马鞍山钢铁股份有限公司
摘要：从高炉透气性出发，以反应高炉冶炼本质问题的炉腹煤气量指数来表征强化冶炼具有可行性和科学性。通过对A高炉2008年以来的生产指标进行归纳总结，炉腹煤气量指数合理范围为58~64m/min，保持高炉炉况稳定顺行以及低耗的最佳值为61 m/min，而护炉阶段59~60m/min为宜
关键词：高炉；炉腹煤气量指数；强化冶炼
1 引言
马钢A高炉（4000m3）投产于2007年2月，设4个铁口，36个风口，炉缸直径13.5m。一般而言，高产需要上提冶强，实行大风量、高富氧的强化冶炼，而高效则更加注重各项经济指标的优化，提煤降焦，降低燃料消耗，实现节能降耗的目的。然而传统的观念是不断追求强化冶炼的粗放型生产，忽视了高炉长寿才是长周期稳定顺行的基础。随着A高炉步入炉役中后期，长寿问题尤为重要，同时顺应当今钢铁形势，实现节能降耗，故引入炉腹煤气量指数来探究高炉的合理强化恰逢其时。此外，由于2017年底A炉进行了为期32天的中修，复产后炉况阶段不稳，2019年初炉缸炭砖温度上升，A炉进入了护炉保产阶段，故本文分两段进行炉腹煤气量指数的研究。
2 炉腹煤气量指数
所谓高炉炉腹煤气，即从风口鼓入的热风进入风口回旋区，而喷吹的煤粉与O2在此燃烧生成CO，从回旋区上升进入炉腹形成炉腹煤气，回旋区煤气量则被称为炉腹煤气量。随着强化冶炼的进行，煤比的提升，炉腹煤气量增加，边缘气流上升，为稳定边缘煤气流，一般采取布料角度外扬、适当降料线来压制边缘，下部调剂则以打透中心、吹活炉缸为原则。结合文献[1，5]提出的炉腹煤气量（VBG）计算公式，A炉VBG可表示为：
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（1）
式中V风—风量，m³/min；V氧—氧量，m³/h；f—湿度，g/m³；C煤—煤比，kg/h；Pt—日产铁量，t/d。
高炉冶炼伴随着煤气流的上升和炉料的下降，强化冶炼进一步加强，势必带来炉腹煤气量增加，下部液泛现象、上部流态化以及原料条件等因素将会限制更进一步的强化，甚至会造成崩滑料、管道的出现，故强化冶炼有上限，所以从高炉透气性的角度出发，引入了定量反应高炉煤气透过能力的量—炉腹煤气量指数[2，4]。公式如下：
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（2）
式中d—炉缸直径，m；VBG—炉腹煤气量，m³/min。炉腹煤气量指数（XBG）表示的是每分钟通过单位炉缸截面的煤气量。归纳总结2008~2017年的数据，将综冶、炉腹煤气量指数、燃料比月均值作图得如下图1、图2。
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图1.综冶与燃料比趋势 图2.XBG与燃料比趋势
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图3.日产铁量与XBG对应关系
由图1可知综冶在1.02时，燃料比最低约为505kg/t，大于或者小于1.02则燃料比呈上升趋势，燃料比（Y）与综合冶强（X）的回归方程为：
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由图2可知XBG在59时，燃料比最低约为505kg/t，大于或者小于59则燃料比呈上升趋势，燃料比（Y）与炉腹煤气量指数（X）的回归方程为：
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结合图1、图2可知，综冶、XBG与燃料比的趋势线基本吻合，以XBG代替冶炼强度具有可行性和实际意义[3]。剔除非正常生产的数据（取月均值产量大于8400t.d-1、月均值产量在9100 t.d-1日均值数据）后与铁量作图3，结合图1-3分析可知，XBG在58~64m/min，过高或过低都将造成过多燃料的消耗，不利于降本增效，所以应该是在合理范围内的强化冶炼，而非一味的追求高产的强化冶炼。
3.影响XBG的因素
3.1 生产效率系数
高炉的长周期稳定顺行离不开稳定、高质量的原燃料供应，而原燃料质量下降，矿石品位降低势必带来渣比的提升，最终将限制利用系数的提高。由于高炉的利用系数受渣比影响较大，故将渣量带入到生产效率的计算式中。生产效率系数EF[3]修正为：
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（3）
式中Pt、Ps—日生铁产量、炉渣产量，t.d-1；Vu—高炉有效容积，m³。由于之前部分渣比数据缺失，故取2010～2017年数据进行作图分析，得EF与吨铁炉腹煤气量关系图4。
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图4.EF与吨铁炉腹煤气量的关系
由图4可知，EF与吨铁炉腹煤气量呈线性关系，随着生产效率的提高，吨铁炉腹煤气量减少，燃料比对应性下降。由于各点大致在斜率与回归方程相同的限制直线以内，故存在着高炉的最大炉腹煤气量。吨铁炉腹煤气量（Y）与生产效率系数（X）的回归方程为：
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带入相关数据简化为：
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（4）
式中Q—渣比，kg.t-1。
保持铁量一定，渣比下降，炉腹煤气量呈上升趋势，取最高产量9200t.d-1，中值渣比300 kg.t-1，故VBGmax=9135 m³/min，XBGmax≈64m/min。
3.2 透指及利用系数
透指K反应压量关系的变化，而炉料孔隙度大，炉料的透气性好，透指趋于宽松，煤气的透过能力也相应较强，所以高质量的原燃料对于改善高炉的压差具有促进作用。将XBG、利用系数、透指联立分析，如图5所示。
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图5.XBG与利用系数、透指的关系
由图5可知，XBG＜55 m/min，随XBG的上升，透指小幅上升，表明强化冶炼并未影响高炉的稳定顺行，即可继续强化；55 ~61m/min，随着强化的进行，透指明显上升，说明高炉对强化冶炼较适应，可继续提高；然而XBG＞61 m/min后，透指下降，强化限制了高炉的顺行，所以零界点附近应做到精细化操作，严控压差上限，情况不明及时退守。图5也说明，随着XBG的提高，利用系数上升，但是斜率减小，尤其是过了零界点后的强化冶炼收效胜微。
2013年干湿焦转换，造成2014年初炉况失常，焦炭质量的恶化是主因，而后高炉各项指标稳步提升，实现了现今A炉长周期稳定顺行2300多天。2015～2017年XBG、透指、燃料比情况如图6所示，XBG在59.5 ~61.5m/min，燃料比约500kg/t，总体炉况稳定。由图6可知，随着强化的进行，透指、燃料比都呈现下降的趋势，透指趋于宽松，而XBG超61m/min后，燃料比上升。故当前冶炼条件下，A炉最佳XBG为61m/min。
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图6.2015~2017年XBG与燃料比、透指的关系
4.护炉阶段XBG
经历了2019年1月4日1TH下方炉缸炭砖温度突升至684℃后，A炉进入炉缸特护，采取一系列护炉措施后炉缸炭砖温度下降，而随产量提升炉缸炭砖存在阶段起伏。所以在保证炉缸安全的前提下，应平衡好炉况、产量及长寿间关系。
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图7.2019～2020年A高炉XBG趋势
由图7可知，XBG波动较大，中心值为59m/min，受炉缸炭砖温度阶段起伏影响，不得已阶段性采取限产、退负荷、含钛炉料护炉等措施，而长期含钛炉料护炉会带来炉缸活性下降，影响炉况稳定，而过高的XBG又不利于护炉生产。从此阶段的炉况变化调整中总结出，A炉宜采取全开风口，富氧6000-8000m3/h，保证铁水[Ti]＞0.070%及PT＞1510℃，以炉缸炭砖为重点，所以XBG上限为61m/min，正常生产59-60 m/min为宜。
5．结论
（1）从高炉的透气性出发，以反应透过能力的XBG来替代冶强具有可行性和科学性，而且从本质上说明了强化冶炼有上限。
（2）对2008~2017年指标分析可知，合理的XBG为58~64m/min，最佳XBG为61m/min。过高或过低增加燃料消耗，超上限的强化，会破坏高炉的稳定顺行。
（3）炉护炉阶段，XBG上限为61m/min，正常生产59-60 m/min为宜。
6.参考文献：
[1]章天华等.现代钢铁工业技术.炼铁[M]，北京：冶金工业出版社，1986，375-378.
[2]项钟庸.用高炉炉腹煤气量指数来评价高炉能耗水平[J].炼铁，2010，06：9-12.
[3]项钟庸.以高炉炉腹煤气量指数取代冶炼强度的研究[J].钢铁，2007，09：16-18.
[4]高柱平.高炉炉腹煤气指数控制探索[A].中国金属学会.2014年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会文集（上）[C].中国金属学会：，2014：4.
[5]甄常亮，赵军，闫宝忠，段新民.喷煤富氧相关工程计算[A].中国金属学会.2014年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会文集（上）[C].中国金属学会：，2014：5.
作者简介：李骏峰（1988-），男，马钢股份公司炼铁总厂，助理工程师。