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阳春新钢铁炼铁技术进步分析

时间:2023-06-16 17:35:03 来源:网友投稿

魏大胜

(阳春新钢铁有限责任公司,广东 阳春 529000)

阳春新钢铁现有2座1 250 m3高炉,每座高炉均设东西两个铁口,铁口间夹角为90°,22个风口,分别于2010年和2012年投产。2座高炉均采用优质碳砖陶瓷杯综合炉底、软水密闭循环冷却系统、顶燃式热风炉、空气煤气双预热方式、PW型串罐炉顶、全储铁式铁沟。炉顶安装煤气红外线摄像、煤气可自动取样,采用布袋灰气力输送技术、可实现TRT发电。高炉开炉以来一直保持良好的生产势头,技经指标位居前列。其中1号高炉单位炉容产量已达约12 500 t/(m3·d),远超行业标准。为响应国家环保政策,2022年计划采用料罐煤气回收技术及热风炉烟气处理技术,助推企业进入国内钢铁企业综合竞争力A级企业序列。

2014年以来,通过改进高炉操作技术,实行大矿批冶炼、采用富氧率、高风温、高顶压及高煤比等各项措施和技术,高炉的利用系数不断实现新突破。2021年,在块矿比例高达20%以上的不利条件下,高炉铁水产量却创下历史最好成绩,其中铁水产量比2020年提高14万t,燃料比下降11 kg/t。近几年阳春新钢铁产量与燃料比情况,如表1所示。

表1 近几年阳春新钢铁高炉指标

2.1 严控入炉锌、碱金属含量

碱金属和锌是高炉炼铁的有害杂质,碱锌负荷应该越低越好。按照《高炉炼铁工程设计规范》要求,锌负荷应<0.15 kg/t,碱负荷≤2.4 kg/t。此外,高炉容积越大,碱锌负荷应越低[1]。但为了经济冶炼,阳春新钢铁高炉近几年块矿比例使用较高,平均约18%~20%,入炉品位长期在55%~57%之间。为避免块矿热爆性及较低软化还原温度导致较高的压差,在透气性不足的情况下,受高炉内碱、锌金属容易富集、结厚的影响,阳春新钢铁在采购原燃物料时对锌、碱金属含量进行严格控制。同时设立入炉碱金属和锌含量台帐,切断碱金属、锌含量较高的转炉灰、烧结灰的内循环使用,严格将入炉碱金属含量控制在≤3.5 kg/t,锌含量控制在0.45 kg/t内。近几年阳春新钢铁入炉碱锌含量,如表2所示。

表2 近几年阳春新钢铁入炉碱锌含量

2.2 提高焦炭质量

在块矿比例不断增加、煤比不断提高的情况下,焦炭的骨架作用尤其重要。阳春新钢铁高炉焦炭在外购焦质量管理上,质量要求如下:灰分≤13%,w(S)≤0.800%,M40≥80%,M10≤10%,CRI≤30%,CSR≥60%,含粉率要尽可能低。阳春新钢铁因全部使用外购焦,品种多、质量波动大,从2012年开始,一方面开始与焦炭供应商建立长期协作关系,尽可能减少焦炭厂家,另一方面将不同品种的焦炭分类堆放,分炉座进行使用,同时尽可能选择干熄工艺焦,确保焦炭的质量稳定。阳春新钢铁焦炭热性能情况如下页图1所示。

图1 阳春新钢铁焦炭热性能

2.3 优化上下部调节

在以“以中心气流为主、适当抑制边缘气流”的煤气流为总体方针的基础上,将风口长度由原来的585 mm全换为630 mm,风口面积缩小约11%,除了铁口区4个风口为直风口外,其余全为斜5°。整个调整体现了“均等圆周进风,加强鼓风动能,注重铁口区域”的思路。

在下部调节形成较强鼓风动能的基础上,上部调节以煤气流合理分布为目的,根据不同的原料使用状况,对布料角度范围进行调整。一方面适当减少中心焦,将中心焦量稳定在焦批的20%~25%左右,缩小中心漏斗;
另一方面强调焦坝作用,同时拓宽焦炭平台,必要时形成焦包矿方式,尤其是块矿比例较高时,发展中心气流,兼顾边缘的两道气流,取得了较好的效果。风速维持在260~270 m3/s左右,煤气利用率维持在46%以上,高炉稳定顺行。

2.4 实施“四高一低”操作

“四高”是指高富氧、高风温、高煤比及高顶压的四高操作,这四高操作相辅相成,相互促进,可进一步提高技经指标;
“一低”是指降硅操作。

高压操作有利于稳定煤气流,降低煤气流速,降低压差,减少瓦斯灰的吹出量,还可以接受更高的炉腹煤气量。由于延长了煤气在炉内的停留时间,有利于提高煤气利用率,降低燃耗。理论上炉顶压力每提高0.1%,焦比则降低0.5%。阳春新钢铁高炉顶压从2014年的174 kPa,提高至目前的218 kPa,提高幅度达约25%。

高富氧鼓风有两大重要作用:一是增产,理论上富氧率每提高1%,可增产4.76%,在实际生产中,富氧率每增加1%,增产约3.5%;
二是每升高1%的富氧率,可提高理论燃烧温度30℃。这两个特点,是高炉提煤、降焦、增产最重要的手段。

阳春新钢铁通过技术改造,提高了制氧能力,可以为高炉稳定提供约5%的富氧率。高炉操作上也通过“提高富氧量、控制炉腹煤气指数”的操作方针,一方面积极发挥富氧提产的作用,确保炉况顺行,另一方面可通过提高煤比,降低成本、维持合适的理论燃烧温度。阳春新钢铁近几年富氧率由2.22%提高至4.26%,煤比由约130 kg/t提高至170 kg/t。

风温是最廉价的降本资源,阳春新钢铁高炉一方面通过双预热方式,提高风温的蓄热能力,通过智能全自动烧炉控制,积极提高风温使用,配合高煤比操作,风温平均水平也达1 180℃以上。

在稳定炉况、炉温的基础上,降硅操作对技经指标的提升也非常重要。理论上w(Si)每降低0.1%,可增产0.5%~0.7%,可降焦比4~6 kg/t。在四高操作后,相同w(Si)的铁水具有更高的物理热,为降硅操作创造了条件。阳春新钢铁1号高炉于2021年逐步实施降硅操作后,平均w(Si)从去年的0.51%下降至0.39%,如图2所示。

图2 2020—2021年w(Si)趋势图

2.5 控制适宜的渣铁热量和炉渣碱度

阳春新钢铁经济冶炼中大比例使用块矿,块矿中w(Al2O3)较高,2021年平均为16.3%,最高达18%以上。渣系中Al2O3含量较高,降低了渣铁的流动性、透液性,容易引起压差高、滑料等现象。因此,在提高块矿比后,高炉在日常操作中必须做到低硅不低热,综合运用高风温、高富氧、高煤比、高顶压等四高调剂手段,确保物理热能够稳定在1 480~1 510℃间。同时,m(MgO)/m(Al2O3)太高,也不利于冶炼成本的降低,太低则影响渣系流动性。因此,通过摸索,得出较适宜的m(MgO)/m(Al2O3),将其控制在0.42~0.46,可使渣铁在较高w(Al2O3)下,也具有较好的物理热及良好的流动性,确保炉况顺行。近几年的w(Al2O3)及m(MgO)/m(Al2O3)情况,如图3所示。

图3 近几年的w(Al2O3)及m(MgO)/m(Al2O3)

3.1 高块矿比例使用

长期以来阳春新钢铁的块矿比例高达18%~22%,为实现经济冶炼,克服高比例块矿带来的影响,首先通过对多种块矿不同比例成分进行炉料结构冶金性能测试,选择最佳组合;
再根据南方多雨状况,以“全干块矿入炉”的原则建立全封闭料场,汽车、火车运输时均采用蓬布加盖,避免雨湿影响块矿筛分。同时采取调整块矿入炉顺序、改造槽下筛分系统(使用不粘筛板的波纹筛)、提高焦炭烘干及烧结矿入炉温度等措施。而炉内操作则强调两道气流,以焦包矿为上部调节,极大提高了生矿的使用比例,块矿比例基本上可以稳定在22%,同时,高炉各项技术经济指标稳定。近几年阳春新钢铁熟料比与铁水产量情况如图4所示。

图4 近几年熟料比与铁水产量

3.2 全开风口快速复风技术

休复风是高炉操作常见且重要的工艺操作。传统计划休风后,均采用堵部分风口的方式,通过缩小风口面积,慢风时以较高风速吹透中心,再循环加风吹透风口进行恢复。然而,近几年对一些高炉开始尝试计划休风后全开风口,采用大风量快速复风的方式,并取得成功。自2020年12月阳春新钢铁24 h休风开始采用全开风口复风方式,并取得成功后,直至2022年约10次24 h内休风中均采用此技术,整体效果不错。全开风口复风需要以休风前炉况顺行为基础,在不改变装料制度的前提下,复风之初便将风加至60%,通过较高的风量,利用全开风口较低的压差,快速打透中心,以达到快速恢复的目的。

在全开风口复风时,整体复风时间比堵风口方式缩短6~20 h,休风焦比比堵风口方式减少约10%~15%,如表3所示。

表3 高炉全开风口复风前后相关指标

3.3 高炉长寿技术

在建造新钢铁高炉时,秉承着“低耗、高效、长寿、环保”的技术方针,采用了“微孔碳砖+陶瓷杯”炉底,以联合软水密闭循环冷却系统、铜冷却壁和砖壁合一的薄炉衬结构为基础,自开炉不久便开始使用小剂量钛矿护炉,坚持中心气流为主导的操作方针,及炉役后期的“降低铁水钛饱和度”护炉的技术,既保障了铁水中钛的生成,确保炉缸的安全,又兼顾了高炉高产、稳产的需要,取得了较好的成绩。至今,1号高炉连续生产超过11年,无一块冷却壁破损,单位炉容产铁达12 500 t/m3,2号高炉也达到10 500 t/m3,预计冷却壁不破损情况下,产铁量至少达约14 000 t/m3,如表4所示,高炉长寿生产在行业内处于领先地位。

表4 1号高炉与2号高炉运行情况对比

1)阳春新钢铁近几年的炼铁技术不断进步,既有设备方面的改进完善,也有工艺方面的创新进取。

2)对标先进高炉,阳春新钢铁仍有差距,需进一步提高富氧率,确保高炉长期稳定顺行。

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