五矿营钢1号高炉低品质矿高煤比攻关实践

2013-02-19供稿康庆国赵世禹KANGQingguoZHAOShiyu

金属世界 2013年5期

供稿|康庆国,赵世禹 / KANG Qing-guo, ZHAO Shi-yu

内容导读

文章对五矿营钢1号高炉在低品质矿冶炼条件下高煤比攻关进行了总结分析.针对低品质铁矿冶金性能差、品位较低、脉石成分含量高、尤其是Al2O3含量较高的铁矿石,改善入炉原料条件,合理匹配高炉操作制度和参数,强化生产管理,使得高炉3月煤比突破180 kg/t, 4月开始煤比实现190 kg/t.期间炉况稳定顺行,入炉焦比降低74 kg/t,成功解决了高铝烧结矿冶炼、大渣量高煤比冶炼等关键技术,实现了低品位下相对较低的燃料消耗,多项技术经济指标实现创新.

五矿营钢1号高炉(450 m3)于2003年12月3日开炉,2010年6月16日--2010年11月17日停炉大修,炉缸碳砖及风口组合砖重砌,上部喷涂,冷却壁未做处理.从2008年下半年开始,钢材市场持续低迷,再加上铁矿石市场价格不断攀升,使钢铁企业利润空间受到不断挤压.2011年2月15日,日照钢铁公司接手托管五矿营口中板有限责任公司.此后,公司转变观念,努力实施低成本炼铁,生产经营由"增铁增效、产量效益型"转向"降本增效、指标效益型",具体到炼铁厂高炉就是要:优化炉料结构,使用低品质矿冶炼,提高煤比降焦比.1号高炉(450 m3)在使用低品质矿冶炼的情况下,进行了提高煤比技术攻关.经过不懈努力,高炉在2011年3月煤比突破180 kg/t,2011年4月煤比实现190 kg/t.期间平均入炉焦比328 kg/t,入炉焦比与之前相比降低74 kg/t,平均燃料比542 kg/t.炉况长期稳定顺行,取得了良好的经济效益,多项技术经济指标实现了历史性创新.

攻关难点分析

高铝低品质铁矿通常指铁矿石品位低(48%~52%)、矿中Al2O3含量超过3.0%的高铝矿.烧结矿中Al2O3、TiO2含量与烧结矿的低温还原粉化率呈线性关系,主要是由于Al2O3将促使Fe2O3还原,导致烧结过程中矿石应力集中,裂纹扩展,还原粉化率增高.此外,使用高铝矿必然带来炉渣中Al2O3大幅上升,为了平衡渣相,要求渣中MgO达到一定比例(适宜的MgO/ Al2O3是获得较好炉渣流动性的关键).提高炉渣中MgO的途径:一是高炉配料时使用白云石、蛇纹石等熔剂;二是在烧结矿生产配料中添加轻烧白云石或轻烧镁粉.随着MgO含量的提高,高碱度烧结矿的转鼓强度下降,软熔带温度区间变宽.此外,实验发现提高MgO能够明显降低烧结矿的低温还原粉化率.

高铝低品质铁矿在高炉冶炼过程中存在三大问题:一是入炉矿粒度组成差,形成较宽的软熔带,高炉透气性较差,不利于高炉强化冶炼;二是Al2O3高,炉渣流动性相对差,尤其受物理热变化的影响大;三是综合入炉品味低(51%~53%),渣比高(500 kg/t),限制高炉提高煤比,且给高炉炉前操作带来很大压力.

高炉煤比提高后,入炉焦炭减少,料柱阻损增加,透气性变小,炉腹煤气量增加,改变高炉炉内煤气流分布,可能引起中心气流不足,边缘气流发展.煤粉刚喷入高炉时,风口理论燃烧温度降低,不利于提高炉缸温度,不好控制渣铁物理热和流动性.尤其是随着煤比的不断增加,高炉操作变化较大,焦炭负荷加重后,原燃料波动时可能诱发炉子大凉等恶性事故.

提高煤比的思路

高铝烧结矿强度低,粒度组成差,在高炉槽下筛分时显得格外困难,常造成高炉大量粉末入炉.通过控制筛分速度、振动筛振幅、控制料流、筛面清理等措施,提高筛分效率,减少入炉粉末,入炉料含粉率由5%~6%降到3%左右.立足现有原料条件,实现"粗粮细吃".

◆ 注重铁水物理热,降低硅偏差

高炉操作要求树立铁水物理热操作理念.利用新增的铁水温度在线监测系统,有效保证铁水温度在1450℃以上,实现从单纯依赖[Si]含量到重视铁水物理热的转变.强调高炉大喷煤后,必须有充足的炉缸物理热;从高炉温、高[Si]到低[Si]低[S]高物理热的转变,确保良好的炉渣流动性.

硅偏差的高低表征着高炉热制度的稳定程度.降低硅偏差是高炉操作水平的综合体现.高炉低硅冶炼是建立在炉温稳定的基础上的,因此在操作上推行从经验型向量化型、数据型、标准化操作转变,使硅偏差降到0.10以下.

◆ 造渣制度是关键

炉渣Al2O3含量高,炉渣的流动性、脱硫能力和稳定性都将变差,易引起炉墙粘结与炉缸堆积,因此必须制定合理的造渣制度.

(1) 提高烧结矿中FeO含量.烧结矿内FeO含量增高,虽然会提高烧结温度,增加高炉燃料消耗,但能有效控制烧结矿的低温还原粉化率.FeO上升1%,低温还原粉化率降低1%~2%,转鼓指数提高1%~2%.生产实践表明,低温还原粉化率每升高5%,燃料比上升1%,产量下降1.5%.

(2) 调节炉渣中(MgO)含量,控制炉渣中MgO/Al2O3=0.65~0.80,获得合理渣相组成,改善炉渣流动性.

(3) 控制四元碱度,适度提高炉渣碱度,原来二元碱度是1.00,逐步过度到调整碱度以四元碱度为主,二元碱度是1.05,四元碱度一般在1.00左右.改善炉渣的脱硫能力.

(4) 适当提高冶炼渣量,控制烧结矿的Al2O3/SiO2比.高铝烧结矿Al2O3含量高,因而要适当提高SiO2含量,增加炉渣的稳定性.

◆ 炉前出铁应及时出净渣铁

高炉提高喷煤比,会使炉内料柱透气性、透液能力降低.铁前渣铁液面上升,致使铁前压差升高风量减少,易出现风量萎缩现象.随着高铝矿的使用量不断增加,吨铁渣比达到400 kg/t以上.因此,增加出铁次数,出铁由18次/日调整为21次/日.加强出铁正点率,杜绝铁口浅、出铁时间偏短等问题,高炉日产量和四班出铁量都保持了相对稳定,出铁均衡率大幅度提高,为大喷煤和降焦比创造条件.

经验表明,当渣量超过350 kg/t时,煤比不宜超过180 kg/t;渣量超过400 kg/t时,煤比不宜超过200 kg/t.实际生产中,营钢日钢渣比达到400 kg/t以上,最高达到530 kg/t.

宝钢曾通过风口取样分析,测定高炉喷煤比在170、205、203 kg/t时,煤粉在风口回旋区的燃烧率分别为84.9%、72.0%和70.5%.

未燃煤粉进入炉渣,导致炉渣流动性变差,在炉缸沉积,导致死料柱,透液性变差,最终炉缸工作变差;部分未燃煤粉上升进入软熔带,极大降低软熔带的透气性.因此改善煤粉燃烧是提高煤比的关键.

◆ 合理配煤,改善煤粉燃烧

活性高的未燃煤粉在炉内气化速率高,可以迅速气化消耗,不至于随煤气溢出,更重要的是可以缓解焦炭气化反应造成的劣化进程,使焦炭下降到风口回旋区仍然保持足够的强度.控制高灰分无烟煤、高挥发分烟煤的配比,大大改善了煤粉的燃烧性能.

◆ 提高风口氧过剩系数,保证合适的理论燃烧

温度

1986年8-12月和1987年4-7月,鞍钢进行了两个阶段的高富氧(28%~30%)大喷吹(150~200 kg/t)工业试验,效果显著.1991年,首钢进行了富氧喷煤试验.包钢1990年进行了高炉富氧大喷煤工业试验.研究表明,高炉煤比180 kg/t,要求富氧率达到3.0%以上,风口前氧过剩系数达到1.15是比较适宜的.

营钢1号高炉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.在入炉品位下降了4.54%,燃料比仅略有上升,部分得益于富氧提高后煤粉燃烧率提高.

1号高炉富氧量随煤比不断增加,维持了适宜的理论燃烧温度.煤粉每提高10 kg/t,风口理论燃烧温度降低12~15℃.富氧率提高1%,炉缸理论燃烧温度升高35~45℃,保证了煤粉的燃烧率,允许多喷煤粉.煤比180 kg/t时,根据鞍钢理论燃烧温度公式在线控制理论燃烧温度为(2165±40)℃.

◆ 保证风口煤粉均匀喷吹

高炉均匀喷吹煤粉,会使炉缸热量分配均匀,有利于提高各风口的氧气过剩系数,促使高炉生产顺行和喷煤量的提高,进而煤焦置换比得到提高.在保证煤粉质量和均匀喷吹的前提下,要求每0.5 h观察风口喷煤情况至少1次以上.若发现煤枪堵煤情况,应迅速、主动处理,全力保证14个风口煤粉的均匀喷吹,保证炉况稳定顺行.

◆ 缩小风口面积

随着喷煤量提高,未燃煤粉会在料柱沉积,降低料柱透气性,使中心气流变弱,边沿气流发展,回旋区缩短,最终导致煤粉燃烧率下降,死料柱扩大.缩小风口面积,不但延长了回旋区长度,活跃炉缸,而且有利于吹透中心,未得到充分利用的未燃煤粉随中心气流溢出.营钢1号高炉风口面积由提高煤比前的0.1419 m2缩小到0.1392 m2.

◆ 控制送风参数

适宜鼓风动能有利于炉缸工作均匀活跃,提高煤气利用率,稳定炉况顺行和长寿生产,便于高炉初始煤气流分布合理.结合1号高炉在规定全风操作时,控制风口速140±5 m/s,鼓风动能50±5 kJ/s,以此维持一定的风口回旋区,保证初始煤气流合理分布.选择适宜的风量,控制高炉冶炼强度.

◆ 提高高炉顶压

煤粉在炉缸燃烧的时间在0.01~0.04 s,其加热速度103~106 K/s.提高顶压延缓煤气流在炉内的流速,延长煤粉在风口停留燃烧时间,增加煤气流与矿石的接触时间,为未燃煤粉在炉内再气化创造条件;同时压缩煤气体积,消弱因大喷煤导致的炉腹煤气体积增加而不利于炉况稳定的影响.1号高炉顶压由120 kPa提高到138 kPa,控制压差在100 kPa左右,炉况稳定顺行.

◆ 采用高风温

风温是高炉最经济、最清洁的能源,先进企业的风温可达1250℃以上,有的甚至达到1300℃.日钢高炉在全高炉煤气条件下,年平均风温在1170℃以上.营钢1号高炉风温水平由1080℃逐步提高到1165℃,比原来提高85℃.温度每提高100℃,可使风口理论燃烧温度提高80℃,利于大喷煤.

◆ 加强炉型管理

对于大渣量高氧化铝渣冶炼,炉缸不活跃的问题成为突出问题.重视炉底温度和炉缸、炉腰、炉身各层冷却壁水温差,防止炉缸不活跃或产生堆积.认真控制各层水温差在合适的范围内,稳定合适的冷却强度,慎重调整水量.量化炉腰、炉身、炉喉温度的管理.平均炉腰温度不稳定说明炉腰处气流可能过盛,边缘气流可能发展,如果炉身平均温度升高,炉喉平均温度升高,则印证边缘煤气流轻,再结合煤气曲线CO2(18.8%~19.5%)和煤气利用率(不低于42.5%)降低,可以判断中心煤气流不足,须采取适当加重边缘的料制,稳定操作炉型.

在煤比较低时,喷煤对料柱透气性的影响不大;随着煤比的增加,料柱透气性变差,中心气流变弱,边缘气流增强,采用大料批可以压制煤气流.由于C/O比的大幅度下降,炉内焦窗变薄,不利于气流通过.采用大料批后确保了焦窗厚度,提高了炉料透气性,稳定了气流,改善了煤气利用.为保持合理的初始煤气流分布,以适当抑制边缘气流、发展中心气流为原则进行调整,逐步缩小风口面积后,确定O40237.5235332.52301C391372352332312291为主布料矩阵,在炉内形成了稳定的焦炭平台.日常调整时,焦炭平铺矩阵一般不变,主要调整矿石布料矩阵:先调整矿石圈数,然后调整档位.

应用效果

在低品质矿原料条件下,提高煤比降低焦比技术攻关取得了显著的成绩,煤比创营钢1号高炉历年来最好指标.实现了综合指标的优化,保持了炉况的长期稳定顺行.此外,使用低品质矿冶炼后,高炉指标没有受到影响,发挥了低品质矿的效益.没有出现"加工成本"吃掉"矿石效益"的情况.通过测算,使用低品质矿后,铁成本下降150~200元/t.