昆钢新区1号高炉降低燃料比实践.pdf
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1、2023 年第 1 期2023 年 3 月昆钢新区 1 号高炉降低燃料比实践段贵军李淼李晓东(武昆股份炼铁厂)昆钢新区 1 号高炉(2 500 m3)于 2012 年 6月 26 日投产,30 个风口,3 个铁口,设计炉龄为15 年。由于昆钢地处西南边陲,开炉以来,原燃料条件较差、品位低、原燃料质量波动大,有害元素较高等因素,高炉炉况虽整体平稳,但稳定顺行周期短,燃料比也一直居高不下。针对高炉不同时期、不同的原燃料条件下,高炉一直不断在摸索降低燃料比的方法,也取得一次次的突破。2021 年以来根据原燃料条件,高炉通过一系列技术攻关,在保证高炉长周期稳定顺行的基础上,煤气利用逐步提升到 48.7
2、2%,燃料比从 10 月份开始连续创纪录,从 535 kg/t 左右逐步降低到目前的 505 kg/t 左右,在国内同级别、同品位(综合入炉品位 56%左右)的条件下,达到国内领先水平。1 改善原燃料条件1.1 改善焦炭质量2021 年 9 月 20 日本部 6 号高炉停炉后,昆钢新区 1 号高炉的焦炭质量逐步上升且稳定,焦炭品种和质量逐步改善,使用品种从原来的 7 种以上减少至目前的 3 种,本部 6 号高炉停炉前,焦炭保量不保质,新区 1 号高炉不合格焦炭(CSR 65%)的使用量达到 35%左右,6 号高炉停炉后,不合格焦炭使用比例降低到 0%,同时,干熄焦使用比例从 20%提高至 34
3、%以上,随着焦炭质量和稳定性明显提高,高炉操作控制难度明显降低,硅硫双达标率(0.15%Si 0.60%且 S 0.04%)从 70%提高到 90%以上,炉况稳定性提高,为高炉长周期稳定顺行奠定坚实基础,焦比、燃料比逐步下降。焦炭质量变化情况如下:(1)炭 CSR、M40 明显改善从图1可以看出,焦炭反应后强度逐步升高,从11 月份开始焦炭 CSR 稳定维持在 68%以上。焦炭抗碎强度 M40,从 10 月份开始上升了一个台阶,并持续稳定在 88.5%以上。根据炼铁经验数据:焦炭CSR提高1%,焦比下降6 kg/t,产量提高4.5%;摘要昆钢新区 1 号高炉有效容积 2 500 m3,本文对昆
4、钢新区 1 号高炉连续降低燃料比冶炼实践进行了总结。基于昆钢高炉入炉品位低且有害元素高的特点,高炉采取堵风口操作控制适宜鼓风动能,针对昆钢原燃料条件,采用高压差(压差高于顶压 5 10 KPa)低顶压操作,再通过提高富氧率,改善焦炭质量、调整布料矩阵提高煤气利用率,控制合理的造渣制度,加强高炉炉体管理等一系列措施,保证了炉况的长周期稳定顺行,燃料比不断降低。关键词高炉 燃料比 堵风口 高压差图 11 号高炉使用焦炭 CSR、M40 改善情昆 钢 科 技2023 年第 1 期 20 图 21 号高炉使用干熄焦和不合格焦比例情况图 3高炉碱负荷和 Zn 负荷变化1 号高炉碱负荷、Zn 负荷情况焦炭
5、 M40 每提高 1%,焦比下降 5.6 kg/t,产量提高 1.6%1,焦炭质量的提升,不仅为高炉稳定顺行提供了坚实基础,而且随着焦炭质量的提升,料柱透气性变好,使得高炉更易接受较大的鼓风动能,为高炉提高利用系数和降低燃料比做出重大贡献。(2)高炉使用干熄焦比例上升,不合格焦炭比例下降2021 年上半年高炉使用焦炭品种繁多,且不合格焦使用比例高,干熄焦使用比例低,高炉操作变得极为困难,炉况稳定顺行周期短,高炉燃料消耗高。自本部 6#高炉停炉后,本部干熄焦全部供新区 1 号高炉,从 2021 年 10 月开始,1 号高炉干熄焦使用比例稳定维持在 34%以上,使用焦炭的品种稳定并减少到 3 种,
6、炼铁厂开始对进厂焦炭质量严格把控,实行不合格焦炭退货处理,进厂不合格焦逐步降到 0%(见图 2)。不合格焦使用比例的降低为高炉稳定顺行奠定基础,而干熄焦使用比例的提高为燃料比的降低做出贡献。根据 1 号高炉使用干熄焦的生产数据经验:本部干熄焦置换本部水熄焦,干熄焦比例每升高 10%,焦比降低 2 kg/t。1.2 降低有害元素负荷昆钢受资源限制,长期以来高炉碱负荷在4.10 kg/t、Zn 负荷在 0.75 kg/t 左右,均高于国内同级别的高炉,高炉深受有害元素的影响,特别是 Zn 负荷。碱金属的主要危害是:降低矿石软化温度,使高炉软熔带上移和变宽,恶化炉料透气性;引起球团矿异常膨胀而严重粉
7、化,和多数烧结矿中温还原粉化;加剧焦炭的气化反应,降低焦炭强度;容易引起炉墙结厚甚至结瘤破坏砖衬2。高炉 Zn 的循环富集严重影响高炉的稳定性,Zn 能与炭砖等耐材发生反应,造成体积膨胀;Zn 蒸气随煤气上升吸附在炉身上部炉衬表面导致结厚、结瘤,造成下料不畅或边缘气流失常,恶化高炉顺行2。长期较高的碱负荷和 Zn 负荷会造成高炉集中排碱、排 Zn 现象,造成渣皮不稳定,大面积脱落,使高炉水温差异常升高,矿焦负荷加重,不及时退负荷和补加净焦易造成高炉炉凉等严重炉况波动,对冷却壁的破损也极为不利,还容易导致风口烧损。随着本部 6 号高炉的停炉,矿石采购量减少,质量相对稳定,可以在经济配矿时,兼顾到
8、高炉对碱负荷和 Zn 负荷的控制要求;碱负荷和Zn 负荷变化如图 3 所示。图 3 可以看出,1 号高炉碱负荷波动较大,主要受烧结造堆配比影响,但从 2021 年 2 月份以后,碱负荷基本控制在 3.5 kg/t 左右,偶有波动;Zn 负荷从 11 月开始就控制在 0.6 kg/t 左右,虽然离行业 Zn 负荷控制标准的 0.15 kg/t 还有差距,但对比上半年 Zn 负荷,还是有明显改善,Zn 负荷的降低对高炉的稳定顺行十分有利,2021年上半年以前,由于 Zn 负荷高,高炉基本上每个月被动排碱一次,每到排Zn,高炉必须缩矿批、退负荷、加净焦应对,对提高冶炼强度和降低消耗非常不利。昆钢高炉
9、根据资源情况和高炉长周期顺行考虑,对有害元素负荷的控制标准为:碱(K2O+Na2O)负荷 4.0 kg/t,Zn 负荷 0.5 kg/t,最大不超 0.6 kg/t。昆 钢 新 区 1 号 高 炉 降 低 燃 料 比 实 践2023 年第 1 期 21 2 优化操作制度2.1 提高送风制度的合理性高炉送风制度是高炉操作的根本制度,是高炉稳定顺行、优质、高产的重要条件,直接决定高炉初始煤气流的分布、风口回旋区面积与深度、风口圆周工作的均匀程度、炉缸的热状态3。而检验送风制度的指标主要是鼓风动能,风口前理论燃烧温度,风口回旋区面积与深度及风口圆周工作的均匀程度。7 月份以后引进东北大学炉缸活跃性模
10、型、风口回旋区性状评价模型的应用,对 1号高炉这几个指标的分析,得出 1 号高炉送风制度存在不合理性,主要是鼓风动能不足,高炉进行了以下两项调整措施。(1)堵风口操作控制适宜鼓风动能根据鼓风动能公式,为快速有效解决鼓风动能的不足,有效提高鼓风动能,在现有原燃料条件下,风压、压差等限制条件下,高炉不能再接受更大风量,只能通过缩小进风口面积来提高鼓风动能。考虑风口备件、和休风时间等因数,直接有效的方法就是通过堵风口来缩小进风面积,也能缓解所堵风口区域的冷却壁破损。鼓风动能公式:E=1/2mV实2=1/2*1.293*Q*V实2=1/2*1.293*Q*(V标*(t+273.15)*0.1013/(
11、(0.1013+P风)*273.15))2式中:E鼓风动能 kgm/sQ鼓风量 m3/minn风口个数g重力加速度 9.81 m/s2V标=Q/F/60V标风口标准风速 m/sV实=V标(t273)*0.1013/(0.1013P风)*273F风口送风总面积 m2V实风口实际风速 m/st热风温度P风热风压力 MPa吨铁耗风量公式:Q铁=Q 日平均风量*24*60/Fe日理论铁量Q铁吨铁耗风量 m3Q日平均风量鼓风量 m3/minFe日理论铁量每日理论产铁量 t根据公司生产计划产量,高炉吨铁耗风量和鼓风动能计算公式,确定堵风口个数,再根据 1 号高炉堵风口操作经验能获得较低燃料比,确定当前原燃
12、料条件下适宜堵风口数为:2 3 个,后续生产基本上就是根据这个原则来进行,11 月份后基本都是堵 3 个风口操作,2022 年随着焦炭质量的进一步提高和产量的提高,堵风口数减少到12个。堵风口的作用及分析如下:堵风口后能有效增加鼓风动能,减小炉缸死料柱。在高炉容积、炉缸直径相似的情况下,一般是风口数目越多,鼓风动能越低,从鼓风动能的计算公式可见,当冶炼强度一定时,风量(Q)也一定,则风口数目(n)越多,鼓风动能(E)必然降低。煤气流在高强度冶炼的情况下,煤气流量大与炉料接触得不充分,煤气利用率差;堵适当的风口后,炉缸死料柱变小,炉缸活跃,有利于炉缸煤气流的初始分布(可理解为高炉的工作容积变大了
13、),煤气量的减少使得煤气与炉料充分接触,煤气利用得到改善,燃料比降低。堵风口后,鼓风动能增加,风口回旋区往炉缸中心延伸,边缘煤气流减少,在其它条件均不变的前提下,炉墙渣皮则更加趋于稳定,因此,高炉全炉水温差降低,热损减少,燃料比降低。虽然风量减少后理论上铁水产量会随之减少,但燃料比降低后,同等冶炼条件下产量又会有所增加,因此在同等冶炼条件下,适宜的堵风口,在产量下降不多的情况下能够获得较低的燃料比。在弄清楚堵风口控制合理鼓风动能后,再结合炉缸活跃性模型、风口回旋区性状评价模型的数据分析,适宜鼓风动能和原燃料条件有关,1 号高炉在 2021 年 1 10 月份原燃料条件下(焦炭昆 钢 科 技20
14、23 年第 1 期 22 图 41 号高炉鼓风动能变化图 51 号高炉富氧率的变化CSR67%,品位 68%,品位 56%),高炉适宜的鼓风动能也提高为:15 000 16 500 kgm/s,统计 2021 年至 2022 年3 月 1 号高炉的鼓风动能如图 4。通过图 4 可以看出,从 11 月份以后鼓风动能在 15 000 kgm/s 以上,2022 年 3 月份鼓风动能达到 16 000 kgm/s 以上,鼓风动能提高以后,风口回旋区往炉缸中心延伸,炉缸死料柱减少,煤气利用率提升,水温差较为平稳;风口回旋区性状评价模型中:风口回旋区性状评级等级由三级升为一级,评价为优秀;炉缸活跃性指数
15、由 15.5 上升至 20.5,评级由二级升为一级,评价为优秀。通过堵风口操作使得送风制度变得更为合理,风口回旋区更往炉缸中心延伸,炉缸更加活跃,为综合降低燃料比做出决定性贡献。(2)改变布料矩阵随着高炉喷煤比的增加和富氧率的提高,焦炭负荷逐步加重以后,打通中心气流显得尤为重要。经不断摸索,总结出了适合低燃料比条件下的布料矩阵。布料矩阵除最外档和中心档外,中间各档矿和焦的布料圈数保持一致,这样矿焦分布比较均匀,有利于软熔带“焦窗”的透气性。调整布料矩阵对边缘气流抑制时,采用拉大矿带角差,在相同的矿石批重下,较宽的矿石带使矿层变薄,有利于改善料柱透气性,稳定煤气流并提高边缘煤气的利用水平3。经过
16、 2012 年以来的反复摸索、试验,最终确探索合适的装料制度。再根据当前生产的原燃料条件,2021 年至 2022 年 3 月的布料矩阵变化为:较好的兼顾了边缘气流和中心气流,也提高了送风制度的合理性。2.2 提高高炉的富氧率2021 年 1 号高炉上半年由于受公司用氧平衡限制,富氧率较低和不稳定,公司用氧情况稳定后,2021 年 10 月开始富氧情况转好,高炉逐步增加富氧量,至 2022 年 3 月由于炉缸较为活跃,原燃料条件转好,接受程度较好,富氧率提升至 4.83%,图5 是 2021 年至 2022 年 3 月 1 号高炉富氧率的变化。从图 5 可以看出富氧率从 10 月份开始逐步升高
17、,至 2022 年 1 月达到 4.83%,2022 年 2 月 1号高炉为配合 2 号高炉 28 日开炉备料,2 月 20 日休风堵风口被迫减氧减产,降低冶炼强度,导致富氧率降低;2022 年 3 月份,由于炼钢 1 号转炉重大故障,1 号高炉产能受限,铁水无出路,两次被迫休风堵风口及减氧操作,降低冶炼强度,导致富氧率降低。根据炼铁经验数据:富氧率每提升 1%,焦比下降 0.5%,产量提高 2.5%1;富氧率的提升为 1 号高炉降低燃料比做出一定贡献。2.3 提高煤气利用率由于堵风口控制合理的送风制度,以及焦炭质量和粒度提升,高炉加强烧结矿的筛分控制,再通过以上措施,炉缸活跃,煤气流分布更为
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