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高炉炼铁技术创新方向
2016-06-21 13:51:19来源:冶金网
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高炉冶炼技术和工艺理论的创新发展必须进行多领域的技术交汇和融合,构建以基础理论为先导的知识创新,以面向生产为核心的技术创新和以信息化为载体的管理创新,形成科学研究、技术研发、管理与制度创新互相交汇,相互促进的新业态,使高炉炼铁的原燃料资源利用合理、能耗降低、排放达标、成本降低,为企业资源利用率提高、生产经营创效做贡献。要摒弃陈旧落后的理念,解放思想,要从追求产量的观念,转变为追求低耗、低成本的经营方针。主要高炉炼铁技术创新路线如下。

以生铁成本为基准的烧结-高炉一体化智能配料技术

近年来,国内外众多钢铁企业实施低成本战略。作为占铁水成本一半以上的烧结矿,其成本直接影响铁水成本。传统的铁矿石评价和烧结配料优化方法都是建立在获得最低烧结成本的基础上,但实际生产中发现,这种追求最低烧结成本的评价或配比优化,并不意味着铁水成本的降低。相反,由于低成本烧结矿性能变差,渣量增多,焦比升高,炉渣性能不稳定,有害杂质含量升高,铁水成本反而可能升高。因此,有必要从整个炼铁工序总成本出发,建立烧结配料以及高炉炉料结构一体化的优化模型,综合考虑烧结矿成分、铁矿粉烧结基础特性指标、高炉的有害元素负荷以及每种原料的配比限制,并同时对高炉炉料结构进行优化。

拓展弱粘结煤和兰炭在高炉炼铁中的应用

拓展弱粘结煤的应用

焦炭是高炉炼铁不可或缺的燃料,而我国生产焦炭所需的优质炼焦煤储量不足,因此拓展弱粘结煤在炼焦中的应用是刻不容缓的研究课题。目前在炼焦生产中采用捣固和配型煤两种炼焦方法。我国目前采用的捣固炼焦方法,由于缺少规范,造成捣固焦质量差别大,难以用到大型高炉中。建议尽快建立捣固焦标准,规范捣固焦配煤、捣固压强和测定捣固焦质量的标准和方法,以确定捣固焦的科学评估,把我国捣固焦的质量提高到应有的水平,实现大高炉应用。

配型煤炼焦技术是节省中变质炼焦煤和提高焦炭质量可靠的技术手段之一。将弱粘性煤配加粘结剂后压制成型煤,与其余散状煤混合装入炼焦炉内炼焦。研究表明,在型煤配比为30%时,取得了可以多配入弱粘结煤8%-12%,M40提高2%-3%,M10改善0.5%-1.0%。而且炼焦配合煤粘结性越差,成型煤配入比例的增加,改善焦炭的作用越明显,其中15%成型煤相当于3%强粘结性煤。近年来炼焦用焦煤和肥煤质量明显下降,粘结性变差,灰分和硫含量上升,对焦炭质量产生负面影响,这正是采用成型煤技术,多配入低灰分粘结性差一点的煤炼焦的好时机,有利于降低焦炭灰分,并保持强度。对于大型和特大型高炉,对配煤粘结性要求较高的企业,应考虑配加优质不粘煤,既可以针对性的改善焦炭质量,又可以节省炼焦煤资源。我国宝钢从一期开始到三期炼焦都配备了配型煤设施,一直应用至今。型煤配入量15%-30%,炼出的焦炭完全满足5000m3级高炉炼铁的要求,建议国内顶装炼焦炉的企业尽快学习掌握这项技术并应用于生产。

推广兰炭在高炉炼铁中的应用

随着优质炼焦煤及高炉喷吹用煤资源的减少,兰炭的开发利用是一条重要的途经。我国有丰富的兰炭资源,作为低阶煤低温干馏的产品,根据粒径不同分为大块、中块、小块和粉状兰炭。过去兰炭主要作为铁合金、化肥、电石等行业的燃料及还原剂,也是生产活性炭等化工产品的原料。考虑到兰炭具有三高四低的特点:固定碳高、化学活性高、比电阻高,灰分低、铝低、硫低、磷低。尤其是价格比较便宜,将兰炭应用于炼铁过程可以降低铁水成本。有研究表明,与冶金焦相比,块状兰炭固定碳含量低约 2%-7%,挥发分含量高约 6%,灰分低约0-8%,S 含量低约 0.4%,块状兰

炭基本成分符合高炉入炉标准,有害元素含量较低;粉状兰炭气化反应速率明显高于焦粉,兰炭起始反应温度和剧烈反应温度远低于焦炭,兰炭与二氧化碳有较强的结合能力。大量研究和工业试验证实,兰炭可部分替代焦粉作为烧结燃料,也可作为高炉喷吹燃料。

镁质球团生产技术

我国高炉炼铁使用的进口铁矿石主要是东半球的Al2O3高的赤铁矿,造成高炉炉渣中的Al2O3高达15%,有的甚至超过16%,为使高铝渣性能稳定,达到高炉炼铁要求的粘度,并有利于脱硫和排碱,而且就我国目前高炉炼铁的原燃料条件,高炉渣中的MgO应控制在6%-11%,最好在6%-8%,炉渣中MgO/ Al2O3比在0.5-0.65,甚至更低,因此,需要在含铁炉料中配加一定数量的MgO,通常是在烧结矿生产过程中,将含MgO熔剂加入到烧结混合料中以达到高炉渣要求的MgO含量,这样的方法给生产优质烧结矿增加了困难,主要是MgO在烧结过程中易与Fe3O4反应生成镁磁铁矿(MgO·Fe3O4),阻碍了Fe3O4氧化成Fe2O3,也就阻碍了铁酸钙的生成,造成烧结矿冷强度和还原性变差。据实验测定和高炉实践,烧结矿中MgO质量分数含量增加1%,烧结矿的冷强度就下降3%,还原性降低5%。不仅如此,由于含MgO的矿物多是难熔矿物,它们的形成导致燃耗升高,液相量和流动性变差造成冷强度变差,烧结机产量下降,因此今后还需要进一步研究适宜的MgO 含量及添加方式。科学合理的方法是将MgO添加到球团矿中,这不仅解决了烧结矿生产出现的MgO的不利影响问题,而且改善了酸性氧化球团的冶金性能。用含MgO球团矿与高碱度烧结矿搭配的综合炉料的熔滴性能得到改善,给高炉生产带来好的效果。

建议国内生产球团矿的厂家就自身条件研究镁质球团生产技术,特别是适宜的镁质添加剂和合适的加入量、加入方式等。明确镁质添加剂配加量及类别对造球过程、干燥过程、预热过程及焙烧过程的影响,强化镁质添加剂对球团矿高温冶金性能的影响。

高风温(1280±20℃)技术的推广

风温带入高炉的热量,可以替代燃料在风口前燃烧放出的热量,因此是以自产低热值煤气取得高温的最有效手段。目前,风温带入的热量占高炉冶炼热收入的16%-20%,较低数值(16%)出现在高富氧低燃料比的吨铁风耗少的高炉,高值(20%)则出现在不富氧或低富氧高燃料比的吨铁风耗多的高炉。在现有高炉冶炼条件下,风温提高 100℃可降低燃料比 1.5%-3%(低值适用于风温 1150℃ 以上,高值适用于风温 1000℃ ± 50℃ )。近几年,我国高炉风温已经有了长足的进步,但是发展不平衡,中钢协会员企业的高炉风温平均在1140-1170℃,高的达到1250℃,低的只有1000℃左右,因此,要继续推广1280±20℃的高风温技术。

应当明确现代高炉的热风炉,既要提供高风温,还要延长服务年限,即一代热风炉要为二代高炉服务。因此不能用无节制地提高热风炉拱顶温度来提高风温,推荐的高风温技术是:

1)将高炉煤气和助燃空气双预热后烧炉使拱顶温度维持在热风炉钢壳不被晶间腐蚀,耐材能承受的温度1380±20℃的自动控制烧炉技术。

2)缩小拱顶温度和热风温度的差值到80-100℃的技术。

高炉可视化及其控制技术

高炉内下降炉料和上升煤气之间进行复杂的传热、传质、动量传输以及还原反应、碳素溶损反应等。高炉操作者通过温度、压力、流量和煤气成分等检测数据来判断炉况、操作高炉。为了更加准确地把握高炉信息来指导高炉操作,利用高炉可视化和仿真技术来监测高炉布料和冶炼状况,以指导高炉操作,效果良好。

高炉长寿技术

高炉一代炉役达到15年以上,一代炉役期内每立方米炉容产铁13000-15000吨是我国高炉炼铁工作者奋斗的目标,目前大部分高炉寿命在10年左右,少数高炉达到15年,其中宝钢3号高炉达到19年,进入世界先进行列。总结我国长寿高炉的经验,值得重视和推广的长寿技术如下:

1)选用优质耐材精心筑炉,为高炉长寿打下良好基础,宝钢3号高炉寿命达到19年就是实例。高炉选用冷却设备尤其是铜冷却壁或球墨铸铁冷却壁,严格按照国家标准制造、验收和施工。进一步提高耐火材料的质量。近年来部分高炉发生事故就是因为业主为节省投资,购买劣质耐材,或者耐材厂以次充好;再加上追求筑炉速度,砌筑质量差,砖缝与耐材之间,耐材与冷却壁之间,冷却壁与炉壳之间的间隙处理不当,给安全生产留下隐患。所以少数高炉寿命只有2-3年,有的甚至不到一年炉缸就漏铁或烧穿,这样的教训应认真反思。

2)开炉投产不宜过快追求达产,应在开炉后冶炼10-20天铸造生铁,使铁水中的石墨碳析出,填入砖缝和筑炉和烘炉产生的间隙,有利于炉底、炉缸保护层的形成。如果急于达产,过早冶炼低硅生铁,不仅碳不饱和的低硅生铁流动性极好,洗刷砖衬,而且还会继续渗碳而溶蚀炭砖,砖缝和间隙还会成为串煤气或铁水的通道而破坏砖衬,同时也不利于炉缸水分蒸发和耐材膨胀。

3)做好精料工作,特别是焦炭质量要保证达到相应炉容的要求,保证到达炉缸中的焦炭(死料柱中的焦炭)有良好的透气性和透液性,以减轻铁水环流对炉缸侧壁炭砖的冲刷和溶蚀,降低形成象脚形侵蚀的程度。还要控制原燃料带入炉内的有害杂质以避免它们破坏砖衬而造成事故。

4)维持与冶炼条件相适应的炉腹煤气量,达到稳产高产。因为盲目追求过高冶炼强度和过高容积利用系数会造成砖衬和冷却壁过早的被侵蚀和烧坏。

5)重视炉前操作,维护好铁口和与高炉炉容相适应的铁口深度。先进高炉的一天出铁次数控制在6-8次,一般高炉的一天出铁次数控制在9次左右。特别要重视出铁速度,大型高炉维持在7-8t/min,中型高炉在5-6t/ min。最好将出铁速度与炉内形成铁水的速度相对应。还应选用优质炮泥,既有利于铁口维护,还可降低炮泥消耗量,先进高炉炮泥消耗量在0.35-0.5kg/t,一般高炉的炮泥消耗量应维持在0.8-0.9kg/t。

6)加强炉缸管理。首先,在建炉时要设置完善的热电偶测温和适当的在线模型,根据热电偶的显示计算热流强度和炉底炉缸砖衬侵蚀变动情况,并规定安全警戒事故值,以便及时处理出现的问题。其次,设置炉缸热状态监测模型,在线显示理论燃烧温度t理,焦炭进入燃烧带的温度te,铁水与炉渣温度及高温热贮备量△Q等确保炉缸活跃。最后,定期用含Ti料进行护炉操作,一般开炉后一年左右首次护炉操作,以后根据炉缸状况按照一定周期重复进行以确保炉缸侧壁有一定的保护层,使侧壁砖衬厚度维持在安全生产的允许范围之内。

铁水炉外预处理技术

我国炼钢用铁水含硫量的考核是以高炉铁水中含硫量来确定的,依据2011年12月颁布的YB/T 5296-2011标准,以[S]≤0.03%为一类,[S]≤0.05%为二类,[S] ≤0.07%为三类。长期以来,国外逐步放开高炉铁水的含硫量,而广泛采用炉外铁水预处理来降低铁水中的含硫量,同时也提高钢的质量。例如瑞典采用炉渣碱度≤1.0冶炼,然后采用炉外铁水脱硫处理,根据炼钢需要控制铁水中的硫含量最低,铁水中含硫≤0.005%,这样降低了高炉脱硫的能耗,也降低了焦比和燃料比。要吸取国内外炉内和炉外两种脱硫流程的实践经验,深入研究它们的经济性,通过综合考量高炉脱硫成本与炉外脱硫成本,寻找最优的铁水含硫量,即高炉铁水含硫应控制在何种水平,炉外脱硫控制在什么水平,实现全流程(炉内和炉外)脱硫综合成本最低。

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