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浅谈高炉炉顶温度的控制

文档作者：杨建中文档来源：安全管理网邢台钢铁有限责任公司生产部		点击数：	更新时间： 2021年03月17日
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总第208期
2013年第4期
河北冶全
H EBEI M ETA LLU R G Y
Total N0．208
2013，N umber 4
浅谈高炉炉顶温度的控制
杨建中
(邢台钢铁有限责任公司生产部，河北邢台054027)
摘要：高炉炉顶温度是高炉煤气与炉料热交换的结果，是煤气利用好坏的直接体现。介绍了影响高炉炉
顶温度的主要因素，分析了炉顶温度高对高炉冶炼、炉顶设备、除尘布袋以及高炉指标的影响，提出了控
制炉顶温度的措施与途径。
关键词：高炉；炉顶温度；煤气流；控制
中图分类号：TF543 文献标识码：B 文章编号：1006—5008(2013)04—0032—04
DISCUSSION AB OUT ROOF
TEM PERATURE CONTROL OF BLAST FURNACE
Yang Jianzhong
(Production department，Xingtai Iron and Steel Co．，Ltd．，Xingtai，Hebei，054027)
Abstract：The roof temperature of blast furnace is the result of heat exchange between blast furnace gas and
charge and directly shows how the gas is utilized．It is introduced the main factors to affect the temperature，
analyzed the influence of the temperature on smelting，roof equipments，dust collecting bag and blast furnace
indexes，proposed the measures and ways to control the temperature．
Key W ords：blast furnace；roof temperature；gas flow；control
1 前言
高炉炉顶温度是高炉操作的重要参考指标，它
是高炉煤气流的分布状态和高炉炉况进程的表观指
标，直接反映着煤气流与炉料之间的热交换的程度，
反映了煤气利用率的好坏。
炉顶煤气流分布是炉内炉料下降与煤气流上升
传热与传质在炉身上部的集中表现，是炉顶布料、炉
内直接还原的程度、软熔带高低与形状、固态变液态
的转化过程，以及风口的鼓风动能和煤气产生量等
情况共同作用的结果。高炉煤气在炉内从形成到炉
顶，经历了3次分配，炉缸燃烧带的初始分布，软熔
带二次分配，炉顶布料的三次分配，高炉布料对煤气
三次分配都有影响。炉顶温度的高低是煤气流在高
炉横截面与纵向空隙度的分布的结果，控制炉顶温
度就是控制煤气流亦即是布料控制。
高炉操作是否正常一个重要的标准就是煤气流
是否合理，验证煤气流正常与否的标准就是炉顶煤
收稿日期：2013—01—12
作者简介：杨建中(1964一)，男，高级工程师，1986年毕业于唐山工
程技术学院钢铁冶金专业，现在邢台钢铁有限责任公司生产部工
作，E—mail：yan~jzh@sina．com
32
气温度与炉顶煤气测温曲线所允许的波幅与差值是
否超出最大允许值。也就是说煤气流分布决定着炉
顶温度的高低，决定着高炉的冶炼状态的好坏，决定
着高炉冶炼水平，因此对炉顶温度的探讨和研究对
高炉操作具有十分重要的现实意义。
2 影响炉顶温度的因素
影响炉顶温度的因素主要有炉料显热、高炉操
作以及设备故障3个方面。
2．1 入炉料对炉顶温度的影响
炉顶温度的高低首先受入炉炉料特性的影响，
与炉料的温度、水分，入炉矿石的种类，焦丁的加入
量，落地焦和生产焦的质量等有关。其根本是在高
炉上部，煤气流和固体炉料之间热量交换的多少会
影响到炉顶煤气温度。
料温越低，煤气通过热交换传递给炉料的热量
越多，煤气带走的热量越少，炉顶煤气温度越低；反
之，料温越高，煤气通过热交换传递给炉料的热量越
少，煤气带走的热量越多，炉顶煤气温度越高。
再者，由于物料的种类、性质不同热交换的结果
也不相同，见表1。密度大的矿石传热速度慢，不利
于换热；空隙度大炉料，煤气的扩散速度快，易于传
河北冶金 2013年第4期
热。落地焦和生产焦水分相差5％ 以上，其负荷有
很大的差异，邢钢落地焦和生产焦负荷差2％ 左右，
落地焦的使用有利于炉顶温度的降低。
表1 入炉炉料的比热容 kJ／kg· ℃
Tab．1 Specific heat capacity of charge kJ／kg· ℃
2．2 鬲炉操作对炉顶温度的影响
高炉操作对炉顶温度的影响主要是由煤气在炉
缸的产生、分布，以及上升过程中热交换和还原程度
决定的。
(1)煤气上升过程中，流速过快，热交换时间缩
短，入炉物料与煤气的热交换不充分，使得炉顶煤气
温度升高。如崩料或坐料后造成的深料线会使煤气
与炉料的交换时间缩短；炉内局部气流过剩有管道
形成，使得上升速度快的煤气比例增加，导致炉顶温
度升高；炉顶布料导致的边缘或中心气流过度发展，
以及冶炼强度提高导致炉顶煤气流速增加，引起炉
顶温度升高。
(2)煤气上升过程中，下料速度过慢，炉料温度
升高，煤气传出的热量减少，使炉顶煤气温度升高。
如由于装料制度与冶炼强度不匹配，造成透气性持
续偏高；炉况不顺出现悬料，导致炉料温度升高，热
交换变差；高炉控制冶强偏低，煤气热量过剩，煤气
CO升高，利用率降低；炉前铁口不稳、亏铁，使煤气
初始温度升高和料速变慢；铁罐晚点导致铁前憋风；
高炉长期慢风，炉温控制偏高等，都会使下料速度变
慢，引起炉顶温度升高。
(3)煤气在炉缸和风口产生的热量高低和分
布，也会对炉顶温度产生影响。喷煤比和富氧率对
炉顶温度有直接影响，高富氧带动了高冶强，单位时
间内下料速度加快，使风口前理论燃烧温度升高，煤
气热晗增加，增加炉缸的显热；长期稳定的高煤比，
焦炭负荷加重，焦比降低，料速加快，炉腹煤气量增
加，增加了煤气与炉料接触机率，有利于间接还原的
发展、直接还原的降低和炉内化学能的利用，促进炉
顶煤气温度降低；炉缸堆积首先会在炉顶径向温度
分布和煤气曲线上反映出来，边缘堆积时，煤气分布
中心偏高，径向顶温表现为边缘偏低中心高。
(4)高炉炉型对煤气流分布的影响也很大，中
部冷却强度与渣皮的形成、软熔带的位置直接相关。
风口的长度和分布直接决定着煤气流一次分布，风
速和鼓风动能对炉腹、炉腰部位的温度有一定的影
响，边缘气流配合适当的热流强度对防止下部炉墙
黏结有一定的作用；炉温和炉渣成分的波动会导致
软熔带根部位置的不稳定或软熔带的大小发生变
化，使已经熔融状态的渣铁又凝固黏结在炉墙上，造
成炉墙结厚，其气流分布被改变；炉温波动过大还会
引起风量的波动，造成软熔带上下移动，导致渣皮的
频繁脱落。炉墙损坏及渣皮脱落都会造成煤气短路
引起炉顶温度升高。
2．3 设备操作故障对炉顶温度的影响
在高炉冶炼过程中，出现设备操作故障不能上
料，造成高炉的深料线，破坏了煤气与炉料的正常换
热，直接导致炉顶温度急剧升高，往往会造成高炉上
部块状带的乱料，高炉工长频繁调整布料制度，甚至
大量集中加焦，使得下部煤气温度升高，热制度波动
加大，同时会导致顶温再上升。常见的上料设备故
障有：炉顶料罐不能放料，拉淤料、料罐不能充压，密
封不到位；气密箱抱死，探尺故障；下部有矿焦门打
不开，皮带故障，小车不能启动和卷扬，小车挂车掉
道以及网络信号故障等。以某厂高炉溜槽不转为
例，故障日炉顶温度比年均高10～30℃ ，短时炉顶
温度高达350℃ ，甚至550 oC以上，可见其影响非同
一般，见表2。
表2 某高炉溜槽不转对炉顶温度的影响
Tab．2 Influence of some trough stopping work on the roof temperature
3 炉顶温度高的危害和影响
3．1 炉顶温度高对高炉冶炼的影响
3．1．1 对焦炭负荷的影响
炉顶温度升高直接导致炉内热损失增加，焦比
升高。一般来说，炉顶温度每升高10℃ ，焦比升高
33
总第208期
3 kg／t。在高炉操作中，炉顶温度升高要求工长根
据时间和炉顶温度的高低，定时核算负荷水平。在
高炉生产基本正常情况下，单位时间内焦炭调整量
为：0．3 X(炉顶温度一基准顶温)X 0．6×小时矿批
量(t)，在正常顶温的基础上及时调整负荷；高炉异
常情况下，根据料线深度、持续时间，以及风压使用
水平补加焦炭量，弥补热量损失。
3．1．2 对煤气利用率的影响
炉顶煤气温度的高低从侧面反映了煤气流的传
质过程和流速的快慢。高炉炉顶温度的分布也是高
炉煤气利用的直接表现。降低炉顶煤气温度，增加
炉内化学能利用，有利于冶强的提高，料速加快，混
合煤气CO：升高，煤气利用率提高。在一定冶强
下，煤气CO与炉顶温度成正比例关系，而煤气利用
率正好相反。
3．1．3 对软融带的影响
软熔带的形状和位置强烈地支配着炉内气流分
布和反应，软熔带与炉内热交换、透气性、还原性有
密切的关系，尤其是焦炭气窗决定着块状带气流分
布。而炉顶温度的变化直接决定着软熔带的位置，
炉顶温度高带来的直接后果就是软融带高度上移，
使得煤气流到达上部快状带区域后的时间缩短，上
部热交换时间变短，换热不充分，直接还原区扩大，
焦比升高，进而导致煤气的热利用率下降，甚至造成
炉墙粘结、结厚。
3．1．4 对高炉操作的影响
高顶温会造成炉内热量大量损失，应对炉顶温
度持续升高的操作是通过减风控料速，和调整布料
批重、角度等来调剂煤气分布。但这往往会使高炉
热制度产生波动，炉温急剧降低，被迫集中加焦后又
使炉温上升，料速变慢，炉渣流动性变差，直接对焦
炭负荷和冶炼强度水平产生波动，甚至会诱发炉凉
事故。
3．2 炉顶温度高对炉顶设备的影响
3．2．1 对炉顶气密箱的影响
高炉炉顶气密箱是无料钟炉顶的主体设备，高
顶温会烧坏炉顶设备，发生气密箱抱死等事故。随
着炉顶温度的升高，气密箱冷却强度降低，齿轮润滑
能力下降，加剧轴和齿轮的变形，其运行负荷增加，
导致溜槽不转的产生，缩短炉顶设备寿命。而溜槽
不转产生后，由于不能上料，高炉往往减风控制炉
况，又会使炉顶温度进一步上升。虽然气密箱抱死
与其冷却、润滑、组装配合质量、磨损变形有关，但炉
顶温度突然上升的影响不容忽视。
3．2．2 对上下密封阀的影响
34
上下密封阀工作原理：在料罐排压后，上密封阀
打开装料，受料罐停止供料后，该阀关闭，对料罐进
行封闭，保证高炉高压操作；料罐均压后，下密封阀
打开，之后打开料流，炉料经下阀箱、气密箱，由布料
溜槽向炉内布料，布料完成后，依次关闭料流、下密
封阀，密封炉气。高炉放料正是在上下密的持续频
繁的动作中进行的，它是保证高炉高压操作的前提。
由于阀座密封圈材质为硅橡胶，轴头密封为硅橡胶
0型圈，工作温度100—350 oC，炉顶温度波动对上
下密传动轴轴头密封和阀座密封影响较大，当顶温
超过350℃ ，易造成下密烧坏或被煤气流吹刷损坏
等故障，使料罐的充压受到影响。
3．3 炉顶温度高对除尘布袋的影响
干法除尘使用的布袋对环境温度要求严格，工
作温度只能在90～250 oC之间。高炉稳定顺行所产
生的高炉煤气完全可以满足干法除尘的温度要求，
当高炉炉况异常或上料系统发生故障时，会使干法
除尘人口温度超标，煤气进入布袋前温度达300～
400 oc
， 甚至高达550℃左右，远远超出了布袋所能
承受的温度，还会有部分高温尘粒附着在布袋上，影
响其透气性，造成布袋烧损，一般来说煤气温度应低
于250 oC。另外，布袋破损会造成煤气含尘量增加，
煤气质量的下降，会引起热风炉渣化，降低其寿命，
同时降低其换热能力，增加烧炉时间，降低热风温
度，增加送风阻力，进而增加换炉压力波动幅度。
3．4 炉顶温度高对高炉指标的影响
炉顶温度的波动直接影响高炉热利用程度，进
而影响到高炉焦比和利用系数，间接影响高炉炉温
的标准偏差。表3为某高炉无故障炉顶温度升高情
况下高炉的相关经济技术指标。
表3 某厂高炉炉顶温度对高炉指标的影响
Tab．3 Influence of roof temperature
on indexes in some blast furnace of some plant
4 控制炉顶温度的措施
降低高炉炉顶温度首先要分析炉顶温度高产生
的原因，是故障或炉况不顺造成的短期顶温高；炉外
出铁不稳导致冶炼变慢产生的；计划冶强不当、炉型
变化，还是煤气流不适宜造成高炉冶炼过程系统问
题。做好系统分析，排出干扰因素，不断调整，避免
炉顶高温现象的反复产生。
河北冶金 2013年第4期
4．1 减少设备故障，杜绝非计划休风
设备故障无法上料或者无计划休风，会造成炉
顶温度偏高，应加强设备点检和维护，减少设备故障
的频次和处理时间，降低慢风、休风时间和频次，维
持高炉冶炼的正常进程。
4．2 搞好上下部调剂，稳定炉况，减少波动
崩悬料次数和深料线率是控制炉顶温度的主要
参考指标，应纳人工长日常操作考核。高炉要强化
日常调节，搞好定量调剂，减少高炉崩悬料，严禁长
期深料线操作；同时要保持炉缸活跃，针对炉缸堆积
现象应定期采取加萤石洗炉方式。
保持炉型相对稳定，要控制好冷却强度，防止炉
墙结厚或渣皮频繁脱落现象的发生。针对渣皮不稳
导致的顶温高，冷却壁损坏严重的地方要改用长风
口，稳定上方的渣皮；针对炉墙结厚和结瘤，采取热
洗或炸瘤方式立即处理；要稳定高炉负荷，减少集中
加焦，减少炉温波动。
4．3 加强炉前出铁管理。稳定炉前出铁
稳定炉前出铁，出净渣铁，减少亏铁，同时控制
好出铁节奏，减少铁次之间的铁量波动，减少铁前憋
风，稳定铁罐运行，稳定下料速度，给炉内稳定创造
好外部条件，减少炉外对炉内的影响，
4．4 建立上下合理的煤气流分布
首先要确保初始煤气流合理，形成中心发展
“吹透中心”的煤气流，即炉缸初始煤气流最大限度
向中心渗透，以有利于提高整个死焦堆的透气、透液
能力。一般情况下，某部位风口面积较正常越大，则
该部位边缘气流越强，风口越长越能吹透中心。针
对偏料造成的持续炉顶高温，应适当调整风口布局，
缩短过吹部位的风口面积。结合炉型特点，选择适
宜的鼓风动能、控制风口数量和尺寸。
炉腰和炉身下部的冷却强度对煤气流二次分布
有着重要的影响。针对炉腰区温度低的问题，首先
要求炉缸区一次煤气流分布合理，否则很难从上部
调剂上实现煤气流分布的良好效果。
在一次、二次煤气流分布合理的基础上，在日常
装料制度中考虑炉料特点，通过批重、料线、布料矩
阵，甚至中心加焦等手段，结合煤比、富氧率等消耗，
要求料风与实际冶强相匹配，减少因冶炼进程快慢
引起的炉顶温度波动加大；控制好边缘和中心气流
的比例，达到煤气流的合理分布。
4．5 优化煤气流分布
提高入炉料的速度，增加煤气热交换量。在高
炉炉温偏高时，增加富氧量，提高下料速度，会增加
物料下降的热当量；降低喷煤量，减少炉腹煤气发生
量，可以降低煤气温度；通过降低炉温水平，降低煤
气初始温度，降低炉顶温度。
提高炉顶压力，使煤气在高炉中停留时间加长，
降低煤气流速，提高煤气利用率；还可以采用炉顶煤
气压差发电技术(TRT)，降低下料时顶压波动值，
稳定煤气流，保证高炉顺行，提高煤气利用率。
4．6 减风控制或打水降温
炉顶打水是最直接降低炉顶温度的措施，减风
是有效的操作手段。高炉工长要分析炉顶高温的原
因，区分设备故障、操作调剂、炉前出铁以及布料制
度等因素，采取打水、减风或休风措施。减风要果
断，到位迅速；打水要考虑炉顶温度降低的热补偿，
减风要以风口不灌渣和顶温不超限为准则。加风赶
料线时要考虑料速和顶温适宜为妥。
5 结语
高炉炉顶温度是高炉煤气与炉料热交换的结
果，是煤气利用好坏的直接体现，除故障停止上料造
成的炉顶高温外，其他顶温高都与高炉操作直接相
关联。针对炉顶高温现象，要求在系统分析的基础
上，必须有针对性的采取措施。短期措施是减风，日
常措施是通过布料控制煤气流；长期对策是调整好
4个操作制度，稳定负荷、稳定冶强、稳定炉型、活跃
炉缸，把炉顶温度降下来。高顶温如果处理不当直
接会导致炉顶设备故障或引起除尘系统的事故，对
高炉冶炼进程也产生不利影响，容易造成高炉热制
度不稳定，炉温波动加大，甚至产生频繁的炉况事
故，进而导致焦比上升和利用系数下降，降低煤气利
用率。因此，对炉顶高温必须给予高度重视，及时处
理，防止短期炉顶高温演变成长时间持续的炉顶高
温，控制好炉顶温度也是减少能源浪费的直接措施。
参考文献
[1]魏升明．搞好高炉长期稳定高水平生产之我见[J]．炼铁，2008，
2．27．
35

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