摘要：高炉透气性是高炉监控的重要参数之一。在现代高炉生产中，高炉透气性指数可以迅速判断炉况的指标。保持较高的高炉透气性指数对稳定炉况、安全生产、节能降耗非常重要。本文主要分析了影响料柱透气性的主要因素，并通过采取一系列制度优化，高炉2016年透气性稳定至35.2，有效保证高炉冶炼过程正常进行和获得良好的生产指标。

关键词：总特性值  风速  铁流速

前言

2500m3高炉是国内外冶炼钒钛矿容积最大的高炉。4#高炉于2008年9月投产，2013年稳定周期延长至12个月以上。随着炉况稳定，炉缸活跃程度好转，4#高炉2015年平均透气性34.3，但经常出现短期透气性低于32的情况，制约高炉冶强的提高和高炉的稳定。高炉料柱的透气性是指煤气通过料柱时的阻力大小。高炉料柱的透气性直接影响炉料顺行，炉内煤气流分布和煤气利用率。

1  料柱透气性的重要意义

料柱具有良好的透气性，使上升煤气流均匀与稳定而且顺利的通过，是保证下料顺行和充分发挥上升煤气流的还原和传热作用的基本前提。尤其是高强度冶炼时，炉缸煤气量大，如果此时料柱透气性不好，则煤气流阻力增加，风压升高，继而出现崩料，悬料等现象，冶炼过程不能正常进行，这就是风量与料柱透气性不相适应的结果。

其次，由于炉料质量差而造成炉内透气性恶化和分布不均匀时，不仅压差升高和下料不顺，而且引起煤气流分布不均，出现管道行程和煤气流偏行等现象，从而使煤气利用率下降，炉料的预热与还原不充分，直接还原度增加，热量消耗量大，影响高炉焦比和生铁产量。因此，为了保证高炉冶炼过程正常进行和获得良好的生产指标，必须通过各种途径提高高炉料柱的透气性。

2  影响透气性的因素

由分析可知，影响透气性的因素主要有：设计炉型和投产后操作炉型的变化、原燃料条件的变化、装入制度选择和气流分布是否合理、出铁出渣是否正常、炉温是否稳定、高炉顺行情况是否良好等。

2.1  设计炉型和操作炉型的变化

高炉在设计时是瘦长型还是矮胖型，对投产后的高炉操作时的透气性是有一定影响的。一般来说，矮胖型高炉容易发展边缘，相对来说，透气性较好。合理的操作炉型是炉内气流分布改善透气性确保炉况顺行的重要条件。高炉投产一定时间后，炉内砖衬侵蚀到一定程度(此类侵蚀是不均匀侵蚀)，操作炉型不规则，将对高炉透气性产生较大影响。

如果高炉炉墙发生严重粘结时，高炉顺行变差，圆周工作不均匀，透气性明显变差。

2.2   原燃料条件

原燃料的强度（焦炭的冷热强度、烧结矿的低温还原粉化率等）、粒度和还原性、原燃料的仓位和筛分效果对高炉的透气性会产生较大影响。用料场焦炭和料场烧结矿相对于对直送焦炭和直送烧结矿，高炉透气性会产生一定影响。

2.3  装料制度选择和气流分布是否合理

一般大型高炉在气流分布的控制方面是以确保稳定的中心气流，适当地发展边缘气流来选用炉顶的装入方式的(包括料线、批重、布料角度等)，合适的气流分布是保证高炉顺行和改善透气性的重要条件。

3  高炉调剂基本原则

为了获得良好的高炉透气性，高炉调剂实践中，下部调剂是基础，上、下部调剂相结合。

下部调剂：风口回旋区是煤气流分布的起点，对气流二、三次分布起主导作用。根据冶炼强度和炉型，确定合理风口面积，维持风速270-280m/s，控制鼓风动能＞14500kg.m/s较适宜。上部调剂：煤气流二、三次分布受布料制度制约。根据主要调剂参数，综合判断煤气流分布及状况，通过布料档位、料线、批重等制定布料制度，进行煤气流调剂，达到合理气流分布。

下部调剂要保证鼓风动能，吹透中心，上部调剂要调整布料平台合理性，改善煤气流分布，保证煤气通道，以下部调剂为主，上部辅助调剂，比如风量、顶压等操作过程调剂，配合稳定上部下料控制，最终达到炉况稳定顺行，透气性良好，气流分布合理，煤气利用率较高的最终目的。

4  提高透气性采取的措施

4.1  加强原燃料管理

（1）筛网管理

作业区考虑高炉操作状况和返矿平衡，由操作方针决定。入炉原燃料粒度管理如表1所示：

表1  原燃料粒度管理制度

筛网管理基准：

筛网更换是在入炉原料粒度目标值不能维持时进行。

筛网破损或网孔被磨大造成高返＞5mm的原料占比＞30%时，要及时换筛网。

每班均要空震给料机，筛网被粉末堵塞超过30％时必须清筛网。

（2）仓位管理标准

高炉的仓位管理很重要，正常的仓位是保证全风操作、稳定原燃料强度和粒度进而改善高炉透气性、确保高炉顺行的重要条件之一。当高炉原燃料仓位低下时，壁附料塌下排出，使入炉粉末增加，而因仓位低原燃料在补入时落差变大，入仓的原燃料破碎增加，使粒度变小，强度降低，低仓位时的原燃料入炉后会影响高炉的透气性，破坏高炉顺行。

仓位基准：通常料仓原料、燃料量应保持在每个仓有效容积的70%以上。

停吃标准：当平均仓位低于40％时应停吃，及时提高仓位。

当仓位低于标准并在短时间内无法提高仓位时，透气性会持续变差，此时应采取改善透气性的对策。

（3）烧结矿均匀喷洒CaCl2溶液

钒钛烧结矿相比于普通烧结矿，低温还原粉化率偏高，高炉对入炉烧结矿喷洒浓度4%的CaCl2溶液，使RDI+3.15mm达到93%以上，有效减少了烧结矿在高炉内的粉末化，减少了粉末入炉对高炉透气性的影响。

2011年，3、4、5号高炉相继发生炉况失常事故，1#高炉与小高炉炉况也出现恶化，透气性大幅降低。原因为：停止CaCl2喷洒造成粉化率升高20%以上。事故证明：低温还原粉化率过高时，高炉块状带透气性的急剧恶化是冶炼的主要限制环节之一。

（4）提高烧结矿熔融性能

根据近几年熔滴试验经验，钒钛烧结矿总特性值一般小于300(KPa℃)，总特性值400左右时，试验中有液泛现象发生。从稳定炉况透气性和从高炉现场取样所做试验来看，总特性值一般在100~300(KPa℃)为好。

烧结矿随钒钛含量增加，总特性值增大，荷重软化温度区间也随之变宽，且区间变宽的幅度较开始温度增加的幅度更明显。所以钒钛矿相较普通矿，软熔区间更宽，软融带的透气性较差，所以要优化烧结矿配料结构，尽量使烧结矿有较高的软熔温度，以便于合理的煤气分布，形成接近倒V型的软熔带。

4.2  提高焦炭质量

焦炭质量对死料柱透液性和高炉透气性起着关键作用。焦炭在高炉内的机械磨损特别是到软熔带以下发生剧烈的碳溶反应的结果，导致焦炭从料线到风口平均粒度减小达40%，为使死料柱焦炭仍具有一定的粒度和强度，特别是在一直提高煤比操作条件下，入炉焦炭必须要有合适的粒度组成，具有一定的冷强度和较高的热性能。高炉生产实践表明，维持高炉良好的透气性与保证良好的焦炭质量特别是热性能指标密切相关。高炉为防止透气性变差，特别注重改善焦炭热强度，提高理化性能的稳定性，要求CRI＜25％、CSR≥65％。优化入炉焦炭粒度，限制25mm～40mm入炉比例。因为好的焦炭是高透气性、高煤比、高利用系数操作的首要条件，所以在操作上，当焦炭质量较差时，应适当降低喷煤比和产量。

但使用各项指标都较好的焦炭，会使高炉成本提高很多，这与承钢降成本措施相左，所以为了节约成本的同时还能尽可能保证高炉透气性，近年来，承钢经过不断地调整焦炭结构，特别是2012年3月份后，承钢干熄焦工程投产，4#高炉开始配吃干熄焦，6月份后配吃比例基本稳定在50%以上，通过在承钢4#高炉上的使用效果来看，干熄焦在改善高炉炉况，降低高炉消耗，提高煤比等方面效果显著。干熄焦配吃比例与透气性对应性如图1所示：

图1  干熄焦配吃比例与透气性对应关系

4.3  合理的送风制度

实践表明焦炭强度提高后，特别是热强度提高后，死料柱透液性会显著提高，炉缸活跃性就会很好，高炉稳定顺行。因为钒钛矿冶炼的高炉需要更高的风速和鼓风动能才能吹透中心，但随风速提高，同时伴随焦炭质量下降，焦炭在风口前燃烧的强度增加，导致回旋区焦炭高温磨损加剧，吹入死料柱的粉焦率增加，降低死料柱的透液性。由此可知，为保证一定的回旋区深度，应综合控制鼓风动能在合理范围。高炉送风参数如2表所示。

表2  送风参数

由上表所示，根据冶炼强度和炉型，确定合理风口面积，维持风速270-280m/s，控制鼓风动能＞14000kg.m/s较适宜。

4.4  合理的造渣制度

承钢近年来入炉品位一直在降低，渣比逐渐升高，特别是承钢逐渐在提高本地产的高钒钛粉配比，高炉渣中含7.8%左右的（TiO2），当（TiO2）未被还原时，其熔化温度低，流动性良好。但随着（TiO2）的还原，含钛低价氧化物的生成和增加，并继续还原生成（TiC）、（TiN），其熔化温度随之升高。渣中（TiC）、（TiN）的熔点很高，分别为3150℃和2950℃，在炉缸温度范围内不能熔化，以固态微粒悬于渣中，使炉渣流动性恶化，（TiC）、（TiN）含量越多，炉渣越黏，严重时失去流动性，严重恶化死料柱的透气性，导致炉底凝铁层增厚，炉底温度下降，特别是长期冶炼钒钛磁铁矿，如操作不当或造渣制度不合理，使（SiO2）或（Al2O3）含量过高，炉渣熔化性温度高，粘度大，流动性低，渣铁在炉缸内滞留率过高，将会显著降低炉缸活性，严重影响渣铁流动和排放。所以4#高炉将炉渣碱度控制在1.15左右，有效改善料柱透气性。

4.5  合理的装料制度

（1）由于4#高炉布料采用“平台+漏斗”布料制度，一般而言，平台窄，漏斗相对较大，中心气流相对较强；平台宽，料斗相对较小而且平坦。中心气流相对较弱。中心调剂以料面形状控制为主，边缘调剂以矿焦比例调剂为主。

焦炭布料形成一定平台，通过平台宽窄调整炉中心的焦炭量，同时矿石向中心的滚动量也受平台宽窄控制。焦炭平台宽度是合理料面形状的根本，一般控制2m左右。炉边缘矿石平台略窄于焦炭平台，一般控制1.5-2m。炉中间和中心的矿石在焦炭平台边沿附近落下。形成2m左右深度布料漏斗稳定中心气流。

调剂相对程度：倾角＞料线＞焦炭档位＞矿石档位＞圈数＞批重。确定炉料落点位置（据炉墙300～500mm），还原性差和粉末多的料不宜布在边缘和中心。控制软熔带根部位置适宜（当效果与调剂一致）。外档圈数应多于内档圈数。

从高炉透气性角度，边缘通过煤气量远远多于中心，保证一定边缘气流对改善透气性有利。从煤气流分布角度，高炉因为中心不易吹透，或者高煤比、高富氧等冶炼，边缘气流易发展，需要适当控制边缘气流。高炉控制适宜边缘气流是上部布料基础。平台加漏斗料面形状，可以确保边缘和中心稳定两道气流，有利于改善高炉透气性和高炉稳定顺行。高炉布料边缘平台宽度是由无钟炉顶布料主力档位决定，漏斗大小和深度由布料档位角度差确定，大型高炉料面平台一般可以参考炉喉半径的三分之一。

因此，适合中心气流需要保证一定宽度平台，结合生产条件适当微调，使其适应原燃料条件与高炉冶炼特点，达到中心和边缘合理煤气流分布。

4#高炉在冶炼普通矿时，料制如表3所示。

表3  冶炼普通矿料制

冶炼钒钛矿时，炉况顺行，煤气流分布合理，热负荷19000，煤气利用率48.5%，料制如表4所示。

表4  冶炼钒钛矿料制

由上表所示，高炉在由普通矿转钒钛矿冶炼时，中心穿透能力减弱，渗液性变差，要适当抑制边缘气流，增加边缘矿环数。同时疏松中心，缩小矿带宽、增加中心焦环数。按照“制衡”的原则，适当抑制边缘，可以改善间接还原，使边缘软融带下移，降低热负荷。

当采用抑制边缘、以中心发展为主的上部气流分布形式时，下部应采用吹透中心的调剂原则，即“上闷下活”，否则边缘气流难以控制。

（2）焦批必须与炉喉直径大小相匹配，如公式1所示。

CB = K*DT3  公式（1）

式中： CB —— 焦碳批重，t/批；    DT —— 高炉炉喉直径，m；

K ——  焦碳批重系数，范围0.03~0.04，一般取0.035。

在高煤比操作中，炉喉的焦炭层厚度要确保≥500mm，才能保证炉料及软熔带的透气性。所以在提高O/C时，要考虑选择焦炭批重确保必须的焦炭层厚度。

最小焦炭批重计算公式如公式2所示。

CB最小=πD2KHγ/4  公式（2）

式中：CB最小—— 焦炭最小批重；    D  —— 炉喉直径；

K —— 料面形状系数，取1.1；  γ—— 焦炭的堆比重，取 0.5；

H —— 焦炭的料层厚度。

根据4#高炉的炉喉直径计算，高煤比操作时，最小的焦炭批重是15t/批，合适的焦炭批重是20t/批左右，4#高炉目前实际焦炭批重15t，符合焦炭层厚度要确保≥500mm。

4.6  出铁出渣管理

为保证出净渣铁，确保风压平稳，有良好的透气性，使高炉稳定顺行，对出铁出渣进行以下方面的管理：

（1）出铁速度：

要使一次铁的平均出铁速度大于炉内铁水生成速度，这样才能使炉内的铁渣及时排出，4#高炉要求出铁速度＞4.0t/min。出铁速度＝每炉实际铁量/出铁时间，计算出数据后，要求出铁速度控制在大于该数值，才能保证出好渣铁。

（2）见渣时间

4#高炉每次出铁对见渣时间有严格要求，确保在出铁时及时将炉内的炉渣及时排出。从上次出铁堵口时间起算，到这次出铁的见渣时间≤30min。每炉铁见渣率＞80%，若超过该时间，就应该安排交叉出铁(即两个铁口同时出铁)。

各铁口出铁时间稳定，每天13-14次铁；各铁口易见渣，每炉见渣率80%以上；各铁口深度均匀，易于控制；风口小套几乎无烧损；高炉对渣铁存量承受能力强。

（3）出铁出渣过程中的凉热趋势管理

从铁水和炉渣的温度变化趋势、[Si+Ti]变化趋势判断炉温凉热趋势，因为当炉温剧热或急凉时，对透气性会产生明显的影响。物理热充沛，物理热与化学热匹配性好，铁次之间铁水温度均匀，波动小，铁次内铁水温度变化有规律；圆周方向风口状态均匀稳定；渣铁流动性好；炉温调剂响应正常。

一般而言，当炉温升高时，风压上升，炉温下降时，风压下行。当炉温急剧升高时，风压会突升，造成悬料。当炉温大凉时，炉内的初渣因温度低而粘稠，使炉内的透气性明显变坏。炉温对管理的透气性时有明显影响的，因此，稳定高炉的热制度和炉温水平，将炉温[Si+Ti]控制在0.3%-0.4%，物理热＞1470℃，有利于透气性的稳定。

引进物理热指数Ktp：以铁水物理热（为使数据具有参考性，取出铁中期的测量结果）与化学热[Si]的对应关系衡量铁水物理热是否处于合理范围，计算公式如公式3所示。

  公式（3）

式中：tp —— 铁水物理热（℃）    [Si+Ti] —— 炉温（化学热）（%）

4#高炉2016年Ktp指数平均1.40，适宜范围1.2-1.7，低于1.2则进入危险区域。2016年高炉Ktp指数趋势如图2所示。

图2  2016年Ktp指数趋势

通过采取一系列措施，高炉2016年透气性稳定至35.2，有效保证高炉冶炼过程正常进行和获得良好的生产指标。

5  结语

5.1  高炉入炉烧结矿总特性值一般在100~300(KPa℃)为好，

5.2  高炉将干熄焦比例稳定在50%以上，干熄焦在改善高炉炉况，降低高炉消耗，提高煤比等方面效果显著。

5.3  高炉冶炼钒钛矿，维持风速270-280m/s，控制鼓风动能＞14000kg.m/s较适宜。

5.4  高炉将炉渣碱度控制在1.15左右，有效改善料柱透气性。

5.5  采取平台+漏斗的布料制度，焦炭平台宽度一般控制2m左右，漏斗深度2m左右，可稳定中心气流。

5.6  高炉要求出铁速度＞4.0t/min，每炉铁见渣率＞80%。

5.7  炉温[Si+Ti]控制在0.3%-0.4%，物理热＞1470℃，有利于透气性的稳定。

作者简介：杨博（1984-  ），男，工程师，2007年毕业于河北科技大学冶金工程专业，现在河钢承钢公司炼铁事业部工作，E-mail：lonefall2008@163.com，联系电话：15031673660。