马钢9号高炉节流阀开度测试方案及效果分析

    2001年底，马钢9号高炉（350m³）在大修后采用PW紧凑型串罐式无料钟炉顶，于2002年1月31日竣工投产。9号高炉炉顶设备组装高度为11382mm，设计炉顶压力0.15MPa炉喉直径4300mm，布料溜槽长度2000mm，料锤有效容积为12.8m³，下料闸为倍开式料流调节阀（简称节流阀），规格为DN650mm。
    控制节流阀开度的大小，可以按要求把不同炉料以一定的圈数布到炉内，这是无料钟炉顶布料控制的一个重要内容。无料钟炉顶设备供货商提供了节流阀的相关技术参数，如球团矿、烧结矿、焦炭的物料流量Q与节流阀开口面积，与节流阀开度γ、γ与活塞行程的关系曲线。但这些关系曲线不是马钢原料条件下取得的，不能用来指导9号高炉的生产。为取得马钢原料条件下的关系曲线，满足高炉生产需求，必须自行测得这些关系曲线。
    1、测试方案设计
    高炉采用不带风装开炉料至规定料线，装料时打开炉顶溜槽检修门以便测定。节流阀的最小开度应保证满足工艺对最小料流量的要求，并且料流畅通，不卡料；节流阀的最大开度应保证满足工艺对最大料流量的要求，且不超出设备能力。
    9号高炉开炉料批重：矿批为6000kg/批，焦批为3000kg/批，相应矿体积为3.1m³/批，焦体积为6.59m³/批。一般中型高炉布料圈数在3圈以上，就能达到均匀布料的目的，测试时布料圈数定为3圈，布料时间24s（布料溜槽旋转1圈需7.69s，按8s计算），则矿流量、焦流量分别为0.13m³/s、0.27m³/s，节流阀最大开度γ_max=41°。根据供货商提供的A与γ的关系曲线，可以确定出γ_C的测定范围在21°~41°，γ₀的测定范围在18°~38°。
    考虑到马钢原料条件的稳定性，将测试重点由炉料的体积流量Q（单位为m³/s）转换成质量流量q（单位为kg/s）。
    开炉装料前，将用于测定节流阀开度的料分组编号，设定好批重、挡位、开度、布料圈数，实测落料时间，以便测出q_v找到q与γ的关系。
    2、测试结果分析
    当节流阀开度γ为39°时，测得液压缸活塞行程为143mm。在实测过程中受现场条件限制，为确保高炉开炉后炉况顺行，γ小于30°的装料（矿）试验未延续。
    （1）γ与S的关系。根据测量数据得出，节流阀活塞行程S与节流阀开度γ呈线性关系（如图1所示），与供货商提供的关系一致。这说明供货商提供的γ与S关系是可靠的，由此推断，供货商提供的A与γ关系曲线也是值得信赖的，生产中可以运用。
    （2）qc与γ的关系。从测量数据中整理出的一些有代表性的qc与γ数据见表1，根据表1中数据得到的关系曲线及回归方程如图2所示。
    从图2可看出，焦炭流量qc随节流阀开度γ的增大而增加，γ达到一定值以后，焦炭流量随γ增大而急剧增大，可见，在实际生产中γ不能选得过大，否则易造成布料圈数太少，炉料发生偏析。


表1 焦炭流量与节流阀开度的关系

段号	罐号	目测面数	布料时间s	质量t	开度（°）	流量kg/s
3	23	7.5	64.15	3.154	26	49
3	22	7.5	60.37	3.162	27	52
3	21	7.0	59.37	3.159	28	53
2	20	6.5	56.06	3.179	29	57
3	30	5.0	43.25	3.159	30	73
4	33	5.0	43.65	3.187	30	73
2	18	5.0	36.69	3.141	31	86
2	17	5.0	34.72	3.168	32	91
5	45	3.5	39.12	3.148	32	80
5	47	4.5	34.62	3.123	32	90
5	49	4.5	35.97	3.115	32	87
4	42	4.0	30.66	3.130	33	102
3	24	2.0	22.32	3.189	35	143
3	25	1.5	13.31	3.275	28	246

    （3）烧结矿q₀与γ的关系。从测量数据中整理出的一些有代表性的q₀与γ数据见表2，根据表2中数据得到的关系曲线及回归方程如图3所示。从图3可看出，烧结矿流量q₀与γ呈递增关系。

表2 烧结矿流量与节流阀开度的关系

段号	罐号	目测面数	布料时间s	质量t	开度（°）	流量kg/s
3	32	2.5	21.31	6.004	30	282
4	38	2.0	19.00	5.962	30	314
4	44	2.5	19.50	8.365	32	429
5	46	2.5	12.78	5.634	32	441
5	48	1.5	12.44	6.045	32	486
4	41	1.5	14.50	6.010	33	414
4	35	2.0	14.31	6.006	35	420

    3、在生产实践中的应用效果
    9号高炉点火开炉后，节流阀开度γ的测试结果对生产具有指导意义，结合料流轨迹测试结果，开炉后采用了O543221C432122的装料制度。对于15t矿、3.5t焦，根据测定结果在实际生产中矿的布料圈数为4~5圈，相应矿流量为266kg/s；焦的布料圈数为4~5圈，相应焦流量为95kg/s，节流阀开度分别为γ₀＝27°~28°，γ_c＝32°。鉴于上述结果，在高炉操作参数选择上，节流阀开度γ₀设定在28°，γ_c设定在32°。高炉开炉后，炉况顺行状况良好，2002年4月高炉利用系数突破3.0，2003年元月达到3.569，煤比达到163kg/t，入炉焦比371kg/t。

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