褚潤林  呂志敏  王  根  閆  軍  

(河鋼集團宣鋼公司煉鐵廠)

摘  要  通過對宣鋼1號高爐生產數(shù)據(jù)的收集與整理，就高爐爐喉料面邊緣負荷、環(huán)帶負荷、中心負荷不同的布料矩陣生產下的高爐透氣性指數(shù)進行方差分析，找出邊緣、環(huán)帶及中心負荷最佳匹配區(qū)間，篩選出最優(yōu)布料矩陣，從而穩(wěn)定上部煤氣流分布，提高煤氣利用率，降低高爐燃料消耗。

關鍵詞  數(shù)據(jù)  負荷  匹配區(qū)間  氣流分布

1  裝料制度作用

裝料制度的選擇即上部調劑，直接決定了爐料在高爐爐喉內是否分布合理，爐料的分布狀況又直接影響到高爐煤氣流的分布、爐內熱交換、爐內化學反應的進行，以及高爐煤氣的利用率，同時也很大程度上影響了高爐的穩(wěn)定順行和高爐鐵水質量。

影響爐料分布的固定因素有裝料設備的結構和爐型結構；變動因素有：料線、裝入順序、裝罐順序、批重。爐料的品種及其特性對爐料分布也有影響。各種原料布料特性按加重邊沿至減輕邊沿的順序是：天然礦、燒結礦、球團礦和焦炭。

2  應用方差分析優(yōu)化布料矩陣技術

Minitab軟件具有數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理功能，其中包括方差分析或多元回歸分析、時間序列分析、各種統(tǒng)計模型、神經(jīng)網(wǎng)絡模型等。利用Minitab數(shù)學方法處理高爐生產數(shù)據(jù)并判定高爐裝料制度以及其影響因素的穩(wěn)定性，從而幫助我們判定高爐生產是否穩(wěn)定，對實際生產具有指導性的意義。

2.1  對2019年生產數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，找出三種典型布料矩陣生產條件下高爐透氣性及經(jīng)濟指標對應情況

通過采集大量生產數(shù)據(jù)，就邊緣負荷、環(huán)帶負荷、中心負荷不同的布料矩陣生產下的高爐透氣性指數(shù)進行方差分析，找出邊緣、環(huán)帶及中心負荷最佳匹配區(qū)間，篩選出最優(yōu)布料矩陣。

在正常生產條件下，高爐透氣性指數(shù)越高，高爐越容易接受風量，對改善指標如降焦提煤越有利。我們將不同布料矩陣下生產時高爐透氣性指數(shù)作為效果的主要依據(jù)，將焦比作為相關指標進行監(jiān)控，通過對2019年不同邊緣負荷、環(huán)帶負荷、中心負荷的布料矩陣生產時，見表1，隨機抽取90個透氣性指數(shù)進行分析。布料矩陣為離散型數(shù)據(jù)，透氣性指數(shù)數(shù)據(jù)為計量型數(shù)據(jù)，焦比為計量型數(shù)據(jù)，應用minatab對其進行方差分析。

2.2  依據(jù)方差分析流程對三組數(shù)據(jù)進行方差分析，尋求最佳布料矩陣邊緣負荷、環(huán)帶負荷及中心負荷區(qū)間范圍

（1）對收集數(shù)據(jù)進行概率圖分析，驗證數(shù)據(jù)正態(tài)性，檢查所收集數(shù)據(jù)采用方差分析適用性條件

應用Minitab軟件對不同布料矩陣生產下對應的透氣性指數(shù)分別進行概率圖分析，如圖1-3。

根據(jù)統(tǒng)計學在差異性的比較中，大于0.05表示與正太分布無差異，小于0.05表示與正太分布有差異。由圖1-3可知，三種布料矩陣生產對應P值分別為0.409，0.654和0.632，其P值均大于0.05，可知三組數(shù)據(jù)屬于正態(tài)分布，說明可以進行方差分析。

（2）對數(shù)據(jù)作單值控制圖分析，驗證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，檢查所收集數(shù)據(jù)采用方差分析適用性條件。應用Minitab 軟件對不同布料矩陣生產下對應的透氣性指數(shù)分別進行單值控制圖分析，如圖4-6，驗證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

控制圖分析中得出三種布料矩陣生產對應透氣性均值分別為29.4，28.16和28.53，由圖4-6可以看出，三組數(shù)據(jù)均沒有超過其控制上、下限的數(shù)據(jù)點（UCL為控制上限，LCL為控制下限），即無異常生產點，可知數(shù)據(jù)過程穩(wěn)定，可以進行下一步分析。

（3）數(shù)據(jù)方差分析，找出最佳布料矩陣邊緣負荷、環(huán)帶負荷及中心負荷區(qū)間范圍

對于3種不同邊緣、環(huán)帶、中心負荷區(qū)間搭配下的透氣性指數(shù)進行方差分析。這里原假設H0為：不同負荷區(qū)間生產時透氣性指數(shù)相等；備擇假設H1為：不同負荷區(qū)間生產時透氣性指數(shù)不相等，其分析區(qū)間圖7所示。

由圖7和表1可以看出， P值＜0.05，接受備擇假設H1即不同負荷區(qū)間生產時透氣性指數(shù)不相等；其邊緣、環(huán)帶、中心負荷區(qū)間在第二種搭配下（布料矩陣2），即當邊緣、環(huán)帶、中心負荷匹配區(qū)間為：13.93-15.61、5.23-5.95、2.19-2.43生產時，高爐透氣性指數(shù)最高，平均29.403。

再對其相關指標焦比進行監(jiān)控，三種布料矩陣生產時焦比情況見圖8。

由以上分析可知，采用布料矩陣2生產時，即當邊緣負荷控制在13.93-15.61，環(huán)帶負荷控制在5.23-5.95，中心負荷控制在2.19-2.43生產時，高爐透氣性指數(shù)平均達到29.4，高爐生產對應焦比也最低，平均354kg/t。利用此結論，可以制定后續(xù)生產過程中布料矩陣調整參考方向，以實現(xiàn)高爐布料矩陣優(yōu)化及指標改善。

3  爐內具體調整過程

3.1  優(yōu)化裝料制度，穩(wěn)定上部氣流分布

高爐裝料制度調整是通過選擇合理布料參數(shù)，按照“制衡”的原則，以“保證中心氣流、穩(wěn)定邊緣氣流”為主體思路，使煤氣流分布均衡，提高煤氣利用率。

針對1號高爐邊緣氣流不穩(wěn)，冷卻壁水管燒漏頻繁，高爐抗波動能力弱現(xiàn)象，高爐需要盡可能的強化中心、控制邊緣，實現(xiàn)倒V型軟融帶的穩(wěn)定存在，增加焦窗數(shù)目、改善透氣性。具體調整過程中，通過外移礦石，增加最外環(huán)礦石圈數(shù)，同時將礦5環(huán)改為礦4環(huán)，減輕中心焦炭負荷；焦角內移，增加中心焦角圈數(shù)，布料矩陣由逐步演變?yōu)?，調整后中心氣流增強，邊緣氣流穩(wěn)定，抵抗原燃料變化的能力提高。

強化中心、抑制邊沿，以加重邊沿的方式來促進邊沿渣皮的穩(wěn)定。但在實際操作過程中，由于過于顧及邊沿的穩(wěn)定，極力強化中心氣流，沒有對渣皮的結厚程度設限，加之重邊沿布料模式運行周期長，后續(xù)經(jīng)常出現(xiàn)爐墻結厚的癥狀，為了緩和爐內壓量關系，階段性采取適當松邊的措施，防止邊緣溫度過死。

3.2  適當提高鼓風動能，穩(wěn)定下部初始氣流

以下部調劑為基礎，上下部調劑相結合，穩(wěn)定邊緣煤氣流和爐體各層溫度，維護合理的操作爐型是高爐生產穩(wěn)定的關鍵。選擇適應爐役發(fā)展的鼓風動能及回旋區(qū)深度，保證高爐縱向和圓周上的溫度場分布均勻穩(wěn)定，初始煤氣流分布合理，是高爐穩(wěn)定順行和減少冷卻壁損壞的基礎。

為此，在上述方差分析對布料矩陣研究的基礎上，從風口布局上進行調整，將風口長度逐漸加長，送風面積逐漸縮小，以疏導氣流向中心延伸，保證中心氣流通暢，建立起穩(wěn)定合理的下部初始氣流。在調整中，主要是以縮小風口面積和增加風口長度為指導方向， 并具體確定需要調整的個數(shù)。通過縮小風口面積，風口面積0.3303m2縮小至0.3285m2，風口長度由585mm加長至615mm，視爐況反應后又將鐵口上方風口加長至635mm。通過調整，高爐實際風速和鼓風動能提高，保證了較合理的風口循環(huán)區(qū)，保證了初始煤氣穩(wěn)定，高爐爐缸工作活躍。

在上部的料制調整中，為了更好地強化中心、抑制邊沿，將平臺加漏斗的布料模式向中心加焦模式過渡，在采用中心加焦，大礦角布料模式下，邊緣氣流受到抑制，冷卻壁溫度波動小，水溫差基本穩(wěn)定在3℃左右，表明渣皮穩(wěn)定，維護了較好的操作爐型，這是高爐長壽的必要條件。在此調整過程當中，操作人員始終把風量作為高爐操作的生命線，雖然風口面積較大幅度縮小，但高爐風量不降反升，為高爐穩(wěn)產高產創(chuàng)造了條件。

同時，高爐礦批也逐步擴大，由63 t逐步擴大到目前的67～69t，在后續(xù)重負荷過程中保持焦層厚度不減，提高了料柱透氣性，穩(wěn)定氣流，優(yōu)化了爐內氣流分布，改善了煤氣利用率。礦批的擴大一方面增加焦窗厚度，另一方面也減少了混合料層的界面效應，很好地抵消了大風量帶來的高壓差效應，使高爐阻損降低有利于爐況的穩(wěn)定。同時，礦批的擴大對穩(wěn)定料面平臺及改善煤氣利用也起到良好的效果。

4  應用效果

利用方差分析確定的布料環(huán)帶負荷范圍，通過實踐調整，宣鋼1號高爐邊緣氣流穩(wěn)定，熱負荷在正常范圍內波動，爐體冷卻壁破損趨勢減緩，高爐長期穩(wěn)順，指標持續(xù)改善。2019年1號高爐經(jīng)濟指標統(tǒng)計表如表3。

5  結論

方差分析 (ANOVA) 與回歸分析類似，它也是用來分析響應變量與一個或多個預測變量之間關系并為之建模的。但是，方差分析與回歸有兩方面的不同，預測變量往往是類別變量。實際上，方差分析將用于檢驗兩個總體均值相等性的雙樣本t檢驗擴展到更一般的比較兩個以上均值相等性的原假設，即相對于它們并非全都相等。

將方差分析確定各環(huán)帶負荷，再將其應用于高爐布料矩陣調整過程，實現(xiàn)布料矩陣調整過程的系統(tǒng)化、數(shù)據(jù)化，穩(wěn)定高爐上部煤氣流分布，不斷提高煤氣利用率，降低高爐燃料比。

6  參考文獻

[1] 何曉群.六西格瑪數(shù)據(jù)分析技術[M].北京:中國人民大學出版社，2004.5～120．

[2] 張弛.六西格瑪分析工具[M].廣東:廣東經(jīng)濟出版社，2003.24～95．

[3] 張弛.MINITAB六西格瑪解決方案(上、下) [M].廣東:廣東經(jīng)濟出版社，2003.46～55．

[4] 王作成.六西格瑪技術實施工具[M].北京:中國人民大學出版社，2003.1～132．

[5] 辛益軍.方差分析與實驗設計[M].中國計量出版社，2001.45～114．