高炉炉身静压监测技术最早由宝钢在20世纪80年代引进!,在指导高炉操作中具有超前性、稳定性及准确性等优点!21,对判断炉内压力与煤气流在横纵两个断面上的变化趋势,减少炉况大幅波动及避免炉况失常,具有重要的参考价值。

目前,国内高炉基本上都应用了该技术,但缺乏对大型高炉压差与炉身静压差变化的一般性规律总结,难以对一般和特殊炉况起到指导作用。京唐1号高炉(5500m:)在设计中也引人了炉身静压监测技术,并将监测数据作为重要的调剂参数应用于作过程中,形成一套通过炉身静压差变化判断炉况的操作方式。

1 炉身静压差与高炉压差变化的规律

1.1炉身静压监测装置

1号高炉在炉身安装了4层静压监测点，把高炉压差分为上部压差、中部压差、下部压差分别进行监测,称为“静压差”上中下三部分压差总和是高炉总压差。最下层炉身静压监测安装在炉腰位置最上层炉身静压监测安装在炉身中部以下[3。京唐1号高炉炉身静压监测位置如图1所示,风压与第1层静压力的差值为下部压差,第2层静压力与第4层静压力的差值为中部压差,炉顶压力与第4层静压力的差值为上部压差。利用上、中、下部压差分别监控炉腹区域、软熔带、块状带透气性的变化。

1.2 高炉压差的一般性规律

高炉压差指入炉的风压与炉顶压力的差值。在生产过程中,高炉压差代表炉内的气体流过整体料柱的压力损失,代表炉内料柱的透气性,透气性越好压力损失越小,压差越低。

炉内气体流动是鼓入的热风与炉缸内焦炭燃烧产生大量煤气,煤气上升与炉料继续反应,最终反应后产生的煤气从炉顶排出的过程。鼓入高炉的热风与焦炭反应产生煤气而使气体体积增加,风口前端有回旋区存在,并且炉缸内虽然有大量炉料及渣铁填充,但是仍属于大体积容器。因此,热风进入高炉后的压力大幅降低。由于炉缸焦炭及渣铁的阻力炉缸水平面的压力分布从风口向内逐渐降低,若炉缸透气性好,则从外往内压力降低小,反之则压力降低大。而在竖直方向炉缸煤气上升过程中,由于炉料及入的热风需要的风压就低,反之需要的风压则高在定顶压、定风量的操作模式下,压差低也就代表了炉内整体透气性好。

京唐1号高炉开炉前烘炉打压时,风压、顶压及高炉压差的变化如图2所示,各层压差的变化如图3所示。对比图2和图3.炉顶放散阀全开时,炉内存在较高的压差值,但都是在下部。这时候的高炉压差不是因为热风通过的阻力，而是由于空高炉风口前的面积急剧变大,压力会出现陡降,以至于炉缸水平面压力远远低于热风压力,热风在炉顶出口因为通过面积急剧变小而产生较小的炉顶压力。这时候的高炉压差值,只是表征热风进人风口前的压力与炉顶压力的差值,并不表征炉内的透气性。当关闭炉顶放散阀提高顶压进行打压试验时，下部压差回零表示炉缸水平面压力与鼓风压力持平时,高炉空腔压差为零。

由此可见,通常意义上的高炉压差并不代表炉缸水平面压力与炉顶压力的差值,只是在高炉生产炉缸内风口前压力水平接近热风压力取压点的风压时,高炉压差才基本代表炉内压差。而通常意义上的高炉压差代表的是热风压力取压点与顶压取压点渣铁阻力,以及通过的截面积变化,同样导致压力逐渐降低,炉料阻力越小,压力损失越少,炉料前端与后端压差越小。

高炉冶炼是定顶压、定风量的操作,在炉顶压力固定的情况下,炉内透气性好,煤气上升阻力小,鼓之间整个系统压力损失的大小,由于管道系统是固定的,也就在一定意义上能够代表从风口前端到炉顶料面整体透气性的好坏。

高炉内从炉缸至炉顶煤气体积的变化如图4所示。热风进入高炉与焦炭反应是体积膨胀过程,炉缸煤气体积大于热风体积,炉缸煤气上升过程中与焦炭及矿石反应,在炉身下部经过软熔带后体积增加到最大,在炉身块状带煤气体积不再变化。由于高炉煤气在炉内自下而上体积、温度的变化,以及炉内自下而上各层煤气通过横截面积的变化,即使炉内各层截面的炉料透气性相同,也必然导致各层的压力分布不同。由于炉料在炉内不同区域的分布不同,且煤气在炉内不同区域的流速不同,各区域煤气通过的阻力不同,也就导致了炉内水平面压力不等同。因此,炉身静压监测的上、中、下部压差总值虽然等同风压与顶压的差值,但是通过炉身静压监测的各层压差变化并不完全代表各层的透气性变化仅仅代表边沿区域的压差变化。京唐1号高炉各层压差及总压差的变化如图5所示,由图5可以看出:

通过炉身静压监测的各层静压差正常范围的变化并不完全等同于高炉压差的变化。

1.3 静压差的影响因素

(1)下部压差。下部压差监控区域为高炉炉腰下部至风口带的高温区域,处于高炉软熔带以下,为焦炭与滴落的渣铁混合区域。影响下部压差的因素有:经过高炉上部反应消耗后进人炉缸的焦炭粒度中心死焦堆大小及透气性;软熔带根部位置的高低渣铁排放干净程度;进入炉缸的渣铁黏度。

改善下部压差应从炉缸透气性着手,改善焦炭热态性能,提高炉缸焦炭粒度,增加炉缸焦炭气窗面积:保持足够的风速、鼓风动能使炉缸具备足够大的风口回旋区面积,尽可能减小炉缸死焦堆体积:合理搭配炉料结构,保持合理的综合炉料治金性能:构建合理的煤气分布形态,使软熔带具备一定的高度,增加炉缸纯焦炭区域体积;调整合适的造渣制度,减小进入炉缸的渣铁对焦炭气窗的淤堵:控制合理的渣铁温度,避免煤气体积过度膨胀;及时排净渣铁,尽可能保持稳定的渣铁液面,增大炉缸焦炭区的体积(2)中部压差。中部压差监控区域为高炉的中温区域,是煤气与焦炭、矿石发生还原反应的区域是半熔化矿、焦炭、渣铁的混合区域。影响中部压差的因素有:炉料的综合冶金性能形成的软熔带厚度初渣及终渣黏度;焦炭的冷态、热态性能;装料制度及形成的软熔带形状。

为改善中部压差,应合理搭配炉料结构,以具备合理的综合炉料冶金性能,使综合炉料的熔融温度区间尽可能的小,熔融最大压差尽可能低,熔融带厚度薄,这样才能最大程度改善软熔带的透气性:通过调整上部装料制度,形成合理的一次煤气流分布,使软熔带形状具备稳定、合适的煤气通路。

(3)上部压差。上部压差监控区域为块状带区域。影响上部压差的因素有:入炉原料的粉末量;块状带炉料粒度;炉料的抗压强度及冶金性能:装料制度形成的矿焦分布[4-5]

改善上部压差的措施:

①提高人炉原料粒度,减少人炉粉末;

②提高含铁炉料的抗压强度、降低爆裂指数,降低低温还原粉化率;

③通过装料调整构建合理的二次煤气流分布通路

2 炉身静压在高炉操作中的应用

2.1 高炉调整的参考

大高炉冶炼都会保持中心与边沿的两条煤气通路,这两条煤气通路是跷跷板式的平衡。在原料条件不变条件下,中心变强则边沿变弱,中心变弱则边沿变强。炉身静压监测炉身边沿的静压力变化,通过静力压变化情况监测边沿区域的静压差变化,基本能够监测高炉边沿区域透气性变化。在装料调整时,通过静压差变化情况可以判断边沿气流变化[]。虽然各层静压差值不能完全代表各层整体透气性变化,在高炉中心区域煤气通路稳定的情况下,静压差变化也能反应出各层透气性变化。通过静压差分析炉身各层透气性变化,必须结合煤气分布变化综合分析,才能得出正确的参考意义。

京唐1号高炉各层压差分布比例的变化如图6所示。高炉压差主要集中在下部与上部,中部压差很低。上部压差占总压差的30%左右,中部压差占总压差的10%左右，下部压差占总压差的60%左右。因此,生产中高炉以改善压差作为调整手段,应该主要改善上部与下部压差。

2.2 日常操作的辅助

大高炉生产都需要保持生产条件稳定,一般不会出现短时间内原燃料条件大的波动及操作制度上大的调整,从而保证炉内煤气流分布的基本稳定,炉身上部压差与中部压差也能保持稳定!7。如果工长在操作中能够保持炉温的稳定,则下部压差也会维持稳定。但是,在实际生产过程中,炉温会在一定范围内波动,而炉温波动必然会导致炉腹煤气体积的波动,进而会引起下部压差的波动8。因此,在高炉操作中,通过下部压差变化能够判断炉温变化下部压差升高代表炉温上行,下部压差降低代表炉温下行。京唐1号高炉下部压差及铁水[Si]的变化如图7所示,对比可见下部压差与铁水[Si]的对应关系,正常情况下炉温升高会带来下部压差升高，

2.3 特殊炉况的监控及处理

京唐1号高炉某天的炉身静压监测画面见图8。由图8可以看出,下部压差稳定性偏差,表明下部边沿气流稳定性差,对应的操作曲线表现为料尺工作不均匀。当下部压差降低时,表明下部边沿透气阻力减小,煤气通过量加大,对应的会带来中上部阻力增大。如果中上部能够承受下部增加的煤气量而保持压差稳定,则操作曲线表现为压量关系基本稳定。当中部不能承受下部的煤气流时,会带来中部压差急剧下降,上部压差急剧升高。当上部能够承受急剧增加的气流时,也能保持整体压差基本稳定,并保持操作曲线基本平稳。当下部压差下降过低,而中上部都不能够接受突然增加的煤气量时,就会出现管道。