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韶钢1050m3高炉合理煤气流分布研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-10-21  作者:陈生利1 余骏1 谢紫峰2 秦跃林2  浏览次数:1089
 
核心提示:摘要:针对高炉煤气利用率偏低且波动较大的生产现实,开展了煤气初始分布、煤气二次分布、煤气三次分布的系统性研究,重新建立了各类工艺参数的控制标准,并且采用加废钢调节煤气流技术。项目实施后,入炉生矿比例提高到25%以上,月滑料频次减少70%以上,煤气利用率提高到47%以上,实现了高炉煤气分布长期稳定合理,各项经济技术指标到达国内同类型高炉中的最高水平。 关键词:高炉;鼓风;煤气流分布;布料
 韶钢1050m3高炉合理煤气流分布研究

陈生利1 余骏1 谢紫峰2 秦跃林2

(1.广东韶关钢铁公司;2.重庆科技学院)

摘要:针对高炉煤气利用率偏低且波动较大的生产现实,开展了煤气初始分布、煤气二次分布、煤气三次分布的系统性研究,重新建立了各类工艺参数的控制标准,并且采用加废钢调节煤气流技术。项目实施后,入炉生矿比例提高到25%以上,月滑料频次减少70%以上,煤气利用率提高到47%以上,实现了高炉煤气分布长期稳定合理,各项经济技术指标到达国内同类型高炉中的最高水平。

关键词:高炉;鼓风;煤气流分布;布料

1 概述

从2017年的生产指标来看,高炉大富氧后,高炉煤气流分布还未达到最佳状态,高炉煤气利用率平均只有46.34%,煤气利用率偏低且波动区间大,影响高炉燃料消耗,制约炼铁生产成本。

从2017年的生产统计可以得到,因炉内煤气流稳定性不足,炉内滑料现象多,平均每月炉内滑料30次,每次滑料增加焦炭消耗1吨,造成每年的直接经济损失36万元。

本项目在生产实践中对高炉布料制度与送风制度进行研究,以高炉鼓风动能、风速、边缘指数、中心指数为基础参数建立高炉炉况顺行标准,提高高炉煤气利用率,达到降低高炉燃料消耗的目的。

期项目完成后,高炉送风制度,布料制度更加合理,炉内煤气流稳定性提高,高炉抗波动能力增强,高炉煤气利用率提高至47%以上。

2 研究思路

(1)阶段性目标完成情况跟踪

第一阶段:高炉上部布料制度对煤气流分布的影响研究。通过研究得出了最佳布料制定,包括矿焦角度、角差、布料档位等。此阶段按计划完成。

第二阶段:高炉下部送风制度对煤气流分布的影响研究。通过研究,得出最合理的风口布局分布模型。此阶段按计划完成。

第三阶段:合理高炉边缘、中心指数,合理鼓风动能、风速的确定。相关工艺参数标准通过研究已经确定且操作上均按标准执行。此阶段按计划完成。

第四阶段:优化高炉炉内煤气流分布,实现高炉煤气利用率提高。本阶段开展的项目,对炉内料面形状的检验未完成,因项目开展过程中发明的测料面装置在2019年4月份才到现场,对料面参数的测量验证工作推迟至6月份才完成。

(2)项目开展的主要步骤

利用2018年的6次休风机会,对送风制度,包括:风口布置、风口面积、风口角度、风口长度进行探索调节,结合生产实际跟踪分析风口布置对高炉圆周煤气分布的影响规律;分析送风面积对风速、鼓风动能的影响关系;分析风口回旋区的形成机理;分析风口长度对中心气流与边缘气流的影响关系。通过对上部布料制度制定,包括:布料角度、布料环数,布料时间等,分析出高炉煤气第三次分布机理。分析高炉炉身静压变化特点;分析炉腰、炉腹各层冷却壁水温差及热负荷变化规律,分析炉腹煤气指数变化特点,得出高炉软熔带形成机理与位置变化规律,得出高炉煤气流第二次分布形成原理,最终制定出高炉煤气流分布重要措施。

(二)需解决的问题(要求与项目立项申请表一致)

通过现场实践研究,选择最佳及最有利于高炉稳定的送风制度与布料制度,降低高炉压差,减少炉况波动次数,减少高炉崩滑料次数,提高煤气利用率,实现降低高炉冶炼成本。

(三)采用的方法、技术路线以及工艺流程(此部分内容是报告的核心部分,也是项目最有理论和实际价值及供企业内成果共享、后续研究的基础,要求实事求是地认真撰写,并体现研究的实质及核心成果,如:实验室试验和工业试验、工业性试制、用户技术服务和用户使用跟踪情况、分析和结论、模型开发的源程序及代码等。要求要有理论分析做支持,有具体内容和必要的实验数据,)

3 研究与分析

3.1  采用的工艺技术路线及流程

图片1+

3.2  主要研究的内容

(1)高炉炉内初始煤气分布的研究

u 高炉内型结构参数

6号高炉内型尺寸设计特点是针对有效容积1050m³高炉采用了薄炉衬设计,炉缸安全容铁系数为0.6,炉缸容积系数为0.6,炉缸的安全容铁量为262.1吨。

u 高炉风口布局

2016~2017年,韶钢1050m³高炉逐步实施了提产能攻关活动,日产量由最初的2800吨,逐步提升到2017年度的3000吨。此阶段高炉20个风口全部送风,入炉全风量2300m³/min,富氧2000m³/h,进风面积0.2144㎡,标准风速170米/s,实际风速220米/s,鼓风动能65kg∙m²/S²。高炉整体走料顺畅但滑料现象频繁,平均每天出现1次以上。

2018年初,在1050m³高炉开展强化冶炼攻关,项目组成员考察了国内同类型先进高炉风口布局情况,认为韶钢1050m³高炉进风面积偏大,随后逐步开始调整进风面积。

2018年3月22日,利用休风会,将风口布局进行调整,进风面积由0.2144㎡缩小至0.2013㎡。经过一段时间的应用,高炉风速与鼓风动能均得到提高。确立了高炉送风制度标准:进风面积:0.2107平方米;标准风速:>180(m/s);风口角度:斜5°;风口长度:500mm;鼓风动能:>70kg∙m²/S²;中心温度:400~600℃;透气性指数:95~105;标准风量:2300~2350m³/min。

送风制度确定后,高炉炉内工艺参数更加合理,鼓风动能逐步得到提高,为打通中心气流创造了条件。

(2)高炉第二次煤气分布研究

u 炉体热负荷分布及变化规律研究

对2016年至2018年高温区热负荷进行跟踪研究,通过调整初始煤气分布,中心气流打通后,边缘气流稳定性增强。从2018年4月份开始,高温区热负荷逐步稳定。

u 软熔带煤气分布特点研究

块状带:在高炉的上部,保持固体层状逐渐下降,层状逐渐趋于平坦,厚度变薄。主要特征:焦与炭呈交替分布层状,皆为固体状态。主要反应:矿石的间接还原、碳酸盐分解[1]~[5]

图片1 

图1  图示软熔带煤气分布

软熔带:炉料在下降过程中温度达到900。C以上并在重力作用下开始软化并逐步呈熔融状态,这个过程形成了软熔区,两个软熔层之间是焦炭层,多个软熔层和焦炭层构成软熔带。主要特征:矿石呈软熔状,对煤气阻力大。主要反应:矿石的直接还原、渗碳和焦炭的气化反应。

u 软熔带煤气分布影响因素研究

通过热态模型试验发现(杨永宜),当装料制度和风口面积不变时,随着风量的增加,软熔带从V型或M型向W型和倒V型转变,当风量增加到一定水平后,均出现倒V型软熔带,且整体升高,中心顶部层数增加。

当风量和装料制度不变时,随着风口直径的缩小,即风速的增大,软熔带从V型向W型和倒V型转变。

当风量和装料制度不变时,随着风口直径的缩小,即风速的增大,软熔带从V型向W型和倒V型转变。

当风量较大,软熔带为倒V型时,改变风口直径不影响软熔带的形状,只影响软熔带根部的位置和软熔带整体高度。

(3)高炉第三次煤气分布研究

u 高炉布料模型设计

借鉴国内成熟的布料方程理论,根据韶钢高炉的特点,自行设计了高炉布料模型以及布料方程式。

韶钢1050m³高炉布料参数计算:

表1 高炉布料参数及计算

参数设定

摩擦系数(μ)

0.53

溜槽长度(L0)

2.61

溜槽倾动距(е)

L

溜槽转速(ω)

0.1333

料线高差(h2)

0.875

料线深度(h1)

1.5

布料角度(α)

42

炉料落程(h)

2.375

布料溜槽角度(β)

48

sinβ

0.7431

cosβ

0.6691

tanβ

1.1106

 

高炉布料参数计算结果:

表2 各角度对应档位前面积统计表

β

44

46

49.5

51.5

53.6

55.9

58.5

61.5

63

62

64

sinβ

0.6947

0.7193

0.7604

0.7826

0.8049

0.8281

0.8526

0.8788

0.8910

0.8829

0.8988

cosβ

0.7193

0.6947

0.6494

0.6225

0.5934

0.5606

0.5225

0.4772

0.4540

0.4695

0.4384

tanβ

0.9657

1.0355

1.1708

1.2572

1.3564

1.4770

1.6319

1.8418

1.9626

1.8807

2.0503

C1

3.4050

3.4853

3.5699

3.5838

3.5677

3.5081

3.3749

3.1017

2.8956

3.0393

2.7215

Lx

1.2393

1.1885

1.0870

1.0237

0.9543

0.8750

0.7811

0.6648

0.6011

0.6441

0.5552

档位

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

α

46

44

40.5

38.5

36.4

34.1

31.5

28.5

27

28

26

n

2.47

2.33

2.05

1.89

1.72

1.53

1.31

1.04

0.90

0.99

0.81

3-n

0.53

0.67

0.95

1.11

1.28

1.47

1.69

1.96

2.10

2.01

2.19

档位区间面积

 

 

1.995

1.958

1.966

1.981

1.956

0.845

-0.553

1.067

2.041

 

计算结果:

l 炉料在溜槽末端的速度C1:

C12=2g*(l0-etanβ)(sinβ-μcosβ)+4π2ω2(l0- etanβ)2cosβ(cosβ+μsinβ)=12.55

C1=3.5426

l 槽有效长度La

La=l0- e*tanβ=1.4994

l 炉料离开溜槽末端后,在xy平面上的x方向的投影Lx

Tan2β+(2*(Q-P)/mC12* cos2β[l0(1- sinβ)- ecosβ+h])=9.5305

Lx=1.1322

l 堆尖距高炉中心线的水平距离n:

n2=(l0*cosβ-e*sinβ2+2*(10* cosβ- e*sinβ)Lx+[1+4π2ω2*(l0-etanβ2/C12]Lx2

=4.7211

n=2.1728

u 合理料制调整研究

从2017年的基本料制优化为2018年标准料制。结论:矿石最大角度控制由41.5°调整到40°,焦炭最大角度控制在42°调整到39.5°,确定较适宜角差是0.5°较适宜。矿批34吨做微调,按重量布料法布料,制定料流阀开度52/54区间微调整策略。

u 料面形状优化研究

通过不断优化布料制度与送风制度,同时借鉴高炉造渣制度先进经验,料面形状发展为平台加中心漏斗型。建议:如6号高炉进一步强化冶炼,料柱模型将由倒V型逐步发展为倒U型,因此不易长期超过2400m³/min的风量。

图片2 

图2  休风拍摄料面形状图(22/3/2018)

图片3 

图3  休风料面平台加中心漏斗型形状(7/8/2018)

通过不断优化布料制度与送风制度,同时借鉴高炉造渣制度先进经验,料面形状发展为平台加中心漏斗型。建议:如6号高炉进一步强化冶炼,料柱模型将由倒V型逐步发展为倒U型,因此不易长期超过2400m³/min的风量。

(4)各类工艺参数标准建立

通过项目开展,建立了1050m³高炉工艺参数控制标准模型,此系统理论原理及实现的功能,目前已经对接到智慧中心操作系统。

(5)加废钢冶炼过程煤气流调节

在韶钢1050m³高炉加废钢冶炼,随着高炉废钢加入量的提高,高炉铁水产量得到大幅度提搞,同时高炉煤气流分布和高炉燃料消耗发生较大变化,项目组针对煤气流发生的变化情况,对布料参数做了相应的调整。

加废钢前高炉风量维持在2300-2400m3/min,风压在290-310Kpa。高炉加废钢后,风量维持在2200-2400m3/min,风压在280-305Kpa,风压小幅度下降,风量、风压整体波动加大。主要是加废钢后高炉产量提升,炉前是间隔出铁,出铁前高炉炉内渣铁较多,风压上升所致。

加废钢后,前期高炉将废钢装在每批料的第一车,高炉布料时相应将废钢布在料面的边沿。经过两周的观察研究,项目组成员讨论确定,将布料角度整体缩小。

高炉布料料制调整后,中、后期废钢装在第2、3车,相应废钢往料面的中心布,边沿温度呈明显下降趋势。

4 应用与结论

(1)将研究结论应用于高炉生产,煤气利用率提高到47%以上,2018年对比2017年提高0.52%、2019年1-6月对比2018年提高0.41%,高炉经济技术指标得到改善。

(2)高炉滑料频次大幅度降低,由项目开展前的30次/月降低至8次/月。

(3)通过本项目的开展,韶钢1050m³高炉煤气流更加稳定,为提高入炉生矿比创造了条件,从2018年开始,高炉入炉生矿比例逐步提升,至2019年6月,入炉生矿比例提高至25%以上,最高达30%,在国内同类型高炉中处于最高水平。

参考文献

[1] 杨永宜. 高炉内煤气分布和炉料运动研究的新进展[J]. 炼铁,1983(1):9-16

[2] 赵华涛,杜屏等. 沙钢5800m3高炉合理煤气流分布的探索[J]. 炼铁,2016,36(05):31-34

[3] 鲁 俭,李宏伟等. 首钢京唐1#高炉合理煤气分布控制措施[J]. 河北冶金,2018,(01):45-50

[4] 项钟庸,王筱留等.高炉设计-炼铁工艺设计理论与实践[M].北京: 冶金工业出版社

[5] 刘云彩.高炉布料规律[M].第四版.北京: 冶金工业出版社

 

 
 
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