周海华  常李¹  张国良¹  卢瑜²  杜屏²

（1．江苏沙钢钢铁有限公司炼铁厂、2.江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，）

摘 要：超大矿批技术是高炉提产降耗的重要手段。本文分析了超大矿批的限制性因素，并研究了当前条件下超大矿批的上料模式。针对CC↓OOOO↓模式，利用甘特图原理，分析了CC↓OOOO↓模式的可行性，并在高炉进行了试验。研究结果表明：（1）料车和料罐的体积偏小是高炉超大矿批的限制性因素；（2）当矿批低于74t时可以采用CC↓OOO↓模式，矿批介于74t和85t之间时可以采用CC↓OOOO↓模式，矿批介于85t和98t之间时可以采用CCC↓OO↓OO↓模式；（3）当目标产量为7000t，矿批83t，理论铁量为50.24t时，采用CC↓OOOO↓模式上料的最快料速为6.883批；（4）CC↓OOOO↓上料模式经实践证明是可行的，试验期间不仅燃料比下降了4kg/t，而且风量的稳定性和炉温的稳定性明显改善。

关键词：高炉；超大矿批；上料模式；甘特图 

2024年，钢铁产品利润进一步下滑，铁水成本压降面临进一步的挑战。超大矿批技术作为高炉提产降耗的重要手段，一直是钢铁企业研究的热点技术^[1-8]。由于场地和空间有限，3号2680高炉自第一代炉龄开炉以来一直采用大料车进行上料，上料模式为CC↓OOO↓。经过计算，CC↓OOO↓上料模式的最大上矿能力为74t，如果想进一步扩大矿批，提高高炉的煤气利用率，现有上料模式已经不能满足高炉对矿批大小的需求。因此，在现有设备条件下，优化上料模式，推进3号高炉超大矿批的研究和应用是当前亟需解决的重点和难点。

1  超大矿批的限制性因素

1.1  装料设备现状

3号高炉第三代炉役2023年2月6日开炉，受空间和场地限制，采用大料车上料，无料钟串罐炉顶，料车的体积是15m³，料罐的体积是48m³。假设焦炭的密度为0.55t/m³，矿石的密度为1.9t/m³，焦丁的密度为0.65t/m³，溶剂的密度为1.5t/m³，经过计算得到料车和料罐的最大能力如下表1和表2 所示。

1.2  不同上料模式的限制因素

经分析和计算，根据不同的矿批要求，可能存在以下3种上料模式，如下表3所示。从表3可以看出，当前CC↓OOO↓上料模式的实际最大上矿能力约74t，阻碍矿批进一步扩大的限制因素就是料车容积太小。目前料车已经改造，适当增加20公分左右栏板高度，但是增加的体积有限，仅约0.5m³，因此只能通过增加车数来进一步扩大矿批，即采用CC↓OOOO↓模式。从数据上可以看出，4车矿对应的最大矿石批重约为98.8t，但是单罐最大的装矿量为85t，而且按照焦炭负荷5.3计算，85t对应的焦批为16t，已经接近2车的最大装焦量。因此CC↓OOOO↓模式的最大矿批批重为85t，焦批为16t。如果想再进一步增加矿批就需要将4车矿石分为2罐进行布料，同时需要增加一车焦炭，保证足够的焦层厚度，即采用CCC↓OO↓OO↓上料模式。如前所述，4车矿对应的最大矿石批重约为98.8t，因此，CCC↓OO↓OO↓上料模式的最大矿石批重为98t。

2  6车制上料模式的可行性

如上所述，为了满足不同矿批的要求，3号高炉可能存在三种不同上料模式，其中CC↓OOOO↓需要多上一车矿，而CCC↓OO↓OO↓模式需要多上一车焦和一车矿、多布一罐矿，上料装料设备需要的时间更长，可能会造成亏料线现象，均需要进一步验证。经过现场调研和分析，我们发现探尺、料罐和料车的动作均是由一些分解动作组合而成，而且有的动作相互之间存在连锁。因此，我们分别建立了CC↓OOO↓探尺、料罐和料车分解动作甘特图。假设我们的目标产量为7000t，矿批为72t，每批料的理论铁量为43.97t，那么料速等于6.63，一批料的时间为9.05分钟，即9分零3秒。

2.1 CC↓OOO↓模式

图1 探尺分解动作甘特图

图2 料罐分解动作甘特图

图3 料车分解动作甘特图

图1—图3 分别是探尺、料罐和料车的分解动作甘特图。从图中可以看出，探尺动作可以分解为探尺下降等10个分解动作，其中只有料面下降时间，是随着冶炼强度的快慢变化，而其他动作的时间基本上是固定的。料罐动作可以分解为放散开上密开闸等14个分解动作，其中放散打开开始时间需要等待下密封阀关好后，与探尺下降开始动作联动；均压开下密开始时间与探尺提升开始时间联动；等探尺上升时间是随冶炼强度的快慢变化；装O和装C时间是随着矿批和焦批批重变化；其他动作的时间基本固定。料车动作可以分解为12个基本动作，其中焦和矿的第一车料的上行开始时间等料罐装料结束前15s才能开始上行，避免混料；槽下装焦、矿时间随着焦批和矿批重量变化，等布料结束时间也是随着冶炼强度的快慢变化，其他动作的时间基本固定。

从理论上讲，通过增加料速，减小料面下降时间，让料罐的等探尺下降时间或者探尺的等布料结束时间有一项等于0时，料罐的总时间最短。在2车焦3车矿模式下，当矿料面下降时间从1分33秒减小至38s时，等布C结束时间为0，同时当焦炭料面下降时间从1分12秒减小至32s时，装O结束后等探尺上升时间为0，此时料罐的总时间为7分28s，说明一批料的最短时间为7.47分钟，转换为小时料速8.03批。

2.2  CC↓OOOO↓模式

如上所述，如果想要进一步扩大矿批，需要增加一车矿，上料模式变为CC↓OOOO↓。因此，基于CC↓OOO↓模式上料设备的动作分解图，我们建立了CC↓OOOO↓的动作分解图，如图4—图6所示。从图4中可以看出，当上料模式从CC↓OOO↓转换为CC↓OOOO↓后，在同样的目标产量7000t下，假设矿批从72t增加到83t，每批料的理论铁量为50.24t，料速就会从6.63批/小时减小到5.8批/小时，每批料时间从9.05分钟增加到10.34分钟，对探尺分解动作最大的影响是两个料面下降的时间延长，矿石料面下降时间从1分33秒延长至2分14秒，焦炭料面下降时间从1分12秒延长至1分48秒。

图4 探尺分解动作甘特图

图5 是CC↓OOOO↓模式的料罐动作分解图。从图中可以看出，转换为CC↓OOOO↓后模式后，因为矿批和焦批同时增加，因此，料罐装焦/矿的时间均有所延长。等探尺上升时间也随着料面下降时间的延长相应增加。

图5 料罐分解动作甘特图

图6 是CC↓OOOO↓模式的料车动作分解图。从图中可以看出，转换为CC↓OOOO↓后模式后，对料车的影响最大。增加了一车矿后，每车矿的重量从24t减小到21t，槽下装矿时间从30秒缩短到27秒。而焦的车数不变，焦批增加，因此每车焦的重量从7.05吨增加到7.9t，槽下装焦时间从39秒增加到44秒。此外，虽然料速变慢，但是由于增加了一车矿的时间，准备矿的时间变长，造成等布C结束时间反而减小。

 图6 料车分解动作甘特图

在2车焦4车矿模式下，当矿料面下降时间从2分14秒减小至1分46秒时，等布C结束时间为0，同时当焦炭料面下降时间从1分48秒减小至38秒时，装O结束后等探尺上升时间为0，此时料罐的总时间为8分43s，说明一批料的最短时间为8.717分钟，转换为小时料速6.883批。最大料速与平均料速的差值远大于0.5，故我们认为在目标产量7000t，矿批83t采用2车焦4车矿模式是可行的。

3  生产实践

3.1  第1次试验

为了验证3号高炉上料设备的能力，2024年4月19日我们进行了第1次试验，试验时间2个小时。试验期间的批重参数如表4 所示。为了保证试验期间炉况的稳定，保持炉渣碱度和渣比不变，焦比从335kg/t增加到342kg/t，同时，为了降低试验成本，采用增加焦丁代替大焦，使得矿批（包含焦丁和溶剂）的总体积从39.6m³增加到46.4m³，总体积增加较多，但是仍小于料罐的设计体积，没有超出设备的安全容量。

图7和图8分别是试验期间高炉的一批料总时间的变化趋势。从图中可以看出，一批料的最短时间是8分39秒，最快的料速为6.94，与我们的理论值接近。因此，2车焦4车矿模式满足7000t目标产量要求。

图7一批料总时间的变化           

图8  一批料料速的变化

试验期间高炉工艺参数的变化如表5所示。为了降低试验的风险，试验期间主动将顶压降低20KPa左右。从表5可以看出，与小矿批模式相比，大矿批模式的风量降低100左右。虽然顶压下降，但是十字测温边缘温度、中心温度和次中心温度均在下降，煤气利用明显好转。故我们得到的结论是大矿批主要是同时抑制边缘和中心两道气流，对提高煤气利用率效果明显。

3.2  第2次试验

2024年8月1日3号高炉进行了第2次试验，试验时间15天，试验期间的批重参数如下表6所示。从表6可以看出，试验期间大焦负荷保持不变，焦丁批重保持不变，焦批的重量随着矿批批重的增加而增加，矿批（包含焦丁和溶剂）的总体积从42.8m³增加到45.5m³，虽然总体积增加较多，但是仍小于料罐的设计体积，没有超出设备的安全容量。

试验期间高炉工艺参数的变化如表7所示。从表中可以看出，大矿批期间高炉的风量减小60左右，大焦负荷明显增加到5.4，料速下降至5.92左右，小时煤量量增加了2.3t，煤气利用率提高了0.6%个点，高炉的焦比随之下降，煤比随之提升，燃料消耗降低了4kg/t。在6车制和正常顶压模式下 ，高炉的边缘温度、次中心温度和中心温度试验期间均较稳定。此外，从表7还可以看出，大矿批期间风量的稳定、料速稳定性以及炉温的稳定性更好，分析认为，矿批增加后，对应的焦批相应增加，焦窗厚度更厚，有利于风量的稳定，同时，矿批增加后，料速变慢，料速波动小，也更有利于炉温的稳定。

4  结论

在调研沙钢3号高炉装料设备现状的基础上，本文找到了超大矿批的限制性因素，并提出了2种实现超大矿批的上料模式。针对CC↓OOOO↓模式，利用甘特图原理证明了CC↓OOOO↓模式是可行的，并在3号高炉得到了成功应用。试验期间不仅燃料比下降了4kg/t，而且风量的稳定性和炉温的稳定性得到明显改善。

参考文献：

[1]董征科,宋吉涛,李鹏超,等.江鑫钢铁1080 m3高炉超大矿批冶炼实践[J].炼铁,2018,37(06):45-47.

[2]何鸿福,陈传来,陈一清,等.南钢3号高炉“超大矿批、多环布料”攻关实践[J].炼铁,2011,30(06):38-40. 

[3]毛东辉,田正俊,张飞.中天钢铁3号高炉大矿批冶炼的主要措施[J].炼铁,2024,43(03):49-53.

[4]马金芳,万雷,贾国利,等.迁钢2号高炉大矿批冶炼实践[J].炼铁,2014,33(06):6-9.

[5]张贺顺,任立军,陈辉,等.京唐2号高炉双装大矿批技术研究与应用[J].中国冶金,2017,27(10):82.

[6]张贺顺,任立军,陈艳波,等.首钢京唐2号高炉大矿批实践[J].炼铁,2012,31(03):6-9.

[7]母先金,郎达慧,杨雷.莱钢3200m3高炉大矿批技术的应用[J].炼铁,2012,31(03):30-32.

[8]王瑞.酒钢6号高炉大矿批多环布料应用实践[J].炼铁,2012,31(03):43-45.