高炉炼铁技术装备进步.docx
《高炉炼铁技术装备进步.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高炉炼铁技术装备进步.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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2500m3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(INBA法,明特法,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。