降低高炉炼铁燃料比的技术工艺研究

2020-02-18郭艳军

山西冶金 2020年2期

郭艳军

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东济南 271104）

据调查统计显示，冶金行业中的炼铁系统的能源消耗量占据能源总消耗量的70%左右，可见，炼铁系统在冶金生产全过程占据始终占据着主导位置。而燃料比作为表征煤化程度的一个重要指标，比值越高，能源消耗量越大，比值越低，能源消耗量也将大幅降低，因此，降低燃料比是冶金企业实现节能减排的一条有效路径。

1 降低高炉炼铁燃烧比的重要意义

高炉利用系数作为衡量高炉炼铁生产率的一项重要技术经济指标，利用系数的数值越高，代表高炉的生产率越高，给企业创造的经济效益也就越高，而高炉利用系数的计算公式是冶炼强度与炼铁燃料比的比值，要想提升高炉的利用系数数值，可以采取提高冶炼强度或者降低燃料比的方法。但是提高冶炼强度需要企业配备大功率风机，以增加高炉进风量，这不仅给冶金企业增加了经济负担，同时，也大幅增加了能源消耗量，这与节能降耗的国家大政方针相背离，也不利于企业的长远发展。比如以大型高炉为例，吨铁消耗的风量一般在1 200 m3以下，燃烧1 kg标准煤需要2.5 m3的风量，而鼓风机产生1 m3的风量则需要消耗0.85 kg 的标准煤，这样一来，炼铁燃料比就大幅升高，反而对高炉利用系数的提升产生不利影响。因此，出于综合经济指标与节能降耗等多方面因素的考虑，冶金企业应当采取降低燃料比的方法，以提升高炉的利用系数，为冶金企业的产能提高、效益增长保驾护航。

2 降低高炉炼铁燃料比的技术工艺

2.1 实现高风温，提高喷煤比

高炉炼铁所需热量来自于炉内燃料燃烧时释放的热量以及鼓风机吹入的风热，如果鼓风机吹入的风热越高，煤粉的燃烧率就越高，燃料比将大幅下降，同时，喷煤比得到提升，不但节省了大量燃料，而且也减少了投入成本[1]。经过实际验证，风温每升高100 ℃，高炉炼铁燃料比就会降低 15～25 kg/t，风口理论燃烧温度也将提高70 ℃。由此可见，提高炉内风温能够使炉内的软熔区间变窄，高软融带下降，改善高炉料的透气性，是冶金企业实现节能减排、降本增效一项重要的技术工艺。

2.2 提升原料质量，采用精料工艺

高炉炼铁的精料工艺可以用九个字来形容，即：高、熟、净、匀、小、稳、少、好、低。“高”是指选取的铁矿石品位要高，烧结矿与球团矿的强度要高，烧结矿的碱度要高。“熟”是指熟料，就是将铁矿粉制成强度高、冶金性能好的块状料，主要包括烧结矿熟料与球团矿熟料。“净”是将球团矿中小于5 mm 的粉矿筛除干净，以提高冶炼强度。“匀”是指烧结矿的粒度要保持均匀，粒度直径介于6～50 mm 之间。“小”是指严禁大块径的烧结矿入炉，入炉的烧结矿粒度要小、要均匀。“稳”是指入炉原燃料的物理与化学性能相对稳定。“少”是指铁矿石中的有害杂质要少，尤其是K、Na 的含量必须严格予以控制。“好”是指铁矿石应当具有良好的化学还原性、软化性以及较好的熔滴性。“低”是指烧结矿中氧化铁的含量要低，以确保烧结矿具有良好的还原性。

目前，随着冶金行业生产经营规模的不断扩大，大型高炉的保有量日渐增多，因此，对焦炭热反应性与反应后的强度提出了更高的要求，其中焦炭的热反应性CRI≤26%，反应后的强度CSR≥66%，这就需要冶金企业在高炉冶炼过程中应当严格控制。经过实际应用验证，贯彻和实施精料方针，是降低炼铁能耗与生产成本的重要举措。

2.3 提高炉顶压力，降低炉内压差

在高炉炼铁过程中，如果提高炉顶压力，能够使高温煤气在炉内的滞留时间延长，而铁矿石与煤气之间的接触时间就会增加，在这种情况之下，炉内矿料所需要的热量值就会增加，进而加速矿料之间的化学还原反应速度。同时，提高炉顶压力还能有效降低高温煤气流的流动速度，使炼铁流程中产生的炉尘吹出量大幅减少，进而增加煤气流在炉内的温度，这就大大减少了燃料用量。以炉顶压力提高10 kPa为例，高炉炼铁能够增产1.9%，焦比下降3%左右，对炼制低硅铁具有较好的效果。另外，采用增压技术工艺后，能够加速一氧化碳向二氧化碳的化学反应速度，对降低炼铁燃料比起到积极的助推作用[2]。

2.4 提高煤气中二氧化碳含量

提高煤气中二氧化碳的含量能够加快铁矿石的间接还原反应速度，当煤气中二氧化碳的含量提高0.5 个百分点，炼铁燃料比将下降10 kg/t，主要实现措施是优化炉内煤气流分布，合理布料，使鼓风吹入的热风所带有的热量及时传递给炉料，以提升铁矿石之间的间接还原度。对于冶金企业来说，可以采用无料钟炉顶装料设备，使布料形式呈现出多样化，在上料时，应保证球团矿与块矿分布在炉内的中间环带，以减少小焦块对煤气流分布和中心死焦柱透气、透液性的影响。如果高炉的容积为2 000 m3，炉内煤气二氧化碳的含量需要达到22%～24%。

2.5 提高鼓风富氧率

提高富氧率既可以提高高炉炼铁产量，而且能够大幅降低燃料比。由于入炉风量的减少以及鼓风氧气浓度的增加，炉体内煤气中的一氧化碳浓度增加，进而提升了单位体积与单位生铁的炉腹煤气的热能以及化学能，达到了节能降耗的目的。据实践操作验证，当鼓中的富氧率每提高1%时，高炉炼铁的燃料比就会下降0.5%，而炼铁产量将增加4.76%，这就大大降低了吨铁的热损耗，同时，富氧能够有效抑制炉内煤气的产出量，随煤气带走的热量损失也相应减少。但是，值得注意的是如果鼓风富氧率提升到上限值时，应会被炉腹内煤气量上限值所牵制，如果在这种情况下继续增加富氧率，则不会产生增产的效果，因此，富氧率的增加值一般控制在4%～5%左右。

2.6 降低鼓风湿度，提高炉内温度

受到昼夜温差与季节变化温差的影响，鼓风中的水分含量也会发生不同的变化，导致高炉内的炉温波动幅度较大，影响产品质量。因此，采取降低鼓风湿度的工艺方法，能够有效改善高炉内环境，提高炉内温度，有效降低炼铁燃料比，同时，对提高产品质量也具有一定的促进作用。据有关资料显示，鼓风湿度每降低1 g/m3时，高炉炼铁燃料比就相应降低0.8～1.0 kg/t 左右，尤其对昼夜温差较大的地区来说，燃料比的降低幅度更加显著。

2.7 采用低硅冶炼工艺

采用低硅冶炼工艺能够有效降低燃料比以及生产成本，同时，能够满足少渣冶炼的需要，降低高炉铁水中的含硅量也是脱磷工艺的必要技术条件。低硅冶炼工艺可以借助于以下几方面来实现，第一是控制硅的来源，减少炉料中二氧化硅的含量，减少煤与焦炭中的灰分。第二是有效抑制铁水的吸硅量，由于铁水吸硅的过程主要在炉内滴落带完成，因此，可以采用控制炉料结构与软熔带高度等方法，减少铁水的吸硅量。第三是加快高炉缸的脱硅反应速度，主要针对炉渣内碱性度与氧化镁含量的调整，对铁水中二氧化硅的活性度进行有效控制，以达到低硅冶炼的目的。