[实用新型]高炉料层测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钢铁生产设备，具体地说涉及一种高炉，特别是涉及一种高炉料层测量装置。

背景技术

高炉炼铁时，炉料由炉顶的“无料钟”装入炉内，借助于高炉下部的鼓入的热风，通过燃烧焦炭产生热量和一氧化碳，一方面加热炉料，另一方面还原炉料，从而实现生铁的正常生产。同时高炉的冶炼过程也是通过布料和鼓风参数来进行调节的。高炉操作中通过调整布料量、布料顺序、控制炉料落点等措施，可以调控高炉内部煤气流的分布，从而控制CO、CO₂、H₂等在炉内的分布状态，一方面控制热量在炉内的分布，两一方面控制炉内不同部位化学反应速度，进而实现高炉生产的优化、故障处理等功能。

布料时一般从炉顶装入两种炉料，焦炭和矿石，焦炭作为燃料单独装入，矿石一般包括烧结矿、球团矿、块矿，在料罐中经混合后一起装入高炉中。目前几乎所有大型高炉都是采用无钟布料设备将炉料布入炉内，实现炉料的装入，这种设备是通过溜槽在不同角位旋转不同圈数来实现逐渐将炉料布入炉内。

炉料装入炉内后，矿石和焦炭均会形成一定的层状料层，并沿高炉半径方向形成一定厚度，一般会形成边缘带平台的料面形状。炉内燃烧焦炭产生热量和一氧化碳在炉膛内形成气流，因布料种类和布料量的差异，焦炭和矿石在炉顶沿半径方向形成厚度不同的分布，而气流流动均受到料层粒度和厚度的影响。矿石粒度小、比重大，形成的料层厚度大的地方对煤气流的阻力也大，也就是说矿石层和焦炭层的不同厚度实际上代表了其对煤气流的不同阻力。生产中一般用矿石和焦炭层的厚度比，即O/C比来作为高炉炉顶气流调剂的一种评判标准。

在高炉操作中，O/C比的分布直接决定了高炉气流分布，这个参数对高炉操作至关重要。但在实际高炉操作中O/C比很难精确计算出来，主要是由于布完焦炭后形成的料面形状，在后续布矿过程中，因矿石冲击力大，落在由散料构成的焦炭层上时，焦炭层会发生塌落，这种塌落会破坏布后续矿前形成的焦炭料面形状，从而不能获得真实的O/C比分布，其核心问题就是不清楚地获知炉料的塌落量、塌落位置、焦炭及矿石混合的状况。文献“Kim L Hochings， John M Burgess，Application of ‘Rabit’ Burden Distribution Modelto BHP Blast Furnaces，IRONMAKING CONFERENCE PROCEEDINGS，USA，1988，P289～296。”中提供了一种利用散料层边坡稳定理论来计算料层塌落的算法，这种方法多年来只见于日本高炉，在其他国家很难推广，究其原因有下列三点：一方面在计算过程中需要确定炉料安息角、确定公式参数，这些参数都是基于测量值确定的，不进行实际测量，很难准确确定；另一个方面用该理论可以计算自由料面的炉料塌落量，但高炉内部是一个封闭性、约束性空间，炉料受冲击时是一种约束性塌落，边坡稳定性理论用在此处并不适合；再一个方面是这种方法毕竟只是一种理论计算，实际状况如何还是需要进行实际校验。

正是由于O/C比分布在高炉操作中对气流分布有极其重要的作用，因此需要掌握焦炭层在矿石冲击下的布料规律。

鉴于高炉是一个巨大的密闭反应器，一旦高炉运行后，除非高炉中修，或者高炉大修，否则高炉生产不会停止，高炉炉顶一直处于一种高温、高粉尘、高压的密闭状态，根本无法实现料面变形的直接测量。目前世界上所有研究炉料变形的实验都是在高炉开炉前的装料过程中完成的。文献“张毅等，武钢新3号高炉开炉装料实测，武钢炼铁40年，华中理工大学出版社，371页～379页。”中公开了一种人工玻璃板测量法。该方法通过在炉顶矿石层中沿半径方向打入钢钎形成了支撑杆，在支撑杆旁垂直安置带刻度的有机玻璃板，将玻璃板固定在两排钢钎之间，然后在矿石层上布入焦炭，焦炭布完后，相关人员进入炉内，测定焦炭层料面形状，记录焦炭层厚度，然后再布入矿石，布料完成后相关人员再一次进入炉内，测量矿石层形状并记录矿石层厚度，同时扒开矿石层观察焦炭层的变化，判断矿石对焦炭的冲击变形。巨大的有机玻璃板会阻挡炉料的滚动、滑落，形成严重的“器壁效应”，破坏实际的料面分布；同时该方法费时费力，测量一次需花费3～5天的时间，严重影响生产进度；并且，随着高炉的大型化，目前高炉内容积一般会超过4000m³，如此巨大的高炉一次炉料的装入量会超过200吨，炉料堆积厚度超过1米，如此大量的炉料具有巨大的冲击动能，对于3～5米高的有机玻璃板而言，很难抵御这种长时间、剧烈打击，若采用有机玻璃板来实现3～5批料的料面变形测量显然不切实际。

发明内容