了解高爐，就要知道爐缸活躍性到底怎麼回事？

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爐缸活躍性——這個名詞搞煉鐵的人很少有人不知道，但爐缸活躍性到底是怎麼定義的？爐缸活躍性如何計算？爐缸活躍性的影響因素有哪些？你對爐缸活躍性的理解有哪些誤區？小編帶你詳細了解。如您需要下載原文，請關注「鋼鐵精英」並回復「活躍性」下載。如您希望加入「鋼鐵精英群」討論實時熱點技術問題或者實際生產問題，請加小編微信：xie215727208。

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1 概述

1.1 爐缸活躍性定義

爐缸活躍性是評價高爐工作狀態的重要指標之一，目前尚未給出公認的定義，實際生產過程中，高爐操作者所謂的爐缸「活」或者「不活」，主要是通過爐缸料柱的透氣透液性以及渣鐵的流動性來判斷，透氣透液性為料柱的固有屬性，主要受爐缸內焦炭粒徑以及孔隙度的影響，流動性為渣鐵的物理屬性之一，受渣鐵黏度的影響。因此，爐缸活躍性可以表徵為爐缸內渣鐵穿透料柱的能力。

爐缸活性指數與理論燃燒溫度、鼓風速度、焦炭CSR、焦比、中心氣流指數Ｚ值成正相關關係，與煤比、渣比、邊緣氣流指數、高爐透氣性指數成負相關關係。

爐缸活性狀態的良好需要長期的關注和維護，爐缸活性問題猶如交通擁堵問題，焦炭似公路，熔體（渣鐵）似汽車，迴旋區似交通警察，公路越寬闊，汽車行駛越快，交通警察的位置越合理，整個交通就會越通暢，爐缸活性也會越好；反之亦反。但是，爐缸活性問題和交通擁堵問題還存在一個最顯著的區別，就是交通擁堵問題是裸露在外的，是一目了然可以被發現的，而爐缸活性問題是在高爐內部，是密閉的，很難被發現並掌握，即使被發現的時候，也很有可能已經造成了嚴重的後果。保持爐缸死焦堆良好的透氣透液性對渣鐵水的溫度、流動和正常的排放都具有積極的意義。爐拉活躍性較好時，高爐容易穩定、順行；而爐缸活躍性的惡化，往往會導致高爐不順，難以操作。

1.2 爐缸活躍性的表現

爐缸活躍性下降期表現一般為：

（1）風壓不穩定且升高，風量減小，透氣性指數下降，風量和透氣性指數波動幅度增大；

（2）爐底溫度降低、爐缸溫度升高，爐身下部、爐腰等溫度出現波動，水溫差上升；

（3）燃料比小幅度上升，產量小幅度下降；

（4）鐵水物理熱下降，出鐵時間變短，鐵次增加，渣鐵出凈率降低。

爐缸活躍性惡化的爐況表現一般為：

（1）風壓升高，風量減少嚴重，透氣性指數明顯下降；

（2）爐缸溫度快速下降，爐身溫度整體上升，呈散亂性波動，水溫差明顯上升（約3-4℃）；（3）燃料比大幅度上升（約30-50kg/t），產量大幅度降低（減產約10-20%）；

（4）爐牆溫度大幅度波動，氣流不穩，嚴重時出現邊緣管道；

（5）出鐵速度及時間不穩定，各鐵口爐溫、出渣鐵量不均。

1.3 影響活躍性的主要方面

影響高爐爐缸活性的因素大致可以分為三個方面：（1）主流供料區的焦炭所提供的「透氣-透液通道」數量；（2）熔體（渣鐵）的流動性能；（3）風口迴旋區的位置。三種因素相輔相成，相互影響。

造成主流供料區的焦炭所提供的「透氣-透液通道」減少的主要原因有：

（1）焦炭質量差，冷熱強度低，反應性高，粒度小，粉末多，這是「透氣-透液通道」減少的內因。

（2）長期過量噴吹，未燃煤粉量增大，沉積在死焦堆中，這是「透氣-透液通道」減少的外因。

（3）鹼金屬負荷過重，嚴重破壞焦炭的反應性和熱強度，導致焦炭在下降過程中破損，碎焦增多，這是「透氣-透液通道」減少的外因。

造成熔體（渣鐵）流動性能變差的主要原因有：

（1）爐缸熱制度長期不合理，爐溫持續偏低，渣鐵物理熱不足，過熱度下降，黏度增大，流動性變差。

（2）造渣制度長期不合理，採用超高鹼度、高 Al2O3低 Mg O 的造渣制度，易形成短渣，爐渣黏度增大，流動性變差。

（3）長期過量噴吹，過量未燃煤粉進入爐渣，以懸浮狀存在於爐渣中，會增加爐渣的黏度，爐渣流動性變差。

（4）長期進行釩鈦磁鐵礦冶煉，由於鈦化物的析出，渣鐵流動性能變差。

造成風口迴旋區位置不合理的主要原因有：

（1）盲目追求高風量，風口面積過大，長期處於低風速、低鼓風動能的送風制度，風口迴旋區縮小，鼓風吹不透中心，爐缸中心堆積。

（2）長期邊緣過重，風口面積過小，長期處於高風速、高鼓風動能的送風制度，中心煤氣流過分發展，風口迴旋區擴大，中心過吹，爐缸邊緣堆積。

2 爐缸活躍性指數的計算

目前針對爐缸活躍性的計算有很多，這也是各高爐工作者對於爐缸活躍性認識的不同造成的。

2.1 渣鐵流動阻力以及渣鐵溫度評價爐缸活躍性

根據渣鐵流動阻力以及渣鐵溫度評價爐缸活躍性。這種評價方式受渣鐵流動速度的影響，實際過程中不易測量，並且不能夠直接反應爐缸焦炭料柱的固有屬性。

圖 渣鐵進入爐缸的區域劃分

圖 渣鐵排出的流程示意圖

渣鐵自軟熔帶以下至排出爐外，經過兩個流程，即渣鐵生成和爐缸排出。渣鐵流動阻力可由公式計算：

（1）

渣鐵流動阻力係數之和表示渣鐵流動總阻力的大小，從主要側面反映爐缸活躍J勝的程度，總阻力係數越小，爐缸活躍程度越高。

（2）

這是較理想的狀態。在高爐連續出鐵的條件下，爐缸下部順利流出渣鐵的同時，騰出空間接納上部軟熔帶生成的渣鐵，且爐缸下部液面基本保持恆定。

（3）

這是很不理想的狀態。正常作業的高爐不會出現這種狀態，這意味著渣鐵會滯留在爐缸內，將破壞高爐的正常生產，一般在爐外事故或者爐缸嚴重堆積、爐缸凍結的情況下出現。

（4）

這是通常高爐的工作狀態，爐缸下部在「等待」上部渣鐵的進入。一般而言，在此情況下，兩者之差的絕對值越小，表明爐缸活躍程度越高。

定義爐缸活躍性指數如下：

2.2 通過爐芯溫度和爐缸側壁溫度的比值定義爐缸活躍性

這種評價方式的優點是現場可以實時在線得到熱電偶溫度數據，易於高爐操作人員使用，但是由於不同高爐爐缸熱電偶插入深度以及碳磚導熱係數差異比較大，因此不便於不同高爐之間進行對比。

其中Tc為爐缸側壁溫度——指的是爐缸側壁各層熱電偶溫度均值，與爐缸冷卻壁水溫差相比，能夠更直接和迅速的反應爐缸側壁碳磚和渣鐵保護層厚度的變化情況。

TD為爐缸中心溫度——指的是爐底各層中心熱電偶溫度均值。

爐缸工作活躍指數與產量基本呈相同的變化趨勢，即爐缸工作活躍指數隨產量的提高而升高。爐缸工作活躍指數與煤比基本呈相反的變化趨勢，即爐缸工作活躍指數隨煤比的提高而降低。高爐長期高煤比生產，易發展邊緣氣流，如果爐缸工作狀態不活躍，必然會加劇爐缸側壁的侵蝕，引起爐缸側壁溫度升高，爐缸工作狀態活躍性增大之後，鐵水對爐缸側壁的環流沖刷減少。

圖 爐缸工作活躍指數與產量的關係（原首鋼2號高爐1780m3）

圖 爐缸工作活躍指數與煤比的關係（原首鋼2號高爐1780m3）

2.3 根據卡曼方程定義的一種新的爐缸活躍性指數的評價方法

能夠量化影響爐缸活躍性指數因素的兩個方面的影響：焦炭料柱的固有特性——焦炭粒徑以及料柱孔隙度；渣鐵的物理特性——動力黏度。

其中：dp為爐缸內焦炭平均粒徑，m;為焦炭料柱的孔隙度;μ為渣鐵的動力茹度，Pa·s，表示渣鐵的流動特性;V為渣鐵流動速度，m/s。d0和μ0表示特徵粒徑和特徵粘度。C為常數，C=1.0×10**5，設置常數C的主要目的是為了提高爐缸活躍性指數的量級，便於高爐操作人員使用。

生產過程中實時獲取焦炭以及渣鐵參數比較困難，因此可以利用高爐檢修的機會進行風口焦取樣，直接獲取風口前焦炭的粒徑分布，並測量焦炭試樣的孔隙度，同時利用茹度分析儀測定渣鐵水茹度，從而對爐缸活躍性進行階段性的評價。

2.4 熱量平衡係數作為評價高爐爐缸活躍性的指標之一

在計算高爐熱量平衡過程中，通過計算熱收入與熱支出，得到一個高爐熱量平衡係數。通過首鋼範圍的試驗發現，高爐物理熱水平同爐缸平衡系統高度相關，因此，通過高爐熱量平衡係數也能夠在一定程度上表徵高爐爐缸活躍的程度。

3 改善高爐爐缸活躍性的方法

3.1 保證風量

高爐風量是煉鐵生產者控制的重要參數之一，風量對爐缸內焦炭的更新速率的影響主要表現在兩個方面:

（1）鼓風中的氧與焦炭發生燃燒反應，直接消耗焦炭;（2）風量直接影響高爐的鐵水產量，在高爐富氧率、焦炭負荷等操作參數不變的條件下，高爐風量與高爐日產量、風口前焦炭日消耗量的關係如圖所示，其中高爐日產量為風量與高爐噸鐵耗風量之間的比值，風口前焦炭日消耗量可根據焦炭的燃燒反應計算得到。從圖中可以看出，隨著高爐風量的提高，高爐日產量以及焦炭消耗量逐漸上升，說明提高風量不僅有利於提高風口前焦炭的消耗量，而且會增加鐵水產量，提高鐵水滲碳。因此，在保證高爐順行的前提下提高風量有利於提高爐缸內焦炭的更新速率，從而改善爐缸活躍性。

圖 高爐風量對產量以及焦炭消耗量的影響

3.2 合理的爐溫

爐溫表示鐵水中的硅質量分數，在一定條件下，鐵水中的硅元素質量分數與鐵水溫度呈正比。提高爐溫一方面可以提高鐵水溫度，從而提高鐵水中的碳質量分數，另一方面提高爐溫可以降低爐渣茹度。因此，控制爐溫也是高爐操作者改善爐缸活躍性常用的手段之一。2017年第一季度國內部分4000 m3以上大型高爐的爐溫控制水平如圖所示(爐溫的變化用鐵水中硅質量分數表示)。鐵水中硅質量分數過高會增加燃料消耗，硅質量分數過低會導致渣鐵流動性變差，降低爐缸活躍性，因此需要控制合適的爐溫，受原燃料水平和操作制度的影響，不同的高爐對爐溫的控制標準會有所差異，需要在生產過程中不斷摸索。

圖 國內部分大型高爐爐溫控制水平

3.3 控制噴煤量

高爐操作過程中不能一味地追求噴煤降焦，焦炭負荷長期過重不利於高爐的穩定順行，當高爐原燃料質量下降或者高爐爐況失常時，應主動退負荷適應，同時降低噴煤量，若噴煤量過高，一方面容易導致煤粉不能充分燃燒，未燃煤粉聚集在死料柱內，降低死料柱的孔隙度;另一方面高煤比會延長焦炭在爐缸內的停留時間，導致粉末量增加。

3.4 控制有害元素

鹼金屬與焦炭會形成層間化合物，發生體積膨脹，導致焦炭產生裂紋而破碎，從而降低焦炭粒徑。京唐和寶鋼高爐入爐焦炭粒徑、鹼負荷以及風口焦粒徑統計分析見表。

表風口焦炭粒度對比

3.5 加強原燃料質量管理

以武鋼7號高爐為例，高爐爐料結構為68%一70%燒結礦+22%球團礦+6%一8%澳礦(或南非礦)+2%海南礦。在選擇上，儘可能多使用熟料，保證熟料率在90%以上。少用或不用海南礦，以提高人爐礦石品位。減少渣量、採用酸性球團礦與高鹼度燒結礦配合的合理爐料結構，明顯改善了爐腹和爐缸的工作條件。

3.6 穩定煤氣流分布

煤氣流分布形態應從下部煤氣分布形態和上部煤氣分布形態兩方面分析，兩者相互影響，下部煤氣分布形態對煤氣分布起決定性作用。高爐下部煤氣分布形態需要兼顧如何保持爐缸的活躍工作狀態及爐缸的長壽，下部煤氣盡量向中心滲透對這兩者都是有利的。

3.7 保持充沛的爐溫和合適的爐渣鹼度

爐缸有充足的熱量才有好的渣鐵流動性，當前形勢下高爐渣比相對較高，對爐溫尤其是鐵水物理熱要求較高，為使渣鐵順利排出，鐵水「Si」作為高爐操作中心值控制。同時關注鐵水物理熱，在高爐實際渣鐵成分下，鐵水溫度達到規定值可保證渣鐵具有良好的流動性。

3.8 優化出鐵組織

爐前操作影響爐缸的主要是鐵口周期性出鐵後堵口的炮泥，炮泥的主要組分為焦粉、黏土粉、高鋁礬土、碳化硅、膨潤土、絹雲母、脫晶蕙油等，這些組分中能夠提供熱量的僅僅是焦粉，其他物質進人爐缸後吸熱凝固，消耗高爐爐缸熱量。另外，炮泥進人爐缸區域後，再排出主要靠周期性的出鐵產生的沖刷而帶出。因此，在爐前操作方面必須保持合理的鐵口深度，在出鐵制度上盡量做到各鐵口均勻出鐵。

爐前出渣出鐵工作必須保證鐵口的深度、出鐵時間;為避免憋爐現象，規定出鐵間隔時間達到要求時間必須開對面鐵口，可重疊出鐵;在目前鐵礦石品位降低、渣量增加的情況下，適當增大開鐵口所用鑽頭，及時出盡渣鐵很重要，有效防止渣鐵在爐缸內堆積造成憋爐，為高爐穩定順行創造條件。

4 爐缸活躍性判斷的幾個誤區

4.1 爐底中心溫度高爐缸越活躍

從死焦堆的性質來看，透液性越好，渣鐵通過的速度越快，爐底中心溫度越高。在鐵水產量相對穩定的前提下，透液性變好，意味著邊緣鐵水環流的強度降低，爐缸側壁溫度降低。因此，在一定程度上說，中心溫度升高，爐缸活躍度升高。

但此種說法並不絕對。高爐開爐之後，爐缸受鐵水沖刷的影響，各點熱電偶溫度會波動升高。對於小高爐來說，這種情況在高爐冶煉後期尤其明顯。此時的熱電偶溫度升高是由於爐缸侵蝕加劇造成的，並不能說爐缸活躍度有升高。

4.2 鐵水硅含量越高，爐缸活躍性越好

鐵水硅含量代表的是爐缸化學熱的高低。在一定的範圍內，硅含量增加，代表著爐缸熱量充沛，爐缸渣鐵流動性好。但超過一定的限制，如硅含量超過0.7%之後，鐵水的粘度會有小幅升高，影響鐵水的流動性。因此，鐵水硅含量設計應控制在合理的範圍內，防止出現渣鐵流動性明顯惡化的情況。

4.3 增加風量提高爐缸活躍性

高爐增加鼓風量在一定程度上能夠加快料速，渣鐵產量增加，有助於活躍爐缸。但增加至一定範圍之後，超出規定的風容比，會出現料柱受力的失衡，容易出現局部氣流、管道，從而惡化煤氣利用，料速會有所降低。因此，增加風量的方法適合在一定的範圍內使用，不能過度增加風量以活躍爐缸。

5 總結

高爐爐缸活躍性在高爐操作過程中應處於關鍵的監控參數。尤其是對於大高爐來說更為重要。因為爐缸直徑越大，中心溫度受影響越大。在明確高爐爐缸活躍指數的基礎上，通過原料控制、高爐操作優化等方法，提高高爐的穩定程度，保證高爐的長期穩定順行，這才是高爐爐缸活躍性指數的目標。

參考文獻

（1）爐缸活躍性指數及改善措施，陳川

（2）武鋼7號高爐提高爐缸活躍程度實踐，陳畏林

（3）高爐爐缸活性量化計算模型的開發與實踐，代兵

（4）京唐5500m3高爐爐缸工作狀態研究，李洋龍

（5）高爐爐缸活性的基礎研究，代兵

（6）太鋼5號高爐提高爐缸活躍性的措施，李紅衛

（7）高爐爐缸活躍性評價的新認識，陳輝

（8）4000立方米高爐活躍爐缸操作實踐，楊毅

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