供稿|康慶國,趙世禹 / KANG Qing-guo, ZHAO Shi-yu

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文章對五礦營鋼1號(hào)高爐在低品質(zhì)礦冶煉條件下高煤比攻關(guān)進(jìn)行了總結(jié)分析.針對低品質(zhì)鐵礦冶金性能差、品位較低、脈石成分含量高、尤其是Al2O3含量較高的鐵礦石,改善入爐原料條件,合理匹配高爐操作制度和參數(shù),強(qiáng)化生產(chǎn)管理,使得高爐3月煤比突破180 kg/t, 4月開始煤比實(shí)現(xiàn)190 kg/t.期間爐況穩(wěn)定順行,入爐焦比降低74 kg/t,成功解決了高鋁燒結(jié)礦冶煉、大渣量高煤比冶煉等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了低品位下相對較低的燃料消耗,多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新.

五礦營鋼1號(hào)高爐(450 m3)于2003年12月3日開爐,2010年6月16日--2010年11月17日停爐大修,爐缸碳磚及風(fēng)口組合磚重砌,上部噴涂,冷卻壁未做處理.從2008年下半年開始,鋼材市場持續(xù)低迷,再加上鐵礦石市場價(jià)格不斷攀升,使鋼鐵企業(yè)利潤空間受到不斷擠壓.2011年2月15日,日照鋼鐵公司接手托管五礦營口中板有限責(zé)任公司.此后,公司轉(zhuǎn)變觀念,努力實(shí)施低成本煉鐵,生產(chǎn)經(jīng)營由"增鐵增效、產(chǎn)量效益型"轉(zhuǎn)向"降本增效、指標(biāo)效益型",具體到煉鐵廠高爐就是要:優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu),使用低品質(zhì)礦冶煉,提高煤比降焦比.1號(hào)高爐(450 m3)在使用低品質(zhì)礦冶煉的情況下,進(jìn)行了提高煤比技術(shù)攻關(guān).經(jīng)過不懈努力,高爐在2011年3月煤比突破180 kg/t,2011年4月煤比實(shí)現(xiàn)190 kg/t.期間平均入爐焦比328 kg/t,入爐焦比與之前相比降低74 kg/t,平均燃料比542 kg/t.爐況長期穩(wěn)定順行,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了歷史性創(chuàng)新.

攻關(guān)難點(diǎn)分析

高鋁低品質(zhì)鐵礦通常指鐵礦石品位低(48%~52%)、礦中Al2O3含量超過3.0%的高鋁礦.燒結(jié)礦中Al2O3、TiO2含量與燒結(jié)礦的低溫還原粉化率呈線性關(guān)系,主要是由于Al2O3將促使Fe2O3還原,導(dǎo)致燒結(jié)過程中礦石應(yīng)力集中,裂紋擴(kuò)展,還原粉化率增高.此外,使用高鋁礦必然帶來爐渣中Al2O3大幅上升,為了平衡渣相,要求渣中MgO達(dá)到一定比例(適宜的MgO/ Al2O3是獲得較好爐渣流動(dòng)性的關(guān)鍵).提高爐渣中MgO的途徑:一是高爐配料時(shí)使用白云石、蛇紋石等熔劑;二是在燒結(jié)礦生產(chǎn)配料中添加輕燒白云石或輕燒鎂粉.隨著MgO含量的提高,高堿度燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度下降,軟熔帶溫度區(qū)間變寬.此外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提高M(jìn)gO能夠明顯降低燒結(jié)礦的低溫還原粉化率.

高鋁低品質(zhì)鐵礦在高爐冶煉過程中存在三大問題:一是入爐礦粒度組成差,形成較寬的軟熔帶,高爐透氣性較差,不利于高爐強(qiáng)化冶煉;二是Al2O3高,爐渣流動(dòng)性相對差,尤其受物理熱變化的影響大;三是綜合入爐品味低(51%~53%),渣比高(500 kg/t),限制高爐提高煤比,且給高爐爐前操作帶來很大壓力.

高爐煤比提高后,入爐焦炭減少,料柱阻損增加,透氣性變小,爐腹煤氣量增加,改變高爐爐內(nèi)煤氣流分布,可能引起中心氣流不足,邊緣氣流發(fā)展.煤粉剛噴入高爐時(shí),風(fēng)口理論燃燒溫度降低,不利于提高爐缸溫度,不好控制渣鐵物理熱和流動(dòng)性.尤其是隨著煤比的不斷增加,高爐操作變化較大,焦炭負(fù)荷加重后,原燃料波動(dòng)時(shí)可能誘發(fā)爐子大涼等惡性事故.

提高煤比的思路

高鋁燒結(jié)礦強(qiáng)度低,粒度組成差,在高爐槽下篩分時(shí)顯得格外困難,常造成高爐大量粉末入爐.通過控制篩分速度、振動(dòng)篩振幅、控制料流、篩面清理等措施,提高篩分效率,減少入爐粉末,入爐料含粉率由5%~6%降到3%左右.立足現(xiàn)有原料條件,實(shí)現(xiàn)"粗糧細(xì)吃".

◆ 注重鐵水物理熱,降低硅偏差

高爐操作要求樹立鐵水物理熱操作理念.利用新增的鐵水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),有效保證鐵水溫度在1450℃以上,實(shí)現(xiàn)從單純依賴[Si]含量到重視鐵水物理熱的轉(zhuǎn)變.強(qiáng)調(diào)高爐大噴煤后,必須有充足的爐缸物理熱;從高爐溫、高[Si]到低[Si]低[S]高物理熱的轉(zhuǎn)變,確保良好的爐渣流動(dòng)性.

硅偏差的高低表征著高爐熱制度的穩(wěn)定程度.降低硅偏差是高爐操作水平的綜合體現(xiàn).高爐低硅冶煉是建立在爐溫穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的,因此在操作上推行從經(jīng)驗(yàn)型向量化型、數(shù)據(jù)型、標(biāo)準(zhǔn)化操作轉(zhuǎn)變,使硅偏差降到0.10以下.

◆ 造渣制度是關(guān)鍵

爐渣Al2O3含量高,爐渣的流動(dòng)性、脫硫能力和穩(wěn)定性都將變差,易引起爐墻粘結(jié)與爐缸堆積,因此必須制定合理的造渣制度.

(1) 提高燒結(jié)礦中FeO含量.燒結(jié)礦內(nèi)FeO含量增高,雖然會(huì)提高燒結(jié)溫度,增加高爐燃料消耗,但能有效控制燒結(jié)礦的低溫還原粉化率.FeO上升1%,低溫還原粉化率降低1%~2%,轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高1%~2%.生產(chǎn)實(shí)踐表明,低溫還原粉化率每升高5%,燃料比上升1%,產(chǎn)量下降1.5%.

(2) 調(diào)節(jié)爐渣中(MgO)含量,控制爐渣中MgO/Al2O3=0.65~0.80,獲得合理渣相組成,改善爐渣流動(dòng)性.

(3) 控制四元堿度,適度提高爐渣堿度,原來二元堿度是1.00,逐步過度到調(diào)整堿度以四元堿度為主,二元堿度是1.05,四元堿度一般在1.00左右.改善爐渣的脫硫能力.

(4) 適當(dāng)提高冶煉渣量,控制燒結(jié)礦的Al2O3/SiO2比.高鋁燒結(jié)礦Al2O3含量高,因而要適當(dāng)提高SiO2含量,增加爐渣的穩(wěn)定性.

◆ 爐前出鐵應(yīng)及時(shí)出凈渣鐵

高爐提高噴煤比,會(huì)使?fàn)t內(nèi)料柱透氣性、透液能力降低.鐵前渣鐵液面上升,致使鐵前壓差升高風(fēng)量減少,易出現(xiàn)風(fēng)量萎縮現(xiàn)象.隨著高鋁礦的使用量不斷增加,噸鐵渣比達(dá)到400 kg/t以上.因此,增加出鐵次數(shù),出鐵由18次/日調(diào)整為21次/日.加強(qiáng)出鐵正點(diǎn)率,杜絕鐵口淺、出鐵時(shí)間偏短等問題,高爐日產(chǎn)量和四班出鐵量都保持了相對穩(wěn)定,出鐵均衡率大幅度提高,為大噴煤和降焦比創(chuàng)造條件.

經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)渣量超過350 kg/t時(shí),煤比不宜超過180 kg/t;渣量超過400 kg/t時(shí),煤比不宜超過200 kg/t.實(shí)際生產(chǎn)中,營鋼日鋼渣比達(dá)到400 kg/t以上,最高達(dá)到530 kg/t.

寶鋼曾通過風(fēng)口取樣分析,測定高爐噴煤比在170、205、203 kg/t時(shí),煤粉在風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒率分別為84.9%、72.0%和70.5%.

未燃煤粉進(jìn)入爐渣,導(dǎo)致爐渣流動(dòng)性變差,在爐缸沉積,導(dǎo)致死料柱,透液性變差,最終爐缸工作變差;部分未燃煤粉上升進(jìn)入軟熔帶,極大降低軟熔帶的透氣性.因此改善煤粉燃燒是提高煤比的關(guān)鍵.

◆ 合理配煤,改善煤粉燃燒

活性高的未燃煤粉在爐內(nèi)氣化速率高,可以迅速氣化消耗,不至于隨煤氣溢出,更重要的是可以緩解焦炭氣化反應(yīng)造成的劣化進(jìn)程,使焦炭下降到風(fēng)口回旋區(qū)仍然保持足夠的強(qiáng)度.控制高灰分無煙煤、高揮發(fā)分煙煤的配比,大大改善了煤粉的燃燒性能.

◆ 提高風(fēng)口氧過剩系數(shù),保證合適的理論燃燒

溫度

1986年8-12月和1987年4-7月,鞍鋼進(jìn)行了兩個(gè)階段的高富氧(28%~30%)大噴吹(150~200 kg/t)工業(yè)試驗(yàn),效果顯著.1991年,首鋼進(jìn)行了富氧噴煤試驗(yàn).包鋼1990年進(jìn)行了高爐富氧大噴煤工業(yè)試驗(yàn).研究表明,高爐煤比180 kg/t,要求富氧率達(dá)到3.0%以上,風(fēng)口前氧過剩系數(shù)達(dá)到1.15是比較適宜的.

營鋼1號(hào)高爐2011年2月富氧率1.0%,煤比117 kg/t,2011年3月富氧率提高到2.32%,煤比提高到187 kg/t,2011年4月富氧率提高到2.65%,煤比提高到192 kg/t.在入爐品位下降了4.54%,燃料比僅略有上升,部分得益于富氧提高后煤粉燃燒率提高.

1號(hào)高爐富氧量隨煤比不斷增加,維持了適宜的理論燃燒溫度.煤粉每提高10 kg/t,風(fēng)口理論燃燒溫度降低12~15℃.富氧率提高1%,爐缸理論燃燒溫度升高35~45℃,保證了煤粉的燃燒率,允許多噴煤粉.煤比180 kg/t時(shí),根據(jù)鞍鋼理論燃燒溫度公式在線控制理論燃燒溫度為(2165±40)℃.

◆ 保證風(fēng)口煤粉均勻噴吹

高爐均勻噴吹煤粉,會(huì)使?fàn)t缸熱量分配均勻,有利于提高各風(fēng)口的氧氣過剩系數(shù),促使高爐生產(chǎn)順行和噴煤量的提高,進(jìn)而煤焦置換比得到提高.在保證煤粉質(zhì)量和均勻噴吹的前提下,要求每0.5 h觀察風(fēng)口噴煤情況至少1次以上.若發(fā)現(xiàn)煤槍堵煤情況,應(yīng)迅速、主動(dòng)處理,全力保證14個(gè)風(fēng)口煤粉的均勻噴吹,保證爐況穩(wěn)定順行.

◆ 縮小風(fēng)口面積

隨著噴煤量提高,未燃煤粉會(huì)在料柱沉積,降低料柱透氣性,使中心氣流變?nèi)?邊沿氣流發(fā)展,回旋區(qū)縮短,最終導(dǎo)致煤粉燃燒率下降,死料柱擴(kuò)大.縮小風(fēng)口面積,不但延長了回旋區(qū)長度,活躍爐缸,而且有利于吹透中心,未得到充分利用的未燃煤粉隨中心氣流溢出.營鋼1號(hào)高爐風(fēng)口面積由提高煤比前的0.1419 m2縮小到0.1392 m2.

◆ 控制送風(fēng)參數(shù)

適宜鼓風(fēng)動(dòng)能有利于爐缸工作均勻活躍,提高煤氣利用率,穩(wěn)定爐況順行和長壽生產(chǎn),便于高爐初始煤氣流分布合理.結(jié)合1號(hào)高爐在規(guī)定全風(fēng)操作時(shí),控制風(fēng)口速140±5 m/s,鼓風(fēng)動(dòng)能50±5 kJ/s,以此維持一定的風(fēng)口回旋區(qū),保證初始煤氣流合理分布.選擇適宜的風(fēng)量,控制高爐冶煉強(qiáng)度.

◆ 提高高爐頂壓

煤粉在爐缸燃燒的時(shí)間在0.01~0.04 s,其加熱速度103~106 K/s.提高頂壓延緩煤氣流在爐內(nèi)的流速,延長煤粉在風(fēng)口停留燃燒時(shí)間,增加煤氣流與礦石的接觸時(shí)間,為未燃煤粉在爐內(nèi)再氣化創(chuàng)造條件;同時(shí)壓縮煤氣體積,消弱因大噴煤導(dǎo)致的爐腹煤氣體積增加而不利于爐況穩(wěn)定的影響.1號(hào)高爐頂壓由120 kPa提高到138 kPa,控制壓差在100 kPa左右,爐況穩(wěn)定順行.

◆ 采用高風(fēng)溫

風(fēng)溫是高爐最經(jīng)濟(jì)、最清潔的能源,先進(jìn)企業(yè)的風(fēng)溫可達(dá)1250℃以上,有的甚至達(dá)到1300℃.日鋼高爐在全高爐煤氣條件下,年平均風(fēng)溫在1170℃以上.營鋼1號(hào)高爐風(fēng)溫水平由1080℃逐步提高到1165℃,比原來提高85℃.溫度每提高100℃,可使風(fēng)口理論燃燒溫度提高80℃,利于大噴煤.

◆ 加強(qiáng)爐型管理

對于大渣量高氧化鋁渣冶煉,爐缸不活躍的問題成為突出問題.重視爐底溫度和爐缸、爐腰、爐身各層冷卻壁水溫差,防止?fàn)t缸不活躍或產(chǎn)生堆積.認(rèn)真控制各層水溫差在合適的范圍內(nèi),穩(wěn)定合適的冷卻強(qiáng)度,慎重調(diào)整水量.量化爐腰、爐身、爐喉溫度的管理.平均爐腰溫度不穩(wěn)定說明爐腰處氣流可能過盛,邊緣氣流可能發(fā)展,如果爐身平均溫度升高,爐喉平均溫度升高,則印證邊緣煤氣流輕,再結(jié)合煤氣曲線CO2(18.8%~19.5%)和煤氣利用率(不低于42.5%)降低,可以判斷中心煤氣流不足,須采取適當(dāng)加重邊緣的料制,穩(wěn)定操作爐型.

在煤比較低時(shí),噴煤對料柱透氣性的影響不大;隨著煤比的增加,料柱透氣性變差,中心氣流變?nèi)?邊緣氣流增強(qiáng),采用大料批可以壓制煤氣流.由于C/O比的大幅度下降,爐內(nèi)焦窗變薄,不利于氣流通過.采用大料批后確保了焦窗厚度,提高了爐料透氣性,穩(wěn)定了氣流,改善了煤氣利用.為保持合理的初始煤氣流分布,以適當(dāng)抑制邊緣氣流、發(fā)展中心氣流為原則進(jìn)行調(diào)整,逐步縮小風(fēng)口面積后,確定O40237.5235332.52301C391372352332312291為主布料矩陣,在爐內(nèi)形成了穩(wěn)定的焦炭平臺(tái).日常調(diào)整時(shí),焦炭平鋪矩陣一般不變,主要調(diào)整礦石布料矩陣:先調(diào)整礦石圈數(shù),然后調(diào)整檔位.

應(yīng)用效果

在低品質(zhì)礦原料條件下,提高煤比降低焦比技術(shù)攻關(guān)取得了顯著的成績,煤比創(chuàng)營鋼1號(hào)高爐歷年來最好指標(biāo).實(shí)現(xiàn)了綜合指標(biāo)的優(yōu)化,保持了爐況的長期穩(wěn)定順行.此外,使用低品質(zhì)礦冶煉后,高爐指標(biāo)沒有受到影響,發(fā)揮了低品質(zhì)礦的效益.沒有出現(xiàn)"加工成本"吃掉"礦石效益"的情況.通過測算,使用低品質(zhì)礦后,鐵成本下降150~200元/t.

結(jié)束語

鋼鐵市場持續(xù)低迷,實(shí)施低成本煉鐵戰(zhàn)略勢在必行.五礦營鋼1號(hào)高爐提煤比降焦比技術(shù)攻關(guān),解決了高爐在低品質(zhì)礦的原料條件下,進(jìn)一步增加噴煤量,降低入爐焦比的生產(chǎn)實(shí)踐中所面臨的實(shí)際問題,形成了比較完備的技術(shù)體系,大幅降低生鐵成本,極大提高了五礦營鋼的競爭力,為公司帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益.

[1] 王維興. 中國煉鐵技術(shù)發(fā)展評述. 河南冶金2008, 16(4): 4-9.

[2] 王筱留. 高爐生產(chǎn)知識(shí)問答. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2008: 160.