沈洪流， 趙 慶， 張 勇， 惲知軍， 劉 偉， 吳 飛
（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司煉鐵部， 安徽 蕪湖 241000）
摘 要：風(fēng)機選型可按照設(shè)計目標制定的燃料指標計算噸鐵耗風(fēng)量，然后以設(shè)計產(chǎn)量計算入爐風(fēng)量，但關(guān)鍵是爐型參數(shù)設(shè)計一定要合理，要將如何確保燃料指標作為爐型設(shè)計的第一要素。本文通過對比法以煤氣流速比確定爐腹角，以爐身角和爐喉直徑選擇新參數(shù)，確定爐腰和爐喉的直徑比值，并在生產(chǎn)中證明設(shè)計的合理性。
關(guān)鍵詞：風(fēng)機 爐型 風(fēng)量 高徑比
目前國內(nèi)的煉鐵行業(yè)正進行結(jié)構(gòu)升級，曾經(jīng)普遍建造的 600 m3 的高爐已經(jīng)全面淘汰，而蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司的兩座 600 m3 高爐已經(jīng)拆除，但在 2008 年此類型高爐還比較少見，一般先進點的配備 AV45 型風(fēng)機，指標與當時 300 m3 高爐比沒有先進性，因此沒有成熟的經(jīng)驗可借鑒，因而蕪湖新興鑄管在籌備 600 m3 高爐時在風(fēng)機的選型和爐型的設(shè)計上，另辟蹊徑，通過適宜的理論計算，選擇了當時同類型的高爐未配套過的 AV50-13 型軸流風(fēng)機，并且通過長期的生產(chǎn)實驗證明達到了設(shè)計目標，因此，此種進行風(fēng)機選型和爐型設(shè)計的方法對于大家在未來設(shè)計高爐時可以借簽。
1 風(fēng)機選型的計算方法
1.1風(fēng)機選型設(shè)計目標
當時要求高爐設(shè)計要按照燃料指標達到行業(yè)先進，燃料比按照 510 kg/t，高爐利用系數(shù)不低于 4.0 t/（m3·d）。風(fēng)機選型風(fēng)量必須與此配套。
1.2 風(fēng)機風(fēng)量的計算方法
為了達到先進指標，必須要有足夠的風(fēng)量匹配，因此以當時的燃料質(zhì)量，按照噸鐵燃料耗風(fēng)推算理論噸鐵耗風(fēng)，也就是按燃料比推導(dǎo)噸鐵耗風(fēng)量，在按設(shè)計日產(chǎn)，計算入爐風(fēng)量。具體測算過程如下：
1.2.1 燃料成分、配礦結(jié)構(gòu)和設(shè)計的燃料指標
當時以自產(chǎn)焦為主，噴煤未配加煙煤，燒結(jié)礦和球團礦也已自產(chǎn)為主，生產(chǎn)工況條件較好，所以按照100%的熟料結(jié)構(gòu)-75%的燒結(jié)加上 25%的球團，綜合品位達到 58.75%。因此設(shè)計按照 350 kg/t 入爐焦比，160 kg/t 煤比作為燃料目標。見表 1 和表 2，從而確定了風(fēng)口帶入的主要碳量（為計算方便礦石碳量不考慮）。
1.2.2 鼓風(fēng)濕度
鼓風(fēng)濕度的取值:因蕪湖地區(qū)夏季相對濕度大：平均在 75%~90%（含水約 15~35 g/m3），春秋冬季的季節(jié)相對濕度在 65%左右：含水約 10 g/m3 左右，24h 的變化在 5~15 g/m3 。因此為便于計算方便，按照全年鼓風(fēng)含水約 12.5 g/m3 計算。鼓風(fēng)濕度為 1.53%。
1.2.3 風(fēng)口前耗碳氣化量計算
計算方法：帶入的碳量-鐵水滲碳-氫氣還原碳量-直接還原鐵炭耗量-其他碳量。帶入碳量為焦炭和煤粉帶入量；鐵水滲碳按照 5.6%的鐵水含碳乘以帶入碳量；氫氣還原碳量按照煤氣中 CH 4 為 1%乘以帶入碳量所得；直接還原耗碳量按照直接還原度0.5，鐵水鐵元素 94%計算。帶出碳量指除塵灰其他含碳帶出及直接還原其他物質(zhì)含碳，按照 20 kg/t 統(tǒng)一計算；滲碳和鐵水中的鐵元素是當時通過光譜化驗的數(shù)據(jù)。
1.2.4 噸鐵耗風(fēng)量計算
風(fēng)口前耗碳氣化量/24×22.4/鼓風(fēng)氧氣帶入量=1 118 m3 。
根據(jù)燃料指標計算出噸鐵耗風(fēng)量為 1 091 m3 ，詳細計算方法，見表 3。
1.2.5 風(fēng)機選型
計算入爐風(fēng)量（m3 /min）=日產(chǎn)量×噸鐵耗風(fēng)量/（1 440 min×90%×95%）。
按照漏風(fēng)率在 10%（實際進風(fēng) 90%） 風(fēng)機效率95%。
計算風(fēng)機風(fēng)量=2 237 m3 /min，設(shè)計定型風(fēng)機為2 200 m3 /min。
2 風(fēng)量與爐型設(shè)計的對應(yīng)關(guān)系選擇
選擇風(fēng)機的風(fēng)量后，要確保如何達到這個燃料指標是爐型設(shè)計時的關(guān)鍵。因為風(fēng)在風(fēng)口燃燒燃料在爐腹產(chǎn)生煤氣流，而煤氣流的分布和煤氣利用率是決定爐況穩(wěn)定和燃料指標達到設(shè)計指標的基礎(chǔ)。因此在分析研究高爐煤氣流分布時，控制煤氣流的關(guān)鍵在于一個要初始煤氣流的穩(wěn)定分布，保持爐況穩(wěn)定，另一個就是控制爐喉邊緣和中間部分氣流，決定了煤氣利用利用率，達到設(shè)計的燃料指標。
對此在爐型設(shè)計上，在采用對比法的同時又通過爐腹煤氣流速比爐腰煤氣流速確定爐腹角，選定爐身角和爐喉直徑來比較爐腰煤氣流速和爐喉煤氣流速的比值，來確定最終尺寸。蕪湖新興鑄管 260 m3高爐和 360 m3 高爐在當時的指標同類型的高爐中處于領(lǐng)先地位，利用系數(shù)平均在 4.5 t/m3·d，燃料指標方面 360 m3 高爐一般燃料比在 525 kg/t。因此以360 m3 高爐的爐型參數(shù)作為對比的目標，260 m3 高爐的爐型參數(shù)作為借簽。因為爐腹是煤氣的產(chǎn)出帶，合適的爐腹角適合煤氣的上升，利于煤氣流的初始分布，因此爐型設(shè)計時采用了爐腹和爐腰的煤氣流速的比值作為爐腹角的確定依據(jù)。因為 360 m3 高爐和 260 m3 高爐在操作時，爐況穩(wěn)定，初始氣流分布合理，而兩者的比值在 1.34~1.36 m2 /（m3·min）間，因
此根據(jù)設(shè)計風(fēng)量，即入爐風(fēng)量×1.4 倍計算煤氣量后，進行多個爐腹角計算比對，后選擇了 80.84°作為爐腹角，爐腹和爐腰的煤氣比值在 1.35 m2 /（m3·min）。
爐身角和爐喉直徑?jīng)Q定了關(guān)鍵的燃料指標設(shè)計的達標，在高爐操作時往往強調(diào)壓制邊緣氣流，要保證中心氣流的發(fā)展，而隨著煉鐵的技術(shù)發(fā)展，有人提出必須注意到爐喉邊緣和中心圓環(huán)面積的比例與爐喉直徑的關(guān)系。例如后期舉例馬鋼 2 500 m 高爐爐喉半徑 4 150 mm，邊緣圓環(huán)區(qū)徑向距離 400 mm（3 750~4 150 mm），面積比為 18.35%，而同等徑向距離的中心圓環(huán)區(qū)（0~ 400 mm)面積比只占 0.93%。因此認為對大高爐來說，中心區(qū)域所占面積遠小于邊緣區(qū)域所占面積，爐喉直徑越大，中心所占面積比例越小，因此，強烈的中心氣流對煤氣利用影響不大。為此在設(shè)計爐型時，沒有按照 360 m3 高爐的84.2°的爐身角進行選擇，因為當時 360 m3 高爐和260 m3 高爐從爐頂攝像看，中心氣流過足，反而不利于煤氣的利用，需要降低爐喉煤氣的流速，因此當時將初步設(shè)計的 5 000 mm 爐喉直徑擴大到 5 300 mm，將爐身高爐降了降，爐身角卻保持沒有發(fā)生大的變化，設(shè)計為 84.71°，360m3 高爐的爐身角為 84.2°，260m3高爐爐身角為 84.3°。對比爐腰和爐喉煤氣的比值，設(shè)計高爐為 0.55，遠遠高于 360 m3 高爐的 0.47 和260 m3 高爐的 0.45。爐型參數(shù)確定后，高徑比為2.77，與 360 m3 高爐的 2.90 的高徑比，爐體稍顯粗壯。詳細參數(shù)設(shè)計對比見表 4。
3 實際生產(chǎn)驗證
蕪湖新興兩座 600 m3 高爐在生產(chǎn)后選擇了未休風(fēng)未發(fā)生外圍事故影響的七個月數(shù)據(jù)進行了產(chǎn)量、燃料指標和入爐風(fēng)量三項設(shè)計指標和實際比較：
設(shè)計產(chǎn)量方面：七個月平均品位 56.5%，平均產(chǎn)量 2 348 t，按照設(shè)計參數(shù) 58.75%的品位，以 1%品位影響 2.5%產(chǎn)量測算，計算如下：
2 348×[1+（58.75%-56.5%）/1%×2.5%]=2 480 t
日產(chǎn) 2 480 t 達到了設(shè)計系數(shù) 4.0 t/ （m3·d）、日產(chǎn)2 464 t 的設(shè)計產(chǎn)能。
燃料指標方面：七個月平均燃料比 524 kg/t，入爐焦比 364 kg/t，煤比 160 kg/t，根據(jù)設(shè)計煤比達到了設(shè)計要求，入爐焦比方面按照品位提高 1%，影響入爐焦比 1.5%計算，計算公式如下
364×[1-（58.75%-56.5%）/1%×1.5%]=352 kg
入爐焦比達到 352 kg/t，達到了設(shè)計目標 350kg/t 的目標。
入爐風(fēng)量：七個月平均噸鐵耗風(fēng)量為 990 m3 。設(shè)計為 1 118 m3 ，噸鐵相差 138 m3 ，如果扣除品位影響，實際耗風(fēng)量更低。反應(yīng)了煤氣利用更好。
因此產(chǎn)量、燃料指標都達到設(shè)計指標，噸鐵耗風(fēng)量也證明了實際燃料指標較低，詳見表 5。
4 結(jié)論
1）高爐風(fēng)機選型時，可以按照指定燃料指標設(shè)計，來確定噸鐵耗風(fēng)量，從而按照漏風(fēng)率 10%，風(fēng)機效率 95%來定型風(fēng)機型號的風(fēng)量。但是鼓風(fēng)濕度一定要考慮進去，否則誤差較大。
2）風(fēng)機風(fēng)量選定后，一定要核定煤氣流速比，高徑比在 2.7~2.8 時，爐腰和爐喉直徑比值可按照 0.55最佳，爐腹和爐腰煤氣流速比按照 1.35~1.36。同時爐身角在 84.7°，爐腹，80.84°煤氣利用效果較佳。
3）爐型設(shè)計時，一定要做好對比選擇，以廠內(nèi)原有高爐參數(shù)做對比，因原燃料水平基本一致。