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●爐腹煤氣量指數的上限受原燃料條件、爐型、高爐操作方式和渣鐵排放狀態等因素的綜合影響，現初步定位大型高爐合理爐腹煤氣量指數控制值在58m3/(min·m2)～65m3/(min·m2)。此時，煤氣流和操作爐型易于控制，技術經濟指標也較好。
冀崗 衛繼剛 唐順兵 姜曦
隨著我國鋼鐵工業發展，大型高爐帶來了顯著的經濟效益和強大的競爭力，對大型高爐的生產操作進行基礎性研究就顯得尤為重要，合理的爐腹煤氣量指數控制即為其中之一。爐腹煤氣量指數的定義為單位爐缸面積上通過的爐腹煤氣量，從氣體動力學角度來說，是衡量高爐強化冶煉程度的一個重要參數。大型高爐是一個高溫高壓的密閉逆流反應器，高爐爐腹煤氣量指數實質上就是在高爐爐缸斷面上爐內煤氣的空塔流速。一般認為，過低的煤氣流速會導致大型高爐爐缸中心不活，死料柱增大和爐缸堆積；而過高的煤氣流速會導致高爐內三相反應傳輸矛盾激化，爐內煤氣流的控制難度加大，易造成管道和懸料等失常爐況，而且在高煤氣流速生產情況下，煤氣流對爐襯的侵蝕和沖刷也會加劇，不利于高爐長壽。因此，很有必要對大型高爐的爐腹煤氣量指數控制值進行探討，以提高對大型高爐的駕馭能力。
太鋼5號高爐（4350m3）爐腹煤氣量指數由2008年初的54m3/(min·m2)逐步提高到2010年的67m3/(min·m2)；到了2015年~2016年，由于生產調整和進入爐役中后期，爐腹煤氣量指數又降低到53m3/(min·m2)～55m3/(min·m2)。對此，本文分析其生產時的不同爐況特點，探討怎樣通過各項操作制度的合理匹配和操作理念的改變，來實現合理的爐腹煤氣量指數控制，從而為大型高爐在高煤比、高利用系數的條件下，形成較高爐腹煤氣量指數，實現低燃料比、經濟化生產提供參考。
爐腹煤氣量指數對高爐生產的影響
高煤比、較低爐腹煤氣量指數生產。高爐冶煉在追求高煤比和高利用系數的過程中，往往會形成高爐腹煤氣量指數生產，而高爐腹煤氣量指數生產并不是高爐冶煉的目的。恰恰相反，煉鐵生產會出現怎樣在高爐腹煤氣量指數情況下，合理控制煤氣流的問題。因為，隨著爐腹煤氣量指數提高，煤氣流速加快，往往會出現煤氣流難以控制的情況。當高煤比生產時，由于爐內焦炭負荷加重，壓差和透氣性指數K值往往會升高，這時須要平衡好透氣性指數K值和爐腹煤氣量指數的關系，以實現爐內壓量關系的平穩，這是保持高煤比生產時爐況順行的重要措施。
5號高爐在2008年2月進行煤比200kg/t生產時，將爐腹煤氣量指數控制在56m3/(min·m2)～62m3/(min·m2)，實現了高煤比生產時煤氣流的有效控制。在煤比高而爐腹煤氣量指數較低的情況下，應該適當發展邊緣氣流，否則會出現爐身中上部爐體熱負荷不穩定的現象，從而導致熱制度的大幅度波動，對高煤比下的煤氣流控制和低硅冶煉造成巨大沖擊。
高利用系數、較高爐腹煤氣量指數生產。在較高爐腹煤氣量指數情況下，高爐操作首先要掌握好合理煤氣流分布。大型高爐好的煤氣流分布要具有壓量關系適應、下料均勻平穩、煤氣利用率高而穩定、操作爐型易于控制等特點。為了實現爐況的穩定順行，主要措施是控制邊緣與中心兩股氣流，并且針對形成不同爐腹煤氣量指數的生產，提出不同的煤氣流控制思路。5號高爐低煤比、高利用系數生產實踐的經驗顯示，不能過分發展邊緣氣流，而是采用穩定適宜的邊緣氣流為宜。5號高爐爐腹煤氣量指數由2008年1月的54m3/(min·m2)不斷提高到2009年9月的67m3/(min·m2)，有效容積利用系數也由2.15t/（m3·d）提高到2.6t/（m3·d），爐缸面積利用系數達到69t/（m2·d）～72t/（m2·d），利用系數與爐腹煤氣量指數呈正向相關性，成功實現了高利用系數生產。
對煤氣利用率和燃料比的影響。高爐操作者的中心任務就是以精料為基礎，以爐況順行和提高煤氣利用率為手段，以降低焦比和燃料比、提高產量為核心來操作。2009年下半年，5號高爐產量不斷提高，特別是在2009年11月以后，產量達到11000t/d以上，有效容積利用系數達到2.53t/(m3·d)，爐腹煤氣量指數也提高到65m3/(min·m2)以上。這期間出現過爐況穩定性變差、煤氣利用率下降到49%、燃料比急劇升高到508kg/t的情況。這其中有一部分是原燃料質量變差的原因，但主要是5號高爐在爐腹煤氣量指數達到65.0m3/(min·m2)以上的生產情況下，對煤氣流的控制不到位。
大型高爐在提高煤比或產量的過程中，爐腹煤氣量指數也會相應提高，當爐腹煤氣量指數提高到一定程度并影響到爐況順行時，就應采取提高富氧率、控制風量的措施；或是在爐況允許的條件下，采取逐步降低燃料比等措施來降低爐腹煤氣量指數；也可在設備允許的條件下，適當提高頂壓，有利于控制煤氣流速和全爐壓差，從而為控制煤氣流創造條件。
實現高而穩定的煤氣利用率，從而降低燃料消耗，是高爐操作者的責任。大型高爐在爐腹煤氣量指數達66m3/(min·m2)生產時，控制煤氣流分布，實現煤氣的熱能和化學能充分有效利用，即實現低爐頂溫度（爐頂溫度低于180℃）和高煤氣利用率（煤氣利用率高于51%）操作，以低燃料比生產來實現利用系數的增長，才是經濟有效的手段。
針對不同爐腹煤氣量指數調整操作
通過降低燃料比來提高產量。大型高爐在較高爐腹煤氣量指數生產時，應首先穩定和降低燃料比。據5號高爐2010年的生產經驗，在爐腹煤氣量指數達到65m3/(min·m2)時，風速一般應控制在264m/s～272m/s，鼓風動能為160kJ/s～165kJ/s，在保持中心煤氣流旺盛的前提下，適當放開邊緣煤氣流，通過平衡好爐內的壓量關系來控制下部的風速和鼓風動能，提高煤氣流分布的穩定性，從而實現低燃料比生產。
當爐腹煤氣量指數受到制約時，高爐的增產要從降低燃料比、降低單位生鐵的爐腹煤氣量、降低能量消耗著手。據5號高爐2011年1月和2月爐腹煤氣量指數在64.0m3/(min·m2)時的生產經驗，5號高爐采取適當松邊的裝料制度和調整風口工作面積等措施，使風壓水平能同焦炭負荷、風量和頂壓的使用水平相適應，使煤氣利用率由49.5%提高到51%。同時，由于爐體各段熱負荷和操作爐型也趨于穩定，爐況穩定性明顯好轉，5號高爐將燃料比由505kg/t逐步做低到495kg/t，生鐵含硅量也由0.55%下降到0.35%，在同等條件下，產量由11250t/d提高到11650t/d。一定要樹立大型高爐在爐腹煤氣量指數達64.0m3/(min·m2)以上生產時，通過穩定煤氣流、逐步降低燃料比來提高產量的操作理念。
上下部操作制度相結合，穩定煤氣流。5號高爐采用PW串罐無鐘爐頂。提高高爐煤氣利用率的主要措施是，調整高爐的礦石批重，提高高爐的礦焦比。根據5號高爐多年生產經驗，在爐況接受的情況下，逐步提高礦石批重和加重焦炭負荷是提高煤氣利用率的主要途徑。高風速、大礦批的采用和無料鐘裝料方式，為平峰式曲線的實現提供了技術上的保證。
煤氣流的穩定與否，對大型高爐降低燃料比和穩定熱制度至關重要。在高爐生產中，找到一個與原燃料條件和送風制度適宜的布料制度是高爐操作的關鍵。大型高爐在進行高爐腹煤氣量指數生產時，一定要根據形成高爐腹煤氣量指數的原因，充分發揮好裝料制度的作用，實現合理的煤氣流分布。在上部調劑沒有余地的情況下，可考慮下部送風制度中風量、富氧量、風口面積和濕度的調劑，實現爐內壓量關系的穩定平衡。
合理爐腹煤氣量指數的控制及探討。限制爐腹煤氣量指數的主要因素包括：爐腹渣量、爐腹渣黏度、焦炭在爐腹處的粒度及孔隙度、煤比、爐內有害元素的含量等?？梢姡?、降低渣鐵比和改善焦炭質量的措施，都有利于高爐適應高爐腹煤氣量指數操作。目前，太鋼初步將5號高爐合理的爐腹煤氣量指數控制值定位在60m3/(min·m2)～65m3/(min·m2)。爐腹煤氣量指數處于該值時，高爐易于操作，技術經濟指標良好，爐況穩定，也有益于高爐長壽。
在高爐操作上，通過適當提高富氧率和爐頂壓力，將爐腹煤氣量指數控制在一定范圍內，實現低燃料比生產，是大型高爐提高產量的主要措施。各項操作制度的選擇和匹配是一項系統工作，一定要將送風制度、裝料制度、爐缸熱制度和造渣制度統一結合起來，從而形成煤氣流分布曲線和操作爐型的合理控制，才能實現爐況長期穩定順行。在原燃料一定的條件下，要想提高產量，唯有進一步降低燃料比，從而降低單位生鐵耗風量和其噸鐵爐腹煤氣量指數值，才能實現。
5號高爐將爐腹煤氣量指數和透氣性指數K值視為衡量高爐強化程度的2個重要參數。當生產要求進一步強化高爐冶煉時，管理者應該檢查透氣阻力系數和爐腹煤氣量指數的潛力，采取必要的措施，降低透氣阻力系數，使爐腹煤氣量接近最大值；已經接近最大值時，應為高爐創造必要的條件，采取減少噸鐵爐腹煤氣量的措施，保持爐況穩定和順行。
綜上所述，爐腹煤氣量指數的上限受原燃料條件、爐型、高爐操作方式和渣鐵排放狀態等因素的綜合影響，現初步定位大型高爐合理爐腹煤氣量指數控制值在58m3/(min·m2)～65m3/(min·m2)。此時，煤氣流和操作爐型易于控制，技術經濟指標也較好。大型高爐在爐腹煤氣量指數低于60m3/(min·m2)運行時，可以通過增大風量、提高爐腹煤氣量來增產，當爐腹煤氣量指數將要大于66m3/(min·m2)時，則須通過提高富氧率和爐頂壓力，降低燃料比和低硅冶煉來增產。大型高爐在較高爐腹煤氣量指數運行狀態下，通過調整富氧率、風口工作面積、焦炭負荷、礦批和布料檔位等操作制度和參數，合理控制爐腹煤氣量指數，進而控制爐內煤氣流速，可以實現較低的燃料比和較好的順行狀態。
