本钢7号高炉利用平台漏斗和中心炼焦的优点，采用& ldquo中心焦化+平台漏斗& rdquo布料方式经过一系列的试验和调整，走了一条符合自身原料条件的道路，取得了良好的效果。
丁洪海和姜、、
高炉冶炼是焦炭和矿石自上而下、煤气自下而上逆流过程中铁矿石熔化、还原、造渣的过程。因此，煤气在炉内的流动状态非常重要，直接影响高炉生产的顺行和经济效益。本文通过对本钢7号高炉布料矩阵的调整，对比分析了试验前后炉顶温度、炉墙温度和煤气利用率的变化，总结出适合本钢现有原燃料条件的最佳布料矩阵。
理论分析
由于高炉是一个管式反应器，在自然状态下，根据气流的分布，在横截面上可分为三个部分:边缘区、中间区和中心区，如图1所示。
图1高炉炉料面截面积分布图
其中，边缘区、中间区和中心区的面积比为1∶2∶1。虽然中间区的面积占总面积的50%，但通过它的气体流量只占30%~35%。根据菲克第一定律，当中间带气流浓度降低时，每秒钟通过气体边界层的还原气体摩尔数减少，即还原气体扩散通量降低，导致还原率降低，中间带的矿物质不能迅速充分还原，从而影响气体利用率的提高，增加能耗和燃料比。因此，发展中间区域的气流是降低燃料比的关键。
平台漏斗分布矩阵分析
漏斗分布矩阵能降低燃料比的原因是气流通过容器时具有附壁效应。因为壁面阻力小，所以气流会沿着壁面走。所以，首先要保证中心有比较大的气体流量。通过软熔带后，由于附壁作用，气流会向边缘发展，如图2(a)所示，从而增加了通过中间带的气流，使中间带的矿物与气流充分结合，提高了还原效率，提高了气体利用率(据研究实践，最高气体利用率可达52%)，降低了燃料比。但平台漏斗的分配矩阵的前提是要有优质的原燃料条件，能使气流均匀分布。
图2平台漏斗分布矩阵和中心焦炭分布矩阵的气流分布
一般来说，发展中间带气流有两种途径:一种是增加鼓风动能，通过增加风量和风速，将气流尽可能吹向活动炉缸中心，高炉鼓风动能一般接近最大值。另一种是平台漏斗的分布方式，可以使气流通过软熔带的焦窗后仍向中心发展。
中心炼焦物料分布矩阵分析
目前，本钢7号高炉采用中心配焦方式。中心焦分布矩阵是将一定比例的洁净焦(7号高炉中心焦比例为32%)分布在料面中心的非采区，使料柱中心形成一定直径的焦柱。焦炭空空隙大，透气性好，热强度高，能形成第一气体通道，保证炉腹产生的气流顺利通过块料层，如图2(b)所示。
受焦炭高温高强度和高孔隙率的影响，7号高炉中心焦炭的分布方式具有以下特点:风压是主动的，当增加或减少少量风量时，风压及时波动；煤气利用率低。当气流向上流过软熔带两侧的焦窗时，在横向压差的影响下，气流有向中心发展的趋势，导致通过中间带的气量减少，使得中间带的矿物间接还原不足，而中间带的气量过度集中，造成能量的浪费。(注:与平台漏斗矩阵相比，中心焦分布矩阵的中心面积较小，中间面积较大)
& ldquo；中心焦化+平台漏斗& rdquo方法分析
平台漏斗布料法虽然可以获得较低的燃料比，但对原始燃料条件的稳定性要求较高，尤其是焦炭质量。而采用中心装焦布料方式的高炉，吸收原燃料工况波动的能力强，但煤气利用率低，燃料消耗增加。
结合本钢高炉原料的实际情况，特别是考虑到炼焦配煤比和焦炭水分不稳定、烧结碱度和低温还原粉化波动幅度大、炉役中期冷却壁漏损大等因素的影响，本钢7号高炉利用平台漏斗和中心炼焦的优势，采用& ldquo中心焦化+平台漏斗& rdquo布料方式经过一系列的试验和调整，走了一条符合自身原料条件的道路，取得了良好的效果。调整前后布料矩阵的变化见表1和表2。
表1 试验调整前布料矩阵表1测试调整前的布料矩阵
表2 试验调整后布料矩阵表2测试调整后的布料矩阵
当中心焦炭量减少时，中心区域的气体流动路径受到限制，焦炭塔的纵向压差增大，边缘区域到中心区域的横向压差减小。因此，流经中间带的焦窗向上流动的煤气面积增大，中间带与煤气结合的矿物增多，导致煤气利用率提高，燃料比降低。
顶部温度的变化。为探究矩阵调整对高炉炉顶温度的影响，笔者整理了本钢7号高炉2015年9月和测试后的炉顶温度数据，并进行了对比分析。剔除了异常炉况、休风再休风、原燃料工况波动大等异常数据，得到了炉顶温度的变化关系，如图3所示。
图3实验前后顶部温度的变化
从图中可以看出，试验后边缘温度降低，中心温度升高，说明边缘气流减弱，中心气流强度增加。同时，在试验过程中，由于中心焦的减少，中心气流更加集中，中心气柱的直径比试验前更小，强度更高。这证明在试验过程中，边缘区域的气流向中心区域扩散，穿过面积较大、气流较小的中间区域，更多的气体与中间区域的矿物结合，充分增加了气流与炉料的接触面积。根据冶金反应动力学未反应核心模型，气固两相反应速度加快，气体利用率由46.5%提高到48.5%，燃料比由最初的525kg/t降低到510kg/t以下，验证了实验设计的正确性。
炉膛截面温度变化。本钢7号高炉冷却壁分为16段，1 ~6段软水冷却为串联1，7 ~16段软水冷却为串联2。为探讨矩阵调整对高炉炉体各段温度的影响，笔者整理了7号高炉2015年9月及测试后的温度数据，并进行了对比分析。剔除了异常炉况、休风再休风、原燃料工况大幅波动的异常数据，得到了炉体温度的变化关系，如图4所示。
图4试验前后13-16截面炉体温度变化
通过对比发现，7号高炉13 ~16段炉体温度在试验后呈下降趋势，其中13 ~15段下降最为明显。这说明这部分边缘区的气流向中心区扩散，导致边缘气流减少，温度下降。在扩散过程中，流经中间带，增加了矿物与中间带气流的接触面积，提高了气体的利用率。为了进一步探索炉体其他部位边缘气流的变化，作者对7号高炉9 ~ 12段炉体温度进行了对比分析，如图5所示。
图5试验前后9-12截面炉体温度变化
通过对比发现，7号高炉9 ~12号试验前后炉体温度基本一致。这说明这部分气体流动的强度和路径变化不大，它就是非气体利用率&η；改善的主要原因。煤气利用率提高的主要原因是由于中心焦量减少，炉体13 ~ 15段焦柱垂直方向的压差增大，大量煤气流不能尽快横向到达中心焦柱。所以上升过程中经过的中间面积增大，导致气体利用率提高。
新的配送方式有助于节能降耗
综上所述，通过对不同布料矩阵的对比分析，结合本钢7号高炉布料矩阵调整试验，笔者得出以下结论:
高炉断面边缘区、中间区和中心区面积比为1∶2∶1，但中间区煤气流量仅占30%~35%，严重影响煤气利用率的提高。
平台漏斗的分布方式是通过附壁效应使中心区域的气流穿过中间区域到达边缘；中心给焦布焦法是使边缘气流穿过中部区域，通过中心阻力损失小的焦柱到达中心，两者都增加了中部区域矿物与气流的接触面积，提高了煤气利用率。
通过采用中心炼焦结合平台漏斗的布料方式，煤气利用率从46.5%提高到48.5%，燃料比从最初的525kg/t下降到510kg/t以下，在挖潜、降耗、低碳、节能方面意义重大。
