高炉布料模型的开发与应用徐萌1，张汝望2，丁汝才2(1．首钢技术研究院，北京100043；2．首秦公司，河北秦皇岛264404)摘要：本文基于布料模型提出中心边缘相对负荷L C／L E的概念，修正了高炉煤气中心边缘相对分布Z／W的定义，建立布料与煤气分布之间的日常动态趋势管理，并结合高炉实际的炉况分析布料对高炉操作的影响规律。
统计分析得到首钢某高炉长期稳定的Z／W、L C ／L E和焦炭负荷区间，为高炉实际操作提供了有意义的参考。
并结合布料与煤气分布之间的关系对首秦2号高炉的炉况波动进行了分析。
关键词：高炉布料模型；中心边缘相对负荷；煤气分布；趋势管理1 引言目前高炉布料模型比较普及，但是真正能够为生产提供指导作用的并不多，可能存在以下原因：一、布料模型模拟结果不够准确，如对炉料粒度的偏析、料流宽度、内外堆角都很少有准确的试验依据和描述，另外对径向炉料运动以及对炉料分布的影响也没有相应的描述；二、模型缺少实际的应用效果，大多模型编制完成后并没有作为有效的分析工具，即后续的工作很少有人深入并坚持去进行，因此也造成现场生产技术和操作者对该类模型的不重视。
然而不可否认的是，高炉炉内的任何模型模拟结果都不可能达到绝对地与实际一致，首先，模型都依赖于初始界面条件的选择和大量的试验及监测数据，试验及监测结果的可靠和准确性本身就是对模型结果具有很大的影响，其次，高炉在长期生产的过程中炉内炉外的条件都在发生变化，这是模型本身不可控制的。
也正是因为如此，需要模型工作者更加努力地去做到尽量达到与实际更为接近地效果，最为重要的是，应长期坚持模型结果与高炉实际的结合，坚持日常管理和长期趋势管理。
对于高炉布料模型来说，需要使用模拟结果建立起高炉布料中心、边缘负荷与炉喉煤气分布之间的对应关系，通过日常的数据管理制度建立两者之间长期的趋势管理曲线，并和当时的原燃料条件、操作制度、炉况等相结合。
通过长期的趋势管理上的积累和分析，就有可能利用布料模型实现对高炉布料制度的合理有效的调整。
为此，开发了某高炉布料模型，基于模型理论分析布料与高炉煤气分布之间的对应关系，总结规律，为日常高炉布料调整提供指导。
2 高炉布料模型功能该高炉布料模型可实现以下功能：(1)落点计算；(2)料面形状和矿焦比曲线；(3)料面形状和矿焦比对比。
不同之处在于(1)抛物形堆尖：用料流宽度系数和抛物形堆尖高度系数分别表示抛物形堆尖的宽度和高度，可根据实际情况任意调整。
(2)优先填充抛物形堆尖，然后再分别填充两侧，解决了简单的直线三角填充时将小堆角物料优先填充到中心导致模拟料面中心高的问题。
(3)设置了料面对比功能，可快速了解布料调整前后的料面形状和径向矿焦比的变化程度。
3 基于模型的布料理论3．1 等面积档位布料按档位布料是现代高炉布料的趋势，当前普遍按等面积划分布料档位，矿焦同角。
根据炉容，该高炉可以分8个档位，最大档位41°。
3．2 中心和边缘煤气相对强度用Z 值表示中心煤气相对强度，通常定义为炉喉十字测温中心和次中心五点煤气温度平均值与炉顶煤气平均温度的比值。
用W 值表示边缘煤气相对强度，通常定义为炉喉十字测温边缘四点煤气温度平均值与炉顶煤气平均温度的比值。
由于中心加焦导致中心无矿区较宽，如果选择中心完全处于无矿区，即矿焦比为0，则无法比较中心边缘相对负荷的变化。
因此，为便于将负荷与煤气分布关联起来，选择了范围较宽的中心区域，需对应考察中心九点的权重平均煤气温度。
因此将Z 值定义修正如下：Z=(aT 1＋b (T2＋T 3＋T 4＋T 5)／4＋c (T 6＋T 7＋T 8＋T 9)／4))／T top 式中，a 、b 、c 分别为中心、次中心及第三环(由中心到炉壁方向)煤气温度对Z值的影响权重系数，本研究中暂定为0．6、0．3、0．1。
如果不考虑第三环，则c为0，a和b可分别定为0．6、0．4或者0．7、0．3；T1为中心点炉顶煤气温度；T2～T5分别为次中心点温度；T6～T9分别为第三环温度；Ttop为炉顶煤气平均温度。
从图3所示的高炉炉喉煤气中心5点和中心9点权重平均温度比较看，两者基本一致。
3．3 中心边缘煤气相对分布和相对中心边缘负荷用Z／W表示中心边缘煤气分布的相对强弱程度。
将中心或边缘平均矿焦比定义为：将L C／L E定义为相对中心边缘负荷，从而可在炉料的L C／L E与煤气的Z／W之间建立起对应的关系。
4 高炉布料制度与煤气流分布的关系研究4．1 总体趋势图4为2006年开炉至2011年5月日均中心边缘相对负荷和日均中心边缘相对煤气温度的变化。
从宏观角度看，中心边缘相对负荷呈现逐渐减小的趋势，反之，中心边缘煤气温度分布随之呈现提高的趋势。
即中心边缘相对负荷与中心边缘相对煤气温度呈负相关关系。
大致可以分为四个阶段：第一阶段开炉至2007年10月，基本以开放边缘为主要方针；第二阶段为2007年11月至2009年4月，主要以打开中心为调整策略，适度抑制边缘；第三阶段为2009年4月至2009年12月，从后面的分析可以看到主观操作策略上仍为极力打开中心，但客观结果为中心未开，边缘较盛，后期略见效果；第四阶段为2010年迄今，基本上维持中心加焦的装料制度，总体上中心较开，边缘抑制。
4．2 2006年10月—2007年3月高负荷期图5为高负荷、大煤比生产期间对应的相对负荷与相对煤气分布之间的关系。
在此期间，高炉中心边缘相对负荷较高，在0．5～0．65之间，中心不开，边缘较盛，Z／W值绝大部分时候低于0．5，最高偶尔达到1．2。
除了有两次较为明显的煤气流波动之外，炉况总体表现稳定。
期间，装料制度基本未采用中心加焦，中心不存在无矿区，同为层状结构，只是矿层较薄，料面形状呈宽平台和漏斗形。
这种装料制度有利于矿石平摊，分布范围较宽，因此可一定程度吸纳高负荷，同时可能与新炉子炉型规整、原燃料质量较好且稳定有关。
但是，这种装料制度下边缘过开而中心则抑制，对高炉长寿不利，同时长期在这种制度下易造成中心堆积，回旋区缩小，高炉将变得难以稳定。
由于该种制度下以开边缘为主，中心边缘相对负荷较重，在这样的前提下，中心边缘相对负荷的微调对中心打开作用甚微。
4．3 2007年5月—2008年2月图6为2007年5月至2008年2月之间的负荷与煤气分布的关系。
在此期间采取了中心加焦的装料制度，实现以开边缘为主的操作向以开中心为主的方针的过渡和转化。
期间，炉况表现不稳定．装料制度调整比较频繁，方向不明确，中心边缘相对负荷反复，没有很快地适应上下部制度上的匹配，造成前期中心仍然不开。
直到十月底，中心边缘相对负荷降低到0．5上下，中心逐步打开，Z／W值上升至2．0左右，进一步又升至3．0上下。
这个阶段整体上炉况波动较为频繁，主要原因有：(1)原燃料质量欠佳，特别是烧结矿质量较差；(2)长期中心不开导致炉缸堆积；(3)从开放边缘向开放中心过渡期调整思路不明确，上下部制度配合不佳。
4．4 2008年9月—2009年3月图7为2008年9月—2009年3月之间的负荷与煤气分布，此期间又基本放弃了中心加焦，但是矿角和焦角都往外扬，导致向中心溜的矿减少，中心边缘相对负荷减小。
因此，尽管不是纯粹的中心加焦，但是中心区焦炭量多，中心负荷减小，L C／L E减小，在0．25上下。
煤气Z／W值升高，中心较为开放，但是中心煤气稳定性较差．波动频繁。
4．5 2009年4月—12月图8为2009年4月—12月相对负荷和煤气相对温度的变化，尽管中心边缘相对负荷持续下降，但边缘难抑制，中心开放的程度比较缓慢。
该阶段负荷在5．0—5．5之间，炉况稳定性尚可，但焦炭质量不稳定，另一方面煤比较高，富氧高，风口动能自8月～11月下降趋势，因此边缘比较发展。
L C／L E从0．25持续降到0．1以下，Z／W前期由0．5增加到1．0以上，后期从0．5增加到0．75。
十一月中旬停风恢复过快出现中心大开现象，随后连续抑制中心。
4．6 2009年12月—2011年5月图9为2009年12月—2011年5月相对负荷和煤气相对温度的变化。
2009年底到2010年2月为炉况恢复期，延续11月中旬中心大开继续抑制中心，退负荷，L C／L E显著提高到接近1．0，Z／W降到1．5，导致中心向弱，又疏导中心。
10年3月底炉况向好，随着L C ／L E的持续降低中心逐步打开，Z／W值达到3．0以上，进而在4．0上下波动，基本能在5．0左右的负荷上维持住。
到2011年3月中旬后因焦炭质量下降，尽管L C／L E下降，但中心开放程度受到抑制，不得不退负荷适应。
5 结论(1)该高炉正常炉况下较为合理的L C／L E在0．25—0．5之间，对应的Z／W在4．0—2．5之间。
高炉对应的较为理想的负荷在5．0—5．2。
(2)负荷5．3以上时，中心不容易开，边缘发展，实践证明不能长期在高负荷下运行。
两次高负荷运行期之后都是炉况的恶化。
两次高负荷运行期煤气表现类似，但布料制度差异大，前一次是有意开边缘，后一次是边缘难以抑制。
(3)负荷在低位运行时，可以使用较高的L C／L E；反之，需要逐步降低L C／L E来获取合理的煤气分布。
(4)应基于布料模型建立L C／L E和Z／W之间的日常数据管理和分析，长期积累掌握规律。
(5)加负荷过程中，对于绝大部分布料制度而言是逐渐加重中心的过程，为保持煤气流稳定，应基于模型日常数据管理和分析结合原燃料条件、炉况和其它制度做好高炉炉况发展的预测和短、中长期计划，并实现加负荷和开中心的阶段性联动，根据现状和目标进行有计划的分步骤的布料调整。
(6)原燃料条件变化时，应通过退负荷或布料制度调整及时主动防守，减少被动适应。