高爐煤氣流的合理分布關係著高爐順行，判斷高爐煤氣流分布，不僅僅是關注十字測溫、爐頂成像這些表徵爐喉料面處的煤氣流分布，還應關注下部壓差、壁體溫度、操作爐型等，只有弄清楚煤氣流分布的機理，對症下藥，才能達到預期效果。
參考文獻：
[1]張曉冬,畢忠新,王挽平等.爐身靜壓與靜壓差在高爐操作中的應用[c].第十一屆全國大高爐煉鐵學術年會,2010:448-451.
[2]馮廣斌,曹鋒,袁苗苗. 長鋼9號高爐煤氣流分布的合理控制[j].煉鐵,2013,32(4):42-46.
總結判斷連通性
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