1、太鋼4350m3高爐強化冶煉操作實踐發布時間： 2010-12-16 瀏覽次數：181文字顏色: 字號:TTT 視力保護: 王紅斌唐順兵楊志榮(太鋼不銹鋼股份有限公司)摘要:太鋼4350m3高爐通過加強原燃料管理，實施高富氧大噴煤操作，摸索調整操作制度和優化操作參數，實現了煤比200kgt、利用系數248和爐腹煤氣量指數6110m3(minm2)以上的強化冶煉。關鍵詞:大型高爐高富氧大噴煤爐腹煤氣量指數Practice on Intensified Smelting Operation of 4 350 m3BF in Taiyuan Iron and Steel Co，LtdWANG Hon

2、g-bin TANG Shun-bing YANG Zhi-rong(Taigang Stainless Steel Co，Ltd)Abstract 4350m3 BF of TISCO achieves successful intensified smelting with 200kgt coal ratio，248 utilization factor and over 6110 m3(minm2)gas flow at bosh through the efforts like enhancing the raw and fuel materialshigh oxygen enrich

3、ment and high ratio of PCI，optimizing operation system and operation dataKey words large sized blast furnace oxygen enrichment high ratio of pulverized coal injection index of bosh gas高爐高煤比、高爐腹煤氣量指數運行是鋼鐵企業降本增效的重大技術措施，在煉焦煤資源日益短缺和企業間競爭日趨激烈的今天更具有十分重要的意義。太鋼5號高爐(4350m3)于2006年10月13日開爐，通過實施高富氧、大噴煤強化冶煉操作，煤比

4、和高爐利用系數得到不斷提高。進入2008年2月后(全年有8個月)連續5個月煤比都在200kgt以上，2009年1月后高爐有效容積利用系數達248，爐缸截面積利用系數達到660以上，爐腹煤氣量指數達到6110m3(minm2)以上，而其燃料比仍維持在500kgt左右，實現了高煤比、高爐腹煤氣量指數下的低焦比、低燃料比強化冶煉。1 原燃料質量控制管理11 焦炭成分性能指標表1 太鋼5號高爐焦炭成分性能指標，時間CRICSRM40M10灰分揮發分全硫固定碳2007年11-12月21.0971.389.75.412.111.210.6387.522008年上半年21.47189.95.412.021.

5、20.6587.222008年下半年21.1971.189.85.412.131.230.6487.2高爐生產“七分原料、三分操作”。特別是焦炭質量要好，在爐內要起到很好的料柱骨架作用，其冷態強度要高、熱態性能要好，對改善高爐透氣性、保證爐缸順利出好渣鐵起著至關重要的作用1。5號高爐焦炭成分性能指標見表l。5號高爐焦炭的冷熱態性能指標都比較好，但灰分比較高，在120以上，不利于高煤比操作下渣比的降低和爐渣中Al2O3含量的控制，以確保爐渣具有良好的流動性和脫硫能力。12 燒結礦成分性能指標高強度、高品位、冶金性能好的燒結礦能實現降低渣量、改善料柱透氣性的目的。2008年5號高爐所使用的燒結礦化

6、學成分及主要指標見表2、3。表2 太鋼5號高爐燒結礦的主要理化性能指標。TfeFeOAl2O3MgOSiO2R2TIRDI58.087.861.231.6851.977.826.2表3 太鋼5號高爐燒結礦的粒級分布，-5mm 5 10mm1016mm1625mm2540mm+40mmMSmm2.5416.4420.719.92416.7223.9表4 太鋼5號高爐煤粉的成分及粒度，灰分揮發分S固定球水分-200目9.7718.120.3772.1178.213 煤粉成分性能指標2008年2月5號高爐在進行煤比200kgt生產操作時，及時調整噴吹原煤的比例，在噴煤量達90th以上時，沒有出現風口

7、結焦和堵槍現象，確保了5號高爐在高煤比下安全穩定運行。5號高爐噴吹煤粉的成分指標見表4。14 原燃料的綜合性能指標確立合理的爐料結構和嚴格控制人爐粉率是高爐實現高煤比、高爐腹煤氣量指數強化冶煉的重要條件。5號高爐原料基本結構為730燒結礦+220峨口球團礦+50南非礦，2009年1月以后逐步降低球團礦配比，增加南非塊礦配比。綜合爐料高溫性能得到改善。在高爐利用系數提高的同時想方設法增產燒結礦并維持足夠的轉鼓強度，原料結構逐步調整為750燒結礦+150峨口球團礦+100南非礦，其原燃料的綜合性能指標見表5。表5 太鋼5號高爐原燃料的綜合性能指標品味%渣比kg/t返礦率%入爐粉率%返焦率%硫負荷k

8、g/t硅負荷kg/t堿負荷kg/t鋅負荷kg/t602909.5553.11201.880.12 強化冶煉操作及管理21 高富氧大噴煤5號高爐實施逐步加大富氧量和噴煤量的操作方針來提高煤比和產量。富氧量由2008年年初的12000m3h逐步加到27000m3h，噴煤量由起初的75th增加到90th以上，煤比由170 kgt增加到200kgt，產量達到11000td以上，爐腹煤氣量達到9 750 m3min以上，爐腹煤氣量指數達到6110m3(minm2)以上(如圖l、2所示)。5號高爐通過調整上下部操作制度，尋求爐內煤氣流的合理分布，使高爐能夠接受高煤比、高爐腹煤氣量指數下的強化冶煉，其技術指

9、標見表6。22 穩定煤氣流分布高煤比和高爐腹煤氣量指數操作時，爐體熱負荷、煤氣利用率以及K值將會發生很大程度的改變。5號高爐根據爐內煤氣流的變化和熱負荷的波動情況來調整上下部操作制度。5號高爐爐腹煤氣量指數由5482 m3(minm2)增加到6110m3(minm2)以上的上下部操作參數見表7。5號高爐在實現爐腹煤氣量指數6110m3(minm2)以上的強化冶煉時，其爐腹煤氣量將達到100000m3min以上。5號高爐在實現高利用系數、高爐腹煤氣量指數強化冶煉時，爐體熱負荷也相應地增加了(如圖3所示)。其爐腹煤氣量增加了l 000 m3min，達到9650m3min以上，鼓風動能也增加了699

10、8 kJs，達到1519 kJs以上(見表7、8)。5號高爐隨著煤比的提高，特別是在煤比達到200kgt時，邊緣氣流有所發展，中心氣流有所減弱。故調整裝料制度，在加寬邊緣焦炭平臺寬度的基礎上采取適當抑制邊緣氣流、疏通中心氣流的措施。5號高爐在爐腹煤氣量指數達6110 m3(minm2)強化冶煉時，通過上下部操作制度相匹配，將K值穩定在230237，風壓420425 kPa，煤氣利用率在5050時，實現了在負荷不斷增加時，并沒有出現風壓和K值顯著升高到影響爐況順行的情況。此時爐內的煤氣流分布合理，實現了高冶強下高熱流比操作，降低了爐內高溫區，間接還原充分。同時在200kg/t煤比操作時5號高爐除

11、塵灰中碳含量沒有明顯升高，說明在提高煤比的過程中爐內煤粉利用率仍然較好。表6 太鋼5號高爐技術經濟指標時間產量t/d利用系數t/(m3d)爐缸截面積利用系數t/(m3d)爐腹煤氣量指數m3/（minm2）焦比kg/t煤比kg/t燃料比kg/t富氧量m3/h2007年94992.1859.9856.84307178503110802008上半年100692.3163.5858.3529019650019379Oct-08104222.465.8162.0728620750022011Nov-08100712.3263.660.5227920949818975Dec-08103902.3965.6

12、160.3728120049823934Jan-09107702.4865.6161.5828720050225823Feb-09104632.4166.0761.1129819649826281Mar-09110412.5469.7261.3931118250024441Apr-09113492.6171.6665.2330118650028870May-09104042.3965.762.5230818250226404表7 太鋼5號高爐上下部操作參數時間煤比kg/t爐腹煤氣量指數m3/(minm2)風口面積m2濕度g/m3風溫爐腹煤氣量m3/min焦批t/批礦批t/批料線m2007年11

13、月-2008年1月17154.820.472012218682231201.32008年2月-2008年6月203.659.130.47141234936422.41291.42008年10月-2008年12月205.3310.48161247965822.41281.42009年1月-2009年5月192.762.370.48181248971722.81291.423 操作參數的優化管理5號高爐在實現爐腹煤氣量指數6110m3(minm2)以上的強化冶煉中，非常重視各項操作參數的優化管理。表8 太鋼5號高爐的煤氣流控制參數值時間爐腹煤氣量指數m3/（minm2）理論燃燒溫度風速m/s鼓風動

14、能kJK值煤氣利用率%Z值W值爐體熱負荷10MJ/h2007年11月-2008年1月54.822190264143.32.349.77.70.53131312008年2月-2008年6月59.132134267146.22.349.190.54152222008年10月-2008年12月612118270150.52.450.48.80.66152862009年1月-2009年5月62.372207273153.92.349.38.70.64148573 結語(1)加強原燃料質量管理，優化爐料結構是實現高爐強化冶煉的精料基礎。(2)隨著煤比和爐腹煤氣量的增加，通過調整操作制度和優化操作參數，穩

15、定透氣性抵抗指數K值，實現了爐況的長期穩定順行。(3)實現爐體熱負荷的穩定和提高煤氣利用率，是高爐實現高煤比、高爐腹煤氣量指數強化冶煉的核心控制技術。指導高爐煉鐵生產的技術原則問題指導生產的技術原則是經歷了幾十年的實踐研究總結而形成的，不同發展階段有著不同的提法。當前的提法是“高效、優質、低耗、長壽、環保”十字技術方針。從高爐煉鐵的主要技術經濟指標的關系來討論。長期以來以提高利用系數為核心，組織高爐生產走了四條路：(1)冶強提高，焦比降低，利用系數提高；(2)冶強提高，焦比維持不變，利用系數提高；(3)冶強維持不變，大力降低焦比，利用系數提高；(4)冶強提高，焦比隨之提高，但冶強提高幅度大于焦

16、比升高的幅度，結果利用系數也有所提高。對一定的冶強條件，有一個與冶煉條件相對應的最佳冶強，在這個冶強下，焦比最低。世界先進高爐大都在這樣的冶強下組織生產，這就是走第三條路：獲得最低燃料比，最低生鐵成本，最好效益。總體上講，世界煉鐵發展是沿著第一條路前進，就是不斷地改善冶煉條件（特別是精料），提高操作水平，隨著冶煉條件的改善逐步提高最佳冶強水平，而焦比相應也有所降低。中國煉鐵一直走第四條路，直到今日仍然沒有轉變，造成的后果是噸鐵能耗高（燃料比高，風耗高，電耗高），高爐壽命短等。當前的形勢是鋼鐵產能遠超過市場需求，出現供大于求的局面。同時資源、能源和環保等問題也制約著煉鐵生產。因此，要逐步轉變冶煉

17、觀念，穩步地走第三條路，即探索具體冶煉條件下合適的冶煉強度，大力降低燃料比，降低能耗，做到低成本、高效益。2冶煉強度問題長期以來，中國一直是采用冶煉強度來表達高爐強化程度，有很大的局限性。項鐘庸等人提出以爐腹煤氣量來取代冶煉強度是比較科學和符合高爐煉鐵的基本規律的。但由于人們的習慣，短期內要完全取消冶煉強度還是困難的。所以探討當前與冶煉條件相適應的合適冶煉強度仍然對生產有著指導意義。我們認為能保證高爐長期穩定順行，煤氣利用好，燃料比低而且爐子穩產、高產的冶煉強度就是與原燃料條件相適應的合適冶煉強度。應當指出，不存在統一的（對所有相同級別高爐而言）合適冶煉強度，不同高爐要根據自身冶煉條件尋求合適

18、的冶煉強度。在尋求具體冶煉條件下與合適冶煉強度相對應的最佳操作點時，項鐘庸等提出的爐腹煤氣量(VBG，m3/t)，噸鐵風口燃料燃燒產生供冶煉需要的熱量(QSPCE，GJ/t)，風口前理論燃燒溫度(tF，)為控制參數，以諾模圖形式表達的高爐操作圖，有著很好的指導生產的實際意義。3降低燃料比的技術問題降低高爐燃料比，尤其是焦比是高爐煉鐵技術發展的動力。研究和生產實踐表明實現低燃料比需以精料為基礎，采用其它熱量代替焦炭在風口前燃燒放出的熱量的技術，例如提高風溫，噴吹燃料。采用降低噸鐵熱量消耗的技術，例如脫濕鼓風，低硅，提高煤氣熱能與化學能利用率，減少熱損失等。3.1精料在精料方面要重視三個方面的工作

19、：優化配料和工藝生產以針狀鐵酸鈣為粘結相的高還原性、高強度、粒度組成好的高堿度燒結礦(SFCA)；往球團礦配料中添加MgO，生產含MgO的球團礦，作為合理爐料結構的優質酸性料；通過配煤和優化煉焦工藝生產適合大型高爐要求的焦炭。3.1.1高堿度燒結礦(SFCA)為獲得優質高堿度燒結礦要做到：優化配料。首先，進行燒結用含Fe料的高溫燒結性能測定，即測定同化性（與CaO反應形成液相的能力）、粘結相自身強度、SFCA生成的難易程度和生成的穩定性等。通過對比，選擇同化性好、液相生成量多、流動性適宜、粘結相強度高、還原性好等礦粉組成混合料方案。其次，根據線性配料計算，選擇既能滿足高溫燒結特性，又具有較低采

20、購成本的礦粉修改配料方案。根據生產SFCA的要求，優化燒結工藝。3.1.2含MgO球團礦往球團礦原料配入適量含MgO物料達到兩個目的：第一，用MgO提高球團礦的冶金性；第二，通過冶煉過程MgO進入爐渣，改善爐渣性能和提高爐渣脫S能力。所謂改善爐渣性能是以MgO破壞高Al2O3爐渣中的復合鋁氧離子團來降低爐渣黏度，適應使用東半球富礦造成的高Al2O3爐渣遇到的問題，配入球團礦的MgO量要根據高爐冶煉的要求確定。3.1.3焦炭隨著高爐大型化，大噴煤量和高強化冶煉的發展，焦炭質量對高爐冶煉的影響更加明顯。在焦炭塊表面與中心溫度差(200)造成的熱應力；CO2、K2O、Na2O等與焦炭中C反應造成焦炭

21、表面成蜂窩狀；強度變差以及下降過程中的摩擦等原因造成焦炭破損嚴重，入爐焦平均粒度與風口焦平均粒度的變化證實了這種破損：噴煤100kg/t時，焦炭平均粒徑由50.4mm降到23mm，噴煤200kg/t時，它由53.04mm降到17.15mm。我們認為焦炭質量已成為限制高爐爐容的因素之一，限制噴煤量的因素之一，也是爐缸狀況的決定性因素之一。3.2風溫問題風溫問題上存在著高爐能接受多高風溫和熱風爐系統能穩定地提高到多高的風溫。高爐噴吹燃料以后，能接受高風溫的問題已得到解決，即使1400風溫也能為高爐所接受。現在的問題是熱風爐到底能穩定地提高到多高的風溫。20世紀80年代，人們追求的是1400風溫。歐

22、洲和日本的高爐也有少數使用了13001350風溫。但是20世紀末，21世紀初，風溫普遍穩定在120050。目前的技術還不能長期保證提供13001400風溫，而使熱風爐一代壽命與高爐一代壽命同步，而人們現在要求熱風爐一代為高爐二代服務，提供穩定的1200風溫。造成這一現象的主要原因是燃燒過程形成的NOx和SOx對熱風爐壽命影響太大，尚沒有完善的技術來抵御NOx與SOx形成的酸對爐殼的晶界腐蝕，從而使熱風爐技術達不到1530年的要求，而快速和大量生成NOx的溫度正是熱風爐的燃燒火焰溫度1450左右。熱風爐燃燒單一高爐煤氣達到火焰溫度1450的技術已完全掌握。因此，問題集中在熱風爐拱頂溫度控制在13

23、5050的條件下，為高爐提供12001250風溫，就是要采取一系列技術措施將t拱與t風的溫差穩定在100左右。這些技術措施有：(1)加強熱風爐蓄熱室內的輻射和對流傳熱，使其在燃燒期內貯存更多的高溫熱量。在送風期內鼓風在下部吸取更多的熱量以節約上部高溫熱量，使t拱下降速度減慢來縮小t拱與t風溫度差。為此采用格孔相對較小的19孔磚，并對高溫區格子磚浸泡強化輻射的物質。(2)改進換爐操作，適當縮短送風周期時間。例如，由1h改為4045min，可縮小t拱與t風溫度差2040；或者采用交叉并聯（4座熱風爐）或半交叉并聯（3座熱風爐）送風，均可以縮小t拱與t風溫度差。(3)改進熱風爐爐篦子和支柱材質，使其

24、正常工作溫度提高到450500，以便將廢氣溫度提高，廢氣溫度每提高100，可縮小t拱與t風的溫度差40。3.3脫濕鼓風問題在現今的高爐煉鐵條件下，富氧3%左右，風溫12001250，噴煤150kg/t以上，可以肯定地說，鼓風應脫濕而不是加濕。中國沿海地區、南方濕度大且波動大的地區、晝夜溫差大的地區，應采用鼓風脫濕技術。脫濕可取得的效果為：(1)減少濕度波動對爐況的影響。鼓風中lgH2O使風口前的t理波動69，晝夜大氣濕度波動46g/m3，可造成爐缸熱狀態發生幾十度的波動，消除這種影響可使產量提高。(2)提高噴煤量，每脫除1gH2O可增加噴煤1.52.0kg。(3)采用全冷脫濕方式，可將風機吸風

25、口的溫度降到冬季水平，改善了風機的吸風條件。(4)降低焦比。脫除1gH2O可降低焦比約0.71.0kg。據不完全估算，對江南地區4000m3級高爐來說，脫濕到冬季水平時，可節焦24000t/a，提高噴煤4560t/a；因吸風條件改善，風機功率降低510，增產174000t/a，總效益大約在8000萬元/a。3.4噴吹煤粉問題在具體生產條件下，不僅有一個合適的冶煉強度問題，而且還有一個合適噴煤量的問題。因為噴煤量受到爐缸熱狀態，煤粉燃燒速率，高爐穩定順行，置換比和操作水平等多方面因素的限制。超過冶煉條件允許的合適噴煤量后，不是爐況變壞就是未燃煤粉量大幅增加，在高爐內無法全部消化掉而造成煤粉在高爐

26、內的利用率和置換比降低，還可能使燃料比升高。最明顯的特征就是除塵灰和布袋灰中含碳量大幅度升高，有的高爐布袋灰中含C高達45%以上。在現今中國高爐煉鐵的條件下，合適的噴煤量應該是120150kg/t。國內外高爐煉鐵低燃料比的生產業績也證實這種認識。生產實踐表明，要將噴吹量提高到150kg/t以上，到200kg/t而燃料比又低于500kg/t，必須創造以下冶煉條件：渣量280kg/t以下；風溫12001250；富氧3.5%左右；脫濕維持全年濕度在冬季水平；焦炭強度M40大于89%，M10小于6%，CRI小于24%，CSR大于65%；入爐平均粒度50mm；噴吹混合煤，其揮發分控制在20%2%，灰分和

27、硫分低于焦炭；均勻噴吹，風口間噴煤量的差別應控制在5%以下，徹底消除脈沖式噴煤；精心操作，保證爐缸有充沛的高溫熱量，爐況穩定順行等。在生產中只要有12項做不到，就不宜將噴煤量提高。3.5煤氣能量利用問題中國高爐煉鐵的燃料比比國外的高出50100kg/t，其主要原因之一是煤氣利用差，高爐的CO利用率低而直接還原度高，造成噸鐵熱量消耗高，迫使在風口前燃燒更多的燃料供冶煉需要的熱量。搞好煤氣流合理分布，充分利用煤氣的化學能與熱能是中國煉鐵工者的一項重要工作。根據鐵礦石還原熱力學計算，理論上煤氣利用率應在0.60.65。實際上，先進高爐煤氣利用率在0.520.54，一般高爐在0.450.48，落后高爐則不足0.4，所以煤氣化學能利用還有相當大的潛力。從礦石還原動力學研究分析，改善煤氣利用的途徑在于提高含Fe礦石的還原性和使煤氣流分布合理。.提高含Fe料的還原性從已有含Fe料的冶金性能比較中可以認定以針狀鐵酸鈣為粘結相的高堿度燒結礦SFCA還原性最好，與之搭配含MgO酸性球團礦的還原性也是好的，建議盡量使用它們作為合理爐料結構的組成，以改善間接還原。.合理煤氣流分布煤氣