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大渣量冶炼的喷煤技术

生产经验表明,当渣量超过350kg/t时,煤比不宜超过180kg/t;渣量超过300kg/t,煤比不宜超过200kg/t。随着国际市场铁矿石价格的不断上涨,人们不得不考虑低品质铁矿的利用。但随着铁矿品位的下降、高炉冶炼的渣比增加,增加了高炉冶炼难度。
日钢通过深入的技术研究,成功地摸索出一套低成本炉料结构的冶炼技术,其主要特点是:低品位、大渣量、高铝渣。通过2007年、2008年两年的生产实践,日钢采取高风温、大富氧、助燃剂喷吹等技术措施,提高煤粉置换比,降低燃料消耗,突破了大渣量、高煤比、低燃料比冶炼的技术瓶颈。
随着煤比提高、矿焦比增加,焦炭在炉内将承受更大的负荷,同时,风口煤粉燃烧,增加了CO2浓度,加剧了焦炭的气化反应,降低了焦炭强度。因此,高喷煤冶炼提高了对焦炭质量的要求,必然带来焦炭价格的升高。选择适宜的焦炭标准是必要的,可以避免成本浪费,日钢首先建立了完备的焦炭质量评价体系。
超高浓相喷吹时容易发生堵枪、结焦等,甚至烧枪,影响煤-比增加,是制约喷吹的一个关键性问题。为解决喷煤输送问题,日钢将煤粉200目粒级由原60%~70%降至40%~50%,喷吹浓度降至30~40kg/m3,提高喷吹压力,改善输煤流态化效果,实现了.单枪喷煤量达到15t/h,满足了高炉的高煤比需求。
另外,在此基础上,日钢还开发出大渣量、高煤比操作下获得低燃料比的操作技术:一是提高煤粉置换比。炼铁喷煤实践表明,当煤比低于180kg/t时,煤粉风口燃烧率70%~80%;煤比达到200kg/t时,煤粉风口燃烧率60%~70%,说明超过180kg/t部分的煤粉在风口燃烧不超过20%。因此,可以说明改善煤粉燃烧,减少未燃煤粉,是实现高炉高煤比的技术关键。日钢并未走 提高煤粉-200目粒级 的老路子,而是从创新角度着手。
①大富氧。经验表明,高炉富氧在2.5%以内时,随着富氧的进一步提高,燃料比上升,这是在煤比偏低的条件下得出的结论。大富氧与高煤比相结合,当高炉将富氧率提高到3.5%~4.5%时,煤粉置换比提高到0.95~1.05,富氧的效益增加。此外,提高富氧率,有利于理论燃烧温度升高,增加1%富氧率,提高煤比15~20kg/t。
②喷吹助燃剂。日钢高炉率先采用喷吹轻烧白云石等熔剂作为助燃剂,改善煤粉燃烧。助燃剂配比3%~5%,降低燃料比5~8kg/t,同时减少烧结矿中熔剂的配比。
③均喷广喷。限制喷煤量调节幅度、频次,单次调整煤量不超过0.5吨,班调节次数不超过3次,稳定风口前燃烧反应,减少未燃煤粉增加的恶劣影响。
二是高风温。风温是高炉经济且利用率高的能源,是降低燃料比和生铁成本的有效措施之一。自2007年以后,日钢炼铁的平均风温超过1160℃,部分高炉风温已经突破1200℃。日钢16座高炉平均超过1170℃的高风温,是热风炉使用低热值的高炉煤气烧炉实现的。高炉风温之所以能够逐年增高,。原因取决于三个方面:
①送风系统满足高风温供风的要求。
②针对使用高炉煤气烧炉,烧炉技术得到突破。正常烧炉时,采取 两烧两送 的烧炉制度;在煤气压力低于6kPa时,高炉采取 三烧一送 的烧炉制度,延长烧炉时间。针对高炉煤气热值低,率先采用富氧烧炉技术,富氧率0.5%~1%,提高风温30℃~50℃。
③风温使用上推行 全风温 操作。通过提高煤比,抵消了高风温带来的理论燃烧温度增加,稳定了高炉的热制度。热风炉烧炉技术成熟,高炉风温波动小于15℃,在同类高炉中属于先进水平。三是下部制度的调整。日钢高炉加长了风口,增加了风口回旋区的长度,风口长度按照炉缸直径的6%~6.8%选择;斜风口角度由70减为5 ,增加了回旋区面积,减少了煤粉对风口的冲刷;风口面积缩小3%~5%。四是上部制度的调整。高炉调剂要求上下部相适应,下部制度变化必然带来上部制度的变化,以期达到最佳煤气利用率。日钢采取的措施主要有两个方面:
①高顶压操作。高顶压可以有效限制压差,降低炉内煤气的流速,达到减少管道行程,利于炉况顺行,提高煤气利用率,降低燃料比,加大风量,强化高炉冶炼,同时,还可以抑制高炉内SiO2的还原,有利于低硅冶炼。
②多环布料。多环布料是无料钟炉顶设备使用后前沿的技术之一,科学地使用多环布料,比单环布料(或者钟式炉顶)降低燃料比20~30kg/t。多环布料的特点:在炉喉料面形成一个适当的平台和中心漏斗。焦炭平台是根本性的,平台的宽度以接近1/3R为宜。
五是低硅冶炼。日钢采取的主要措施是:稳定操作、活跃炉缸、提高渣碱度、降低硅偏差等。最后通过改进操作,16座高炉的平均硅含量降低到0.39%,同时,降硅时,注意到铁水物理热的变化,特别是2010年,铁水物理热提高到1499℃,实现了真正意义上的低硅冶炼。低硅冶炼,是多环布料技术、选择合理渣相组成、高顶压、高风温、高富氧等技术成功应用后的一个具体体现,是炼铁系统进步后的必然结果。
六是合理配煤。经验表明,煤粉质量对高炉燃料比的影响是综合性的,仅仅追求高热值而忽视成分影响,并不能取得最好效果。工业生产中,往往忽视挥发份对煤粉质量的影响。日钢控制喷煤煤粉挥发份15%~17%,能提高煤气中H2利用率,高煤比后煤气氢含量2.0%~3.0%。
七是煤气在线监控。日钢对高炉煤气利用率实现动态监控,做到炉况变化可预测、调剂效果可视化,是提高高炉操作水平的一项重要技术进步。
大渣量高煤比条件下的低燃料比冶炼技术,是一项综合技术,日钢全面把它运用于高炉生产,取得业内瞩目的成绩,2007年~2010年6月炼铁主要经济技术指标如表9所示,渣量超过380kg/t以上,煤比已经达到187~188kg/t,燃料比低于540kg/t,年均工序能耗低于400kgce/t。其中,全澳大利亚煤喷吹、喷吹助燃剂、富氧烧炉均属率先使用的技术,多环布料的运用在同行业处于领先水平。

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