高炉炼铁技术装备进步.docx
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高炉炼铁技术装备进步
高炉炼铁技术装备进步
“十五”以来我国炼铁工业处于高速发展阶段，全国生铁产量在以年增长20%左右的比例，2006年达到4.13亿吨，占世界铁产量的47.66%，成为名符其实的产铁大国。
我国在产量高速增长的同时，炼铁工艺、技术、装备也取得了较大进展，在一些领域中已达到或接近国际先进水平。
我国高炉炼铁技术装备已基本可以立足于国内，并开始有部分出口。
设备的制造成本要比国外同类型设备价格上要低40%左右，具有一定的竞争力。
2007年全国重点钢铁企业高炉炼铁技术经济指标达到历史最好水平：
燃料比为520kg/t，入炉焦比391kg/t，喷煤比139kg/t，热风温度1125℃，利用系数2.676t/m3·d，休风率1.489%。
高炉炼铁技术指标的影响因素是：
精料技术水平占70%（其中焦炭质量占35%），高炉操作水平占10%，生产管理水平占10%，设备运行占5%，外界因素影响（上、下部工序，运输等）占5%。
现按高炉炼铁，烧结，球团，焦化工序分述其工艺、技术、设备进步情况。
高炉炼铁
高炉炼铁生产方针是：
优质、高产、低耗、长寿。
高炉操作方针是：
四稳一活。
稳定装料制度、送风制度、热制度、造渣制度。
不主张高炉生产创高产、放卫星，努力实现在高水平上的稳定。
一些企业的领导有：
“鞭打快牛”的现象。
就是生产指标好中还要好，不断提出要求高指标。
但是高炉生产的炉型和煤气流希望稳定，才能实现高产、稳产。
为创高指标，就要不断调整各种参数，就难以实现“四稳”。
我主张，高炉炼铁是有条件和阶段论。
要研究在什么样的条件下，才能实现什么样的指标。
高炉处于什么阶段（刚开炉、中期、后期），采用不同的技术措施，实现什么样的指标。
高炉炼铁要讲科学，减少人为主观因素的影响。
不能不讲条件，只要先进指标，这不是用科学发展观炼铁。
当前，我国高炉炼铁存在的最大技术问题，就是原燃料质量不稳定，造成高炉生产难以稳定。
“一活”是指炉缸活跃。
评价炉缸活跃的指标是：
一是高炉鼓风能否吹透中心料柱（要求风速要高，中心煤气CO2含量要高）。
二是炉缸中心电偶的温度是否比边缘高，一般在500℃左右。
宝钢研究出炉缸活度指数，很有价值。
1、高炉操作技术进步
我国高炉操作技术进入成熟发展阶段。
不同容积的高炉不同原燃料条件下的高炉，均有不同的操作规律。
各炼铁企业均寻找出本企业高炉生产的规律，这是很宝贵的经验。
目前，我国高炉操作技术的主要内容如下：
高压操作技术
高炉高压操作是实现高炉高效化的重要手段。
在炉顶煤气压力小于1.0Kg/cm2以下时，提高顶压0.1Kg/cm2，可以增加产量20%，同时可降低焦比约3～5%，有利于冶炼低硅铁，也有提高TRT发电能力。
其原因是：
顶压提高后，煤气流速变低，有利于煤气的热量传递给炉料，提高矿石的间接还原率，同时也增加鼓风风量。
提高顶压要求鼓风机和送风系统要能适应，高炉煤气压差降低，适当调整操作数据。
2006年我国不同容积高炉顶压情况是：
宝钢4350m3高炉顶压为234KPa，鞍钢3200m3高炉顶压为232KPa，首钢2536m3高炉顶压为196KPa，首钢1726m3高炉顶压为180KPa，
柳钢1080m3高炉顶压为181KPa，柳钢750m3高炉顶压为148KPa，杭钢422m3高炉顶压为134KPa，柳钢380m3高炉顶压为112KPa。
炉顶压力大于120KPa的高炉均应当有TRT装置，回收鼓风动能30%，煤气干法除尘之后TRT发电能力可提高30%。
高炉上TRT是节能降耗的重要手段，属于炼铁工艺设计规范中，强制执行条款。
多年来，我国高炉提高顶压技术进步较快，宝钢有提高要将顶压提到270KPa的计划。
提高煤气利用率，降低燃料消耗
高炉煤气中CO2含量升高0.5%，可降低燃料消耗10Kg/t，降低炼铁工序能耗8.5Kgce/t。
提高炉气利用率的重要手段是要采用无料钟炉顶设备，无料钟炉顶可以实现大矿批、正分装上料，多环布料，中心加焦，定点布料等。
无料钟设备优于钟阀式上料设备，在炼铁界已达共识。
但是各企业在掌握科学布料中均有不同的特点。
个别企业还没有完全掌握无料钟布料的规律。
大矿批条件下，要采取在矿批中加入小块焦，形成一定厚度的焦炭层，称之为“焦窗”作用，提高炉料的透气性和形成稳定的煤气通道。
在变化焦炭负荷时，一般只调整矿批重，而不动“焦窗”。
大矿批要根据炉容不同而定，有着抑制边缘煤气流的作用，有利于高炉长寿，同时可提高煤气中CO2含量。
宝钢4000m3级的高炉，进行科学布料，煤气中CO2含量达到24%左右，入炉焦比降到279Kg/t。
大型高炉的煤气曲线已从喇叭花形过渡到平坦型（类似于燕子飞行形状）。
这时煤气分布基本均匀。
优化装料制度，提高料柱透气性，实现节能
对原燃料实行分级入炉，减少炉料的填充作用，提高料柱的透气性。
不同粒度大小的炉料会有填充作用，使炉料之间的空隙度缩小。
所以对炉料进行分级入炉，对降低压差，节焦有好处。
国外早有文献报导。
武钢7号高炉（3200m3）对大、小烧结矿严格分槽（小烧结矿为5～13mm，比例约为16%～25%），将小粒度烧结矿布在边缘环带之后，大幅度提高了冶炼强度。
将小块焦混入烧结矿之中，可有效地提高烧结矿的透气性，并提高矿石的间接还原度。
中心加焦可提高料柱中心的透气性，有利于活跃炉缸。
大矿批装料，将焦炭料层厚度控制在0.5m左右，大型高炉可达800mm。
有效地提高料柱的透气性，对稳定煤气流起到良好作用。
无料钟设备，一定要实现多环布料，且矿和焦的角度、圈数有所不同，要寻找每座高炉的合理布料规律，促进焦比的降低。
1.3低硅铁冶炼技术
生产低硅铁冶炼的好处是可以降低焦比，提高产量，并对炼铁生产有利（减少炼钢过程中脱Si工作量）。
生铁含Si降低0.1％，可降燃料比4～5Kg/t。
冶炼低硅铁的条件是：
原燃料质量要稳定，高炉生产稳定顺行，选择好适宜的炉渣成分（不要在炉温波动时，出现短渣）。
宝钢3号高炉年产生铁硅量为0.31％，鞍钢10、12号高炉为0.41％，攀钢高炉为0.17％～0.24％，上钢一厂250m3高炉为0.37％，新兴铸管460m3高炉为0.30％，唐钢400m3高炉为0.41％。
1.4走低燃料比，实现高产之路
炼铁学理论上，高炉利用系数＝冶炼强度÷燃料比。
提高利用系数可有两个办法，一是高冶炼强度作业，二是降低燃料比。
目前，我国一些中小高炉是采用大风量，高冶炼强度方法来进行生产。
在高炉设计时就采用大风机。
风机出力与高炉容积比是大于2，甚至到2.5。
风机是处于大马拉小车状态，吨铁风耗在1300～1500m3/t，造成炼铁工序能耗高。
因为燃烧1Kg标煤，要2.5m3风，动力消耗0.85Kg标煤。
宝钢高炉的燃料比为484Kg/t，吨铁风耗在950m3左右。
鼓风机与高炉炉容的比例控制在1.6～1.7。
1.5高炉停炉、开炉优化技术操作
唐钢3200m3高炉将炉体进行预装，为缩短停炉时间，高炉停炉一般采用大风量操作，加快料线下降速度，并且前期对煤气也进行回收，即节能又环保。
这是在科学地进行炉顶打水条件下进行的，要保证炉顶温度高不会对设备有破坏作用，又要防止煤气爆炸。
宝钢、鞍钢、武钢等企业建立了炉缸侵蚀数学模型，准地判断炉缸残铁量，为确定放残铁口位置提供出可靠依据。
新日铁，韩国浦项，宝钢，唐钢等企业均对高炉大修条取炉体分三、四段拆卸，外部预装，用平移运输法，将预制好地炉缸进行安装（约8000吨），整体推移入位，大大缩短了高炉大修工期。
目前，武钢，本钢，宝钢，太钢等企业实现了，高炉开炉快速达产。
科学地调整好开炉料结构，优化开炉送风曲线，把握好炉温降低地进度等。
一批2000m3以上容积的高炉用10天左右时间，使高炉生产达到设计能力。
武钢3200m3高炉用4天时间达产，创造出国际先进水平。
1.6稳定炉缸渣铁液面，提高出铁时间
为保证高炉内煤气流稳定，要稳定炉缸渣铁液面，就需要提高出铁时间，控制铁流速度。
一些大型高炉有多个铁口，可实现轮流出铁。
总体出铁时间要占日作业的80%以上。
同时也要控制好出铁速度（一般为4－8吨/分钟），不希望铁流太大，以减少出现炉缸内铁水环流现象，达到炉缸可以长寿的目标。
为此，要加强对铁口的维护工作。
使用无水炮泥，控好铁口深度和开铁口角度，优化堵铁口打泥量。
炉前工的操作也要实现标准化、规范化的工作。
铁口角度要随着生产年限而逐步增加，由开炉时2°左右升到15°。
2.热风炉
热风炉高炉带入的热量占高炉输入总热量的16%－19%，是个廉价的能源，应充分加以利用。
从设计上讲，要求热风炉能够提供1200℃以上的高风温。
实现高风温的条件是:
（1）炉顶要用耐高温的硅砖，能实现顶温在1450℃－1480℃的温度。
要求烧炉和送风的温差要小于200℃。
（2）送风系统要能够承受1200℃以上风温。
特别是热风阀要选择好。
在围管、火管、弯头等内衬要选优质耐火材料。
（3）送风制度要科学，一般控制在一个小时左右换一次炉，不要使热风炉炉顶温度波动太大（在100－150℃）。
（4）采用空气和煤气双预热技术，充分利用好低热值的高炉煤气。
建议2000m3以上容积高炉采用外然式热风炉，对热风炉长寿有利，又可确保高风温。
近年来，石球热风炉技术得到发展，已在1000m3级高炉上应用，可以实现高风温，投资低。
石球为特种耐火材料，不同部位使用不同材质的石球，延长了石球的寿命。
目前，我国已有多种形式的热风炉，且均能实现高风温。
每种形式的热风炉均有各自的特点。
在设计时，要发挥各自的优势。
3.高炉喷煤
高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外炼铁技术发展的大趋势。
提高喷煤比不但有降低炼铁成本（喷1吨煤粉代替焦炭，可获利500元左右）的好处，还可以缓解我国主焦煤短缺，又减少了炼焦过程的环境污染。
多喷煤还有实现炼铁系统结构节能的效果。
焦化工序能耗为132kg/t，喷煤工序能耗为20－35kg/t。
喷1吨煤粉，就可以减少炼铁系统100kg/t左右的能耗。
我国高炉喷煤工艺、技术、装备水平均达到国际水平。
宝钢、太钢、鞍钢、首钢、武钢高炉均有高喷比的纪录，承德、长治、唐钢、石钢、凌钢等企业的中小高炉也有较高喷煤比的纪录。
2007年上半年，全国重点钢铁企业喷煤比为138kg/t，宝钢达到媒比200kg/t，长治达到199kg/t，武钢为176kg/t，石钢为167kg/t。
高炉喷煤比小于130kg/t是，可以不富氧。
富氧超过7%，在经济上是不合算的。
我主张，给高炉配备专业变压吸附制氧设备。
含氧量在85%以上就可以了。
变压吸附制氧电耗低（0.3kwh/m3）启动停止灵活，供氧稳定。
高喷煤比的技术要求是：
渣量要低（300kg/t左右），风温要高（大于1200℃），可少量富氧（＜5%），进行脱湿鼓风（湿度＜6%），高炉生产稳定顺行,进行均匀喷吹（每个风口均喷煤，且分配器要放在炉身上部），优选煤种（灰分低、可磨性好、流动性好、燃烧率高等）。
烟煤与无烟煤混喷可提高喷煤比。
4.高炉长寿技术
高炉长寿技术是个系统工程。
其内容包括：
选用优质耐火材料，砌筑质量好；热风炉和高炉结构均要优化；高炉操作采取控制边缘煤气流发展的方针；加强对炉体的监控和维护；在炉缸采用综合炉底结构或使用高导热性的小块炭砖；在软熔带采用铜冷却壁，冷却用软水密闭式循环，控制好水温和水质等。
高炉应从投产时就对炉体进行维护，建立必要的监控设施，主要是掌握水温差变化。
炉底要控制好1150℃等温线（是铁水凝固温度线）要远离炉基和炉壳。
风冷炉底温度250～280℃，水冷炉底在100℃以下，自然热风炉低<400℃。
出现危险征兆要采取灌浆、喷补、插入冷却棒或进行含炉料护炉（铁水含钛在0.08～0.1％以上）
中小高炉采取大风量、高冶炼强度的操作方针，必然是使煤气流边缘过分发展。
这对于高炉长寿是十分不利的。
目前，我国大型高炉寿命在逐年提高，宝钢、攀钢等企业已有14年以上记录。
修订的炼铁工艺设计规范种要求新建和大修的高炉寿命均要超过15年。
衡量高炉长寿的指标除生产年限外，还应有一代炉龄，每立方米容积的产铁量多少。
一般要求在1万顿以上，先进水平有达到一万七千吨的记录。
5.高炉生产中的几个技术问题
5.1矿石中含有Al2O3高，造成炉渣粘，脱硫效率降低
目前，我国进口矿的比例在逐年提高。
2006年进口矿占总用矿比例已达到53％。
进口矿中含Al2O3高，对高炉生产造成负面影响。
采取的办法是在烧结生产中配加白云石。
在炉渣中，正常生产时MgO含量在7～8％为宜。
在Al2O3含量超过15％时，要使MgO含量升高，以提高高炉炉渣流动性能。
当前，一些企业进口巴西南部的铁矿，配矿比在大于30％时出现烧结粉末增多，转鼓强度下降，高炉生产顺行不好。
为此建议要控制巴西矿的配矿比小于20％为宜。
钢铁企业要重视配矿技术开发。
用煤岩学来指导炼焦配煤，用混合矿后的冶金性能为基准进行优化烧结和球团的生产。
5.2重视利用企业内部含铁尘泥造成的K、Na、Zn、Pb等有害物质的富集，对于高炉生产的负面影响。
建议注意焦炭灰分中的K、Na含量，要求K2O+Na2O<2.0%。
这是K、Na的主要来源。
企业内部的含铁尘泥中有K、Na，最好采取预处理工艺。
采用转底炉、竖炉等进行焙烧、脱除K、Na后在用于烧结、球团生产。
甚至可以采取控制K、Na进入总量的方法。
对含量过高的尘泥进行外销。
长期使用含Pb的矿石，高炉在设计上应有排Pb设施，定期进行高炉排Pb工作，以减少对耐火砖的破坏。
5.3优化炉渣处理工艺，降低水耗，提升价值
大多数炼铁厂的炉渣采用水冲渣法。
有（NBA法，明炼法，拉萨法，螺旋输送法和转轮炉渣粒化法等）。
采用高压磨辊，可以将矿渣进行细磨（其粒度达到30μm，比例在80％以上），称为矿渣微粉。
将炉渣微粉配到混凝土中，可以有效的提高混凝土的强度、耐久性、改善流动性和施工性能，同时可大大提高了高炉渣的价值。
宝钢、鞍钢、包钢、唐钢、首钢、武钢等40多个企业均已生产矿渣微粉。
现全国矿渣微粉的年产量在2000万吨以上，并有出口。
二、烧结生产技术
2007年前三季度，烧结矿质量见下表
行业平均
宝钢
首钢
太钢
武钢
鞍钢
通钢
唐钢
济钢
含铁品位％
55.67
58.20
56.62
58.41
57.47
57.47
53.69
56.26
55.79
转鼓％
76.07
75.59
78.36
75.73
77.71
79.50
75.40
80.78
78.25
碱度
1.946
1.87
2.058
1.808
1.810
2.169
2.598
2.008
2.191
固体燃耗Kg/t
53
52
44
47
53
52
65
56
46
1优化配矿
通过有关软件进行计算，烧结杯试验，要事先知道在什么配矿条件下，烧结矿的性能如何。
首先要保证有稳定供应来源。
不能随意配矿。
要把握住烧结矿的冶金性能。
如还原性不能低于62％，荷重软化温度不低于1300℃，转鼓指数>70％，筛分指数（<5mm）等。
要呼吁钢铁企业建立原料场，使原料种类供应齐全，有保障；有混均设备，减少原料成分的波动。
2强化制粒
目前，矿石粒度要<8mm，大块的要筛除，再破碎，焦粉<3mm。
采用活性石灰要采用消化器，以利于粒度均匀。
现在对一次混合，二次混合圆筒有加长的趋势，延长混合时间（两次混合约9分钟），筒内设逆向导板，优化供水（含水在6%－10%）。
在造小球时，采取燃料分加，添加一些优质的添加剂。
3偏析布料原料层
将大颗粒度料布到烧结料层的下部，细粒的料布在上层，对于烧结生产节能，提高质量，提高产量有利。
烧结厚料层已是大趋势，130m2以上烧结机料层可达500－650mm，厚料层烧结已是成熟技术。
其前提要求对细精矿粉造球，进行强力混均（料的填充率在15%左右）使烧结料的透气性提高，同时有节能效果。
料层厚度增加10mm，可降低固体燃耗1－3kg/t，FeO含量较低0.22－0.5%。
烧结矿中FeO含量1%，高炉焦比下降1%－1.5%，一般控制在8%左右。
4烧结机主要参数
烧结机类型
130m2
180m2
265m2
300m2
450m2
有效烧结长度，mm
52
60
75.75
75
90
台车数量，台
139
156
129
128
90
料层厚度，mm
500
500
500
550
630
运行速度，m/min
1.3－3.9
1.5－4.5
2.06－6.18
1.7－5.1
－2.5
减少烧结机漏风，采用耐高温橡胶滑动板
三．焦炭生产技术
1．高炉炼铁对焦炭质量的要求
不同容积的高炉对焦炭质量要求不一样。
大高炉焦炭质量应当好于中小高炉。
因为大高炉的料柱高，炉料压缩比在12.5%左右，造成大高炉炉料透气性变差。
因此，要求焦炭质量应比较高。
有不同容积高炉的企业，应将优质焦炭供给大高炉。
大高炉会给生产者好的回报。
对于2000m3以上容积的高炉所用焦炭，希望要有焦炭热性能的要求。
如反应后强度（CSR）要大于62%，反应性指数（CRI）≤25%。
不同容积高炉对焦炭要求见下表：
1000
2000
3000
4000
5000
M40，%
≥76
≥78
≥80
≥84
≥85
M10，%
≤8.5
≤8.0
≤7.5
≤7.0
≤6.5
CSR，%
≥58
≥60
≥62
≥64
≥66
CRI，%
≤28
≤26
≤25
≤25
≤25
灰份，%
≤13
≤13
≤12.5
≤12.0
≤12
硫份，%
≤0.7
≤0.7
≤0.65
≤0.60
≤0.6
焦炭灰份中K2O+Na2O含量要小于3.0%，最好控制在2.0%以下。
因为K、Na对焦炭热性能的破坏作用十分大。
主要是导致裂纹，破碎，高反应性等。
2．提高焦炭质量的技术措施
我国主焦煤短缺，且价格贵，炼焦不能完全凭增配主焦煤的办法未提高焦炭质量。
其它提高焦炭质量的办法如下：
1）建立稳定的煤炭供应基地，使炼焦配煤不发生大的波动；
2）采用煤岩学的理论，进行优化配煤；
3）优化煤的粉碎工艺，对硬质煤要进行细粉碎。
炼焦煤的粒度要小于3mm粒级的比例在77%－82%。
采用风选煤，脱除煤中的石。
4）进行煤调湿，将水份控制在6%左右，装炉煤密度可提高4%－5%。
煤进行捣固
经捣固的煤，密度可达950～1150kg/m3，可使焦炭M40提高3%左右，M10降低2%～4%，CSR提高1%～6%。
延长结焦时间的闷炉
一般结焦时间要大于15小时。
如再进行闷炉1小时，可使M40升高1%。
干熄焦
采用干法熄焦，M40提高3%～8%，M10降低0.3～0.8%，干熄焦可降低工序能耗68kgce/t。
对焦炭喷洒CaCl2可减少焦炭破碎、风化，但对高炉煤气管道有腐蚀作用。
3.焦炭质量对高炉炼铁指标影响
焦炭质量变化
燃料比
生铁产量
高炉系数
灰分+1.0%
+1%～2%
-2%～3%
-2.7%～2.9%
硫份+0.1%
+1.0%～3.0%
-2%～5%
水份+1.0%
+1.1%～1.3%
-2%～5%
M40+1.0%
-5.5kg/t
+0.04
M10-0.2%
-7kg/t
+0.05
四球团生产技术
我国2006年生产球团矿7634.95万吨，年能力达到1亿吨以上。
链篦机—回转窑法生产球团产量占全国球团总产量57.55%，而竖炉为39.83%，带式机为3.4%。
我们主张要大力发展链篦机—回转窑工艺技术和带式焙烧机工艺技术。
建议要逐步淘汰落后的竖炉。
因为竖炉生产的球团质量不均匀，抗压强度低，且工序能耗高。
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