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中新钢铁2050高炉高比例捣固焦生产实践

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-10-11  作者:李国胜  浏览次数:3521
 
核心提示:摘要:中新钢铁2050m³高炉2022年1月份采用全顶装焦开炉,开炉顺利达产。迫于钢铁形势倒逼,生产成本压力,开炉稳定后,高炉逐步减少顶装焦配比,增加一级捣固焦、准一级捣固焦配比。通过精细化管理、设备稳定保证、平台漏斗布料模式调整,到2022年10月份,高炉焦炭结构成功调整为20%+顶装焦+70%一级捣固焦+10%准一级捣固焦,高炉生产稳定,顺行良好,燃料比成功控制在510kg/t左右。
 中新钢铁2050高炉高比例捣固焦生产实践

李国胜

(江苏中新钢铁集团炼铁厂)

摘要:中新钢铁2050m³高炉2022年1月份采用全顶装焦开炉,开炉顺利达产。迫于钢铁形势倒逼,生产成本压力,开炉稳定后,高炉逐步减少顶装焦配比,增加一级捣固焦、准一级捣固焦配比。通过精细化管理、设备稳定保证、平台漏斗布料模式调整,到2022年10月份,高炉焦炭结构成功调整为20%+顶装焦+70%一级捣固焦+10%准一级捣固焦,高炉生产稳定,顺行良好,燃料比成功控制在510kg/t左右。

0  概述

中新钢铁2050高炉采用框架式结构。本体采用全冷却壁结构,从炉底开始到炉喉钢砖共15段冷却壁。炉底炉缸区域(风口区以下第 1~3 段)采用光面低铬铸铁冷却壁,风口区(第 4 段)采用光面球墨铸铁冷却壁。炉腹、炉腰和炉身下部高热负荷区域(第 5~9 段)轧制铜冷却壁,炉身中部和中上部区域(第 10~14 段)采用镶砖球墨铸铁冷却壁,炉身上部区域(第 15 段)采用倒扣镶砖球墨铸铁冷却壁,全炉采用全软水密闭冷却方式。炉顶采用PW型串罐式旋转溜槽布料方式。配备AV71-16风机,风机采用BPRT系统。高炉设计铁口2个,风口26个。

大高炉因其料柱高,有效重量大,对焦炭的强度要求严格,包括机械强度和热强度,对于热强度的要求更加严格。焦炭在高炉内的骨架作用是其他燃料不可代替,也是无法代替的,基于顶装焦和捣固焦的本质区别,目前中大型高炉顶装焦一般都在50%以上甚至100%顶装焦来保证高炉的透气性、透液性,以确保高炉的稳定顺行。中新钢铁2050m³高炉成功打破常规,将捣固焦配比提升至80%,高炉稳定顺行,成本指标受控。本文从顶装焦与捣固焦区别、原料把控、筛分管理、装料制度、热制度与造渣制度、送风制度、出铁管理几个方面分享经验。

1  顶装焦与捣固焦性能对比

由于制焦工艺的差异及配煤煤种的不同,顶装焦与捣固焦在物理性能、机械性能、热性能方面存在本质差异。一、捣固焦密度大于顶装焦密度,捣固焦密度能够达到0.7t/m³,密度增大将影响焦层厚度,延长高炉冶炼周期。二、自然条件下捣固焦的粒度一般好于顶装焦,但因其反应后气孔率明显高于顶装焦,机械强度在600-1100℃区间已经遭到破坏,块状带内粒度变小厉害,粉末增多。三、捣固焦抗碱能力低,在高炉内碱性氧化物的作用下,捣固焦反应性将大幅提高,焦炭气孔率增加,反应后强度变差。实验内做出的关于捣固焦的热性能指标在高炉实际生产过程中可信度不高。

2  原燃料质量的控制

(1)由于捣固焦机械强度在炉身上部600-1000℃区域因反应性问题而遭到被破坏,将引起块状带压差升高,另一方进入软熔带形成焦窗的粒度变小,粉末增加,直接影响软熔带透气性,造成上部压差升高。因捣固焦反应后强度降低,影响料柱的骨架作用,影响滴落带的透气性、透液性,造成下部下差升高。所以原料要求高品位,综合入炉品位控制在57%以上,渣量在340kg/t以下,降低滴落带及炉缸压力,保证下部压差升高幅度甚至不升高;粒度方面减小粒度极差,确保粒度均匀,烧结转鼓控制在76%以上,球团矿转鼓指标控制在95%以上,提高块状带透气性,降低捣固焦的负面影响。

(2)捣固焦因其制焦工艺的原因,抗碱能力低,在高炉内碱性氧化物的作用下,捣固焦反应性将大幅提高,焦炭气孔率增加,反应后强度变差。控制碱金属入炉含量,降低碱金属对焦炭反应性的催化作用是关键点之一,配吃捣固焦之前制定碱金属入炉上限3kg/t。经原料厂核算控制碱金属含量,烧结矿、球团矿生产成本将大幅上升,炼铁重力灰、布袋灰、炼钢污泥配比降低,精粉成份要求严格,采购成本上升。高炉只能选择配吃碱金属含量低的块矿,高炉块矿比例长期保持在18%,高炉入炉碱负荷成功控制在2.5kg/t。2022年9月至2023年3月高炉原料化学成份均值如表1。

 

表1 2022年9月至2023年3月化学成份均值原料化学成份

原料品种

TFe

FeO

CaO

MgO

SiO2

Al2O3

TiO2

K

Na

R2

烧结

55.8

10.15

10.05

2.00

5.51

2.00

0.11

0.030

0.021

1.82

球团

61.12

2.16

0.69

0.45

7.56

0.78

0.15

 

 

 

Pb块

62.39

/

0.01

/

3.38

1

0.07

/

/

 

南非块

61.26

/

0.12

/

8.56

1.05

0.05

/

/

 

表2 2022年9月至2023年原料强度指标均值

原料品种

转鼓

抗磨

烧结矿

77.1%

5.2%

球团矿

96.8%

1.3%

(3)我厂高炉配吃的捣固焦厂家多达5家,配吃的顶装焦厂家多达4家,因不同焦炭厂家焦炭质量存在差异,进厂数量不稳定,分厂家配吃很难实现。为稳定焦炭质量,在料场焦炭采用平铺直取,倒垛配吃的方式提高焦炭质量的稳定性。稳定的焦炭质量能够提高高炉的稳定性,促进高炉指标的优化。焦炭成份及热性能指标如表3:

表3 焦炭成份及热性能指标

焦炭种类

厂家

成份

热性能

外水

灰分

挥发分

固定碳

反应性

反应后强度

顶装焦

鑫天正

0.13

12.70

1.43

85.97

0.70

22-25

63-67

中东

0.93

12.68

1.39

86.00

0.70

22-25

63-67

一级捣固焦

沂州

0.12

12.49

1.45

86.15

0.62

22-26

63-67

盛发

0.17

13.01

1.47

85.57

0.68

22-28

62-65

金益德

0.20

12.9

1.44

85.75

0.69

22-28

62-65

隆百融

0.26

13.03

1.40

85.66

0.71

23-27

59-65

准一级捣固焦

龙兴泰

0.34

12.66

1.45

85.99

0.75

24-28

57-61

3  筛分管理

筛分管理是高炉生产过程中的重要环节之一,高炉的“口粮”合不合高炉的口味,原料质量是一方面,槽下筛分起着极其重要的作用。我厂主要从筛板选型、给料机速度、排料顺序等几个方面控制槽下筛分,保证合格物料进入高炉。烧结采用上6下3.5、上6下4两种型号,上6下4筛板排料顺序排在两头,将其布在料面边缘和中心位置,提高边缘和中心的透气性。块矿采用5*15mm矩形孔高弹性聚氨酯筛板,在保证筛分要求的前提下,减少清筛板工作,降低工人劳动强度。焦炭采用20mm单层筛板,焦丁比35-40kg/t,焦丁与矿同步入炉,焦丁布在料头,改善边缘透气性。各种物料给料速度按照烧结40kg/s,球团40kg/s,焦炭30kg/s,块矿25kg/s控制,控制筛板料层厚度。

4  装料制度

高炉开炉之初确定采用平台+漏斗的布料模式,依据神网测定的布料轨迹初步确定基础布料矩阵,炉喉焦层厚度控制在450-600mm之间,保证焦窗厚度。经过开炉及开炉后1个月的摸索,高炉基础矩阵基本确定,如表4。布料制度的调整本着“稳定焦炭平台,调整矿石平台;稳定角度,调整圈数”这一基本原则,做到稳定焦炭平台,确保漏斗深度,调整矿焦比,使中心、边缘气流合理匹配。

表4

档位

10

9

8

7

6

5

圈数

3

3

2

2

2

2

档位

10

9

8

7

6

 

圈数

3

3

3

2

2

 

逐步增加捣固焦配比过程中,炉况表现为中心气流弱,边缘气流不稳定,风量萎缩,压差升高,炉体水温差升高,冷却壁壁体温度波动大,煤气利用下降且不稳定,炉况稳定性明显变差,顺行区间变窄,偶有气流及难行炉况。分析原因:捣固焦反应后强度低,料柱骨架作用降低,下部透气性、透液性变差,风口回旋区焦炭粒度变小,导致中心气流变差,引起的边缘气流不稳,全压差升高,风量萎缩。调整思路主要为打开中心气流通路,稳定边缘气流。方法一减小中心矿焦比,疏导中心气流;方法二减少内环矿石量,降低矿石的滚动效应;方法三缩小布料平台,同时平台外推,保证漏斗深度。经过不断摸索调整,外环角度外推1°,焦炭、矿石布料平台缩小1°,最终形成基础料制如表5。

表5

档位

11

10

9

8

7

6

圈数

3

3

2

2

2

1

档位

11

10

9

8

7

 

圈数

3

3

3

2

1

 

5  热制度与造渣制度

逐步提高捣固焦配比过程,物理热与硅素的匹配明显发生变化,相同硅素的情况下铁水物理热呈下降趋势,通过数据分析,相同硅素条件下,物理热下降约10-15℃。为应对物理热下降,炉缸热量储备不足的问题,热制度适当调整,硅素目标由原来的0.30%,调整到0.40%。造渣制度以生铁含硫0.025%为目标,炉渣二元碱度控制在1.22±0.02比较合适。

6  送风制度

随着捣固焦配比的逐步增加,中心气流不畅的问题逐步凸显,送风制度的调整以开中心气流为主,在保持送风风量不变的情况下,采用调整风口面积方式摸索合适鼓风动能。送风面积由开炉之初的0.2811分四步调整至0.2584,目前鼓风动能控制在14500-15800kg.m/s,较原来提高约500-800 kg.m/s。

7  出铁管理

增加捣固焦比例使炉缸内焦炭粒度变小,影响炉缸透液性,造成炉前出铁不稳定,铁口假来风现象增多,渣铁出不净,原有出铁模式不能达到净炉缸的目的,炉缸留存渣铁多,炉缸内液面升高。为应对以上出现的问题,炉前出铁制度做了调整。(1)缩短出铁间隔,控制在10分钟以内;缩小钻头使用,由原来的直径55的钻头调整到直径50的钻头,延长出铁时间,改善铁水环流及炉缸透液性。(2)铁口深度控制在3.5-3.7m,较正常铁口深度偏深,降低炉缸液面高度。(3)开炉半年时间调整铁口角度至10°,降低炉缸渣铁储存量,降低炉缸渣铁液面。

8  经济效益分析

通过采用以上控制手段,在捣固焦配比提高至80%的情况下,高炉燃料比仍控制在510kg水平,基本无升高,具体数据如表6。

表6

月份

2022-10

2022-11

2022-12

2023-1

2023-2

2023-3

燃料比

508.92

511.82

508.37

512.72

510.26

513.79

目前市场上同级别的顶装焦与捣固焦吨差价在300-500元,按照捣固焦配比80%,高炉日产生铁6500吨考虑,焦比360kg/t,单高炉日创效400*80%*6500*360÷1000=748800元,约75万元。

9  总结

(1) 提高原料品位,加强筛分能有效降低捣固焦带来的负面影响。

(2) 增加捣固焦比例直接影响高炉的气流分布,调整应以疏导中心气流为主,保证中心气流充沛,适当兼顾边缘气流。

(3) 大高炉增加捣鼓焦比例,应时刻注意炉缸热量的变化,上提生铁含硅量,配合以合适的造渣制度,既能保证炉缸热量充足,又不影响渣铁的流动性。

(4) 应对炉缸透液性变差,降低炉缸渣铁液面,延长出铁时间降低出铁速度,减少炉缸渣铁液面的波动能起到改善作用。

(5) 2000m³级别高炉鼓风动能控制在14000 kg.m/s以上能促进中心气流的打开。

 
 
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