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摘 要 文章介紹了對八鋼歐冶爐運行過程中的核心創新工藝技術中心煤氣流分布(CGD)的研發及在工業試驗中的效果。實踐表明：CGD技術可以改變豎爐煤氣流分布，提升豎爐工作效率以及抑制煤氣反竄，為歐冶爐的穩定高效運行提供了技術保障。
關鍵詞 歐冶爐；CGD；煤氣流分布；金屬化率
八鋼歐冶爐設備本體是由羅涇1#C0REX裝置整體搬遷，通過工藝設計及工程改進，于2015年6月18日點火開爐。八鋼歐冶爐投入運行后通過不斷創新，實現了穩定運行并迅速達產和穩產，取得了顯著成效。羅涇COREX一3000運行表明，其豎爐煤氣流運行狀況是該項技術的難點，也是八鋼歐冶爐實現長期穩定運行需攻克的核心技術之一。近幾年八鋼歐冶爐技術團隊通過對歐冶爐豎爐煤氣流分布技術的研究。 1 歐冶爐與COREX爐設計指標對比
表1為歐冶爐和C一3000的設計指標。由表1可知，歐冶爐除鐵水溫度的控制參數相同，其它參數及指標控制都不相同。在八鋼歐冶爐工程建中，從工藝技術、能耗降低、清潔生產方面進行技術升級和改造，組織并實施了31項重大技術改進，針對梳理出的羅涇COREX一3000的236項現場問題進行了改進。經過技術創新與開發，目前八鋼歐冶爐已形成完整的工藝技術系統，設計指標見表1，工藝流程見圖1。 
2 關于COREX爐豎爐煤氣流分布的分析
羅涇COREX生產中，沒氣流難以穿透到豎爐中心，操作上豎爐長期采用中心加粉礦操作，過分發展邊緣煤氣流，以至于DRI金屬化率一直偏低。為了解決這個問題，寶鋼COREX-3000豎爐采用了Areal Gas Distribution技術，生產實踐效果良好，但圍管容易發生堵塞。 COREX預還原豎爐作為典型的填充床反應器，其內部的氣流分布，壓力分布直接決定了床內熱能和化學能利用的好壞。因此填充床中流體流動現象將對實際生產過程有直接的指導作用。 
研究認為固定床中決定壓差的因素有流體速率、流體的黏度和密度、填充床的空隙率以及顆粒的尺寸、形狀和表面粗糙度。也有研究認為，移動床和固定床相比，移動床其內部的氣流運動情況還是存在著差別。氣體通過顆粒移動床的壓降與通過固定床的情況不同，它與床厚、床高之比有關，且當顆粒移動速度小于一定值時，氣體通過床層的壓降基本上與顆粒移動速度無關。 近年來，隨著COREX工藝快速發展，科技工作者針對COREx預還原豎爐內部的氣流分布進行了詳細研究。 wuSL等人建立COREX豎爐二維數學模型研究不同高度、不同料面形狀條件下爐內煤氣速度分布和壓降分布，模型同時考慮了下料管氣體對爐內 氣流分布的影響。模擬結果表明：豎爐內氣流流線由爐墻向中心呈現“J”型分布；增加下料管中還原氣體可以促進豎爐中心氣流分布，此外，料面形狀對豎爐上部氣流分布影響明顯，對下部氣流分布影響不大。 周恒等人建立COREX豎爐三維數學模型研究了AGD對1#COREX及2#COREX預還原豎爐爐內煤氣RTD的影響以及不同熔煉率下C0REX預還原豎爐的煤氣RTD變化規律。模擬結果表明，隨著AGD梁的安裝，2#COREX預還原豎爐的整體時間密度分布變寬，平均停留時問變短，爐內死區體積分數增大。 徐輝、周恒等人分別建立三維C0REX豎爐三維數學模型研究了CGD管道對煤氣流分布的影響。研究結果表明，安裝CGD管道能夠降低豎爐的整體壓差，提高豎爐的整體操作壓力。此外，CGD管道對煤氣反竄有抑制效果，有利于爐內氣流均勻分布。 上述分析研究都對填充床及豎爐內氣流分布進行了詳細論述，針對豎爐的CGD沒有實際的工程應用經驗，但這些研究成果可為八鋼歐冶爐豎爐 CGD內部氣流分布研究提供重要借鑒。
3 歐冶爐的豎爐CGD技術的開發
通過研究，八鋼歐冶爐豎爐采用CGD(底部煤氣導入)技術，旨在通過開發CGD中心疏導氣流技術，降低氣化爐的高溫煤氣反竄至豎爐底部的安全風險、同時保證豎爐煤氣能夠在中心分布。八鋼在此基礎上進行相關技術方案研究和開展工程應用。技術分析路線：通過建立三維穩態模型對歐冶爐安裝CGD后的豎爐煤氣流分布進行數學模擬→豎爐爐料運動的DEM數值模擬→豎爐壓力場、濃度場、溫度場、金屬化率數值模擬斗豎爐粉塵運動行為的數值模擬的技術路線。 通過對模擬結果(圖2)的總結分析對CGD工作有效性進行評估。進而提出CGD結構的關鍵參數。八鋼技術團隊確定CGD中心疏導氣流方案，八鋼歐冶爐豎爐CGD方案見圖3。 
4 豎爐煤氣流分布技術應用效果
2017年歐冶爐開爐時CGD即投入使用，從運行情況來看，大約有(1~3．5)萬Nm3/h的還原煤氣從豎爐底部中心導人，中心煤氣導人量的多少受豎爐壓差的影響，壓差越大，中心氣流導入越多。投入運行后CGD裝置對煤氣利用和煤氣反竄的影響，見表2。 
CGD疏導煤氣方式對抑制下降管煤氣反竄的作用效果明顯，對豎爐煤氣的利用和穩定性改善也較為顯著，圖4為2017年6-7月金屬化率的生產實績圖，因CGD堵塞后導煤氣功能失效，金屬化率明顯大幅降低，且波動明顯。CGD投用有效抑制了豎爐底部的反竄氣流，懸料次數明顯減少，豎爐粘接次數為零。 
豎爐對金屬化率的影響：金屬化率作為歐冶爐和COREX爐操作的一個重要操作參數，不僅反應了豎爐爐況的順行情況，也是整個爐況參數調劑的直接反應數據。當豎爐金屬化率明顯提高，豎爐爐況向好，具備進一步提產或其它參數調劑的前提條件。豎爐CGD的功效對歐冶爐金屬化率也較為明顯。 近幾年歐冶爐通過不斷開展核心技術的研究與創新，總體生產狀況平穩，各項經濟技術指標均得到顯著的提升，取得了較好的技術成果和經濟成效。2015年6月至2021年10月，歐冶爐月均產量不斷提升，冶金焦比逐步降至月均124kg/t，周均最低118kg/t，燃料比月均838kg/t，鐵水硅素降至0.9％以下，鐵水物理熱穩定，月均作業率93.94％，鐵水硅穩定在0．9％以下，PT穩定。見圖5。 
2021年11月，指標進步突出，連續一月日產量達到4000t/d，最高達到4300t/d。月均產量最高達到9．56萬t，達到了開爐后的最優的水平。 5 結束語
歐冶爐成功開發和應用豎爐CGD煤氣流分布技術，促使煤氣流到達豎爐中心區并均勻分布，增加了下降爐料在徑向的剪切力，懸料次數減少，有效抑制了豎爐底部的煤氣流反竄問題，徹底解決爐料粘結的難題。為歐冶爐創新發展增強了信心，為下一步技術研究發展指明方向。
(責任編輯：zgltw)
