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马钢4000m3高炉提高煤比生产实践

时间:2019-06-03 14:06来源:马鞍山钢铁股份有限公司 作者:马昭斌 郝团伟 点击:
  • 摘  要  对马钢4000m3(A)高炉提高煤比生产实践进行了总结。通过采取改善焦炭质量、提高入炉品味降低渣比、优化上部装料制度、提高煤粉燃料率、细化操作、加强管理等措施,高炉保持长周期稳定顺行,各项技术经济技术指标不断提高,在燃料比相对比较经济且小幅下降的前提下,2016年9月以后月均煤比基本达到150kg/tFe的水平,最高157kg/tFe。

    关键词  大型高炉  煤比  气流  稳定顺行

    焦炭是高炉炼铁必不可少的热源和还原剂,然而随着焦炭资源的日益匮乏和价格上涨,使用大量喷煤减少焦炭入炉量已经成为必然趋势。提高喷煤量,降低焦比可以获得可观的经济效益,明显降低吨铁成本,因此 ,降低高炉燃料比,提高煤比无论是对降低吨铁成本、提高钢铁企业的竞争力,还是实现节能减排、改善环境均有非常重要的意义。

    1  生产现状

    马钢4000m3(A)高炉于2007年2月投产,采用自立式框架结构,设36个风口,4个铁口,采用了PW串罐无料钟炉顶,TMT开口机,4座新日铁外燃式热风炉,软水密闭循环系统。 近两年来,A高炉本着优质、高效、低耗、稳产的操作原则,不断总结操作经验,实现了高炉的较长时间的稳定顺行。2016年进一步攻关,通过采取改善焦炭质量、提高入炉品味降低渣比、细化操作、加强管理等措施,高炉长周期稳定顺行已超过1000天,但该稳定顺行仍处于指标不高的状态下的实现,与国内先进有较大的差距,主要体现在负荷及煤比较低,因此在稳定顺行的基础上不断提高煤比成为我们追求的目标。

    2  采取措施

    2.1  改善原燃料质量

    2.1.1  改善焦炭质量

    焦炭是高炉冶炼的重要燃料,在高炉冶炼中起到热源、还原剂、渗碳剂以及料柱骨架的作用。随着风温水平的提高,高炉热量收入中,焦炭燃烧所占份额明显减小,作为还原剂与渗碳剂的功能的部分被喷吹燃料所替代而相对降低,但随着煤比的提高,炉内的焦炭量减少,剩余的焦炭面临更苛刻的机械化学条件,可以预见,在高煤比时,焦炭从高炉料线到炉缸的下降过程中,会有更严重的劣化。焦炭作为料柱骨架的作用更为突出,因此稳定焦炭质量非常重要[1]。

    2.1.1.1  焦炭性能稳中提升

    随着高炉冶炼强度不断提高及焦比下降,导致焦炭在高炉内停留的时间延长,焦炭作为骨架的作用进一步强化,焦炭热性能对炉况的影响更为重要,降低焦炭反应性(CRI)、提高反应后强度(CSR)、改善焦炭质量是提高煤气利用率进而降低燃料比的必要条件。

    2016年公司对铁前系统进行联动降本,焦化与高炉积极联系,以保高炉稳定为原则,在主焦煤供应紧张的大环境下,焦化厂加强配煤的攻关力度,引进了进口焦煤,最大限度的满足高炉需要,保证了焦炭的质量的稳定性。

    2.1.1.2  提高焦炭入炉粒度

    炉缸工作状态不活跃是长期困扰马钢4000m3的问题,焦炭粒度对炉缸的工作状况起到至关重要的作用,特别是随着煤比上升喷煤量增加加剧了焦炭粉化,死料柱粒度变小,对死料柱透气、透液性产生严重影响进而影响炉缸工作状况。与国内同类型高炉相比,焦炭入炉粒度偏小一直是马钢4000m3高炉的短板, 2015年A高炉平均焦炭入炉粒度为47.50mm,国内4000m3级高炉焦炭入炉粒度大都在50mm左右,这严重制约了高炉指标的提升。在总厂的统筹管理下,2016年2月,A炉将新干焦1B、2B焦炭筛板齿间距由25mm改为28mm,调整后这两个仓的相对粒度大(50mm左右)的焦炭布到中心,提高了中心死料柱的置换速度及改善炉缸的透气、透液性,对改善炉缸的工作状况起到了很好的作用。

    2.1.2  提高入炉品味,降低渣比

    马钢4000m3高炉入炉原燃料条件波动较大,相对同级别高炉入炉品味相对偏低,由于随着煤比的上升,未燃煤粉带入的渣比增加造成“概念”渣比升高[2],按65%的燃烧率计算煤比提高10kg/tFe增加渣比3kg/tFe左右。A高炉采取合理优化炉料结构、球团矿降硅铝、烧结矿降镁等措施,提高入炉品味,降低渣比,同时规定及时变料应对原料波动。

    球团强化质量优先的理念,通过调整配矿比,优化原料系统工艺等措施,球团矿Al2O3含量从1.64%下降至的1.33%左右,球团矿SiO2由6.0%下降至5.5%左右。

    关于MgO对烧结矿强度的影响,观点不尽相同。但从近几年国内低镁烧结发展的趋势来看,随着烧结矿MgO的降低,烧结矿转鼓强度没有恶化。2016年马钢新区烧结厂对烧结矿进行了降MgO实践,由1.93%降至1.8%左右。

    通过不断优化烧结、球团生产工艺,烧结矿TFe由57.10%提高至57.40%,球团TFe由62.20%提高到62.79%,高炉综合入炉品位由58.45%提高到58.85%,渣比由310 kg/t下降300 kg/t以内。2016年A高炉综合入炉品味和渣比。

    2.2  上下部调整相适应,优化上部装料制度[3]

    上部调剂必须与下部调剂相适应。下部调剂是根据炉况及原燃料条件来调节风口面积、调整气流的初始分布来保持中心气流,保持合理的边缘气流,控制合适的回旋区大小,避免过高或过低的风速及鼓风动能对回旋区焦炭的影响,实现合理的煤气流初始分布,通过上下部调节达到“上引下吹”的效果。为了提高高炉稳定性及煤气利用率降低消耗,2014年下半年开始逐步取消中心加焦形成平台加漏斗的布料模式,该模式必须在保证中心的同时保持适当发展的边缘气流,在上部料制调整的同时下部也进行积极调整与上部制度匹配,A高炉的风口面积由中心加焦时的0.4503m2逐步调整到目前的0.4680m2,从操作实绩来看,高炉稳定性及煤气利用率均有提升。

    2.2.2  优化上部布料矩阵

    2014年下半年起马钢4000m3高炉开始改变思路,上部装料制度逐步由“中心加焦”模式过渡到“平台加漏斗”模式,中心加焦便于打开中心,促使中心气流发展;同时,推动炉缸“死料柱”的焦炭快速更新,有利于炉缸的活跃。A高炉采用中心加焦的布料模式也曾取得过良好的指标,但是中心加焦模式要求外界原燃料相对稳定,当原燃料发生变化时,尤其是焦炭质量变差,炉况稳定性受到极大的影响,严重时甚至导致炉况失常。平台加漏斗的布料模式主要优势在于稳定中心的同时适当疏松边缘,在一定程度上防止炉墙黏结并提高煤气利用率。改变思路以来,高炉整体稳定顺行,对外部原燃料条件变化的适应能力明显变强。

    平台加漏斗布料模式是在保证稳定合适中心气流的前提下适当疏松边缘,若中心气流不足,疏松边缘则会出现边缘局部气流,墙体温度局部上升,热负荷大幅上升,压制边缘则会出现炉墙黏结,都不利于高炉气流的稳定。A高炉以“稳定中心,适当疏松边缘”为指导思想,对各档位的负荷和计算落料点位置调整变化后进行持续跟踪,不断摸索各档的负荷变化梯度,并结合理论计算及十字测温各环带的温度变化找出之间的对应性,为上部调整提供依据,找出适合自身原燃料条件的调整基准,针对外界变化引起的气流变化,高炉利用对料线、布料角度方法临时调整过渡。平台加漏斗的布料模式下,保持合适稳定的平台宽度及漏斗深度对中心与边缘气流的稳定及合理分布至关重要,特别是随着负荷增加煤比的上升后对边缘的影响也会变大,平台不稳定更易出现气流不稳定,通过对上部调整建立趋势化管理,探索各档位负荷变化及矿焦角差和矿焦距炉墙的距离,逐步找到了合适的负荷分布及角差和距炉墙距离。为保证中心与边缘气流,边缘负荷不宜高出中心负荷过多,同时煤比上升对边缘气流影响加大,加大角差及减小矿焦距边距来调整中心与边缘气流的分配相对合适稳定但调整幅度不能过大,漏斗区域负荷适当加重来稳定控制次中心温度保持中心气流的集中、中心不过大;结合之前休风料面来看,平台宽度较窄只有1m左右(平台面积占炉喉面积的35%左右),气流易受外界条件的影响而影响负荷及煤比的提高,因此,在调整操作上开始围绕稳定边缘及找到合适平台宽度及位置,料线在1.35m状态下结合理论计算,随煤比上升逐步外扬角度,拓宽矿石平台宽度,矿石平台宽度由8.5°逐步拓宽至 8.9°,摸索焦矿最外角的位置,调整各档之间的角差使平台宽度稳定在1.2m左右(平台面积占炉喉面积的42%左右)的位置。2016年A高炉上部布料矩阵主要调整过程。

    2.2.2  扩大矿批

    批重对炉料分布的影响是所有装料制度参数中最重要的。批重决定炉内层状结构的厚度,批重越大、料层越厚,软熔带每层“气窗”面积越大,高炉将因此改善透气性。批重越大,整个料柱的层数减少,因此界面效应减少。界面效应给高炉布料带来的缺陷是明显的:首先,它破坏了炉料的层状结构,使布料操作复杂化;其次,由于矿、焦的互相作用,界面上的混合层是难以避免的,它对料柱的透气性会有不同程度的不利影响,减少界面效应有利于改善高炉透气性。当喷煤水平越来越高时,出现了是否存在最小焦层厚度的问题,以及如果存在会是多少的问题。一般来说,从实际生产观察,在高炉炉喉的矿层不应超过70-80cm,焦层不应小于32cm[3]。综合考虑马钢的原燃料条件,2016年A高炉矿批由100t逐步扩至110t,提高煤比降低焦比的同时,扩矿批选择焦批不动,保证炉腰焦层厚度不低于20cm(炉喉焦层厚度不低于40cm)。

      通过以上调整,A高炉逐步获得了稳定合适的两道煤气流分布,煤气利用率由48.5-49%水平提高至49-49.5%水平。

    2.3  提高煤粉燃烧率

    改善煤粉燃烧状态是改善料柱透气性,提高煤粉置换比、降低燃料比的关键,主要通过优化鼓风参数、热补偿、改善煤粉粒度组成等措施实现[5];马钢4000m3高炉风温基本稳定在1200-1220℃水平,富氧率2.5-3.0%的水平,理论燃烧温度2220-2300℃。马钢的富氧率在同级别高炉中是偏低的水平,低煤比条件下限制性不明显,但随着煤比的上升低富氧率的限制性就会越来越明显,就目前状况来看煤比达到160kg/tFe(燃料比500 kg/tFe,喷吹煤量60t/h以上),氧过剩系数只有1.06左右处于低水平影响煤粉燃烧,煤比继续上升将会影响更严重,富氧率有待进一步提高。随着煤比达到150 kg/tFe以上,进一步优化喷煤制粉,改善煤粉粒度,煤粉粒度<200目的比例由原来的74%左右提高到77%以上,改善煤粉燃烧状态。

    2.4 细化操作,加强管理 

    2014年开始在操作控制管理上创造性的建立了高炉体检预警及顺行体系,通过对历史数据的总结回归对高炉主要参数建立了管理控制界限,在日常操作中严格按照控制目标进行操作控制管理,形成目标值管理控制,为调整应对提供数字化、量化标准。为了强化过程体检的效果,建立“每日体检PDCA”验证表,从现状分析、原因分析、应对措施、结果验证、下一步操作方针五个方面完成对每日炉况的PDCA过程控制,保证每一步调整有理有据,有结果有分析。

    成立了各个分厂的相关技术组,主要负责技术方面的总结攻关,作为高炉体系的一部分,建立各自部分的过程控制标准,加强过程控制管理;各个技术组之间通过交流沟通,信息共享,共同提高自身的过程控制水平,为提高高炉的过程控制起到很好的作用。

    针对外部条件变化对高炉的影响,建立了各类操作应对预案及管理办法,在外界条件变化及事故突发的情况下,高炉操作者严格按照操作预案执行,操作者在处理时做到处理 “心中有数,脑中有路”,作出最快最准确的应对,减少高炉受外部条件影响程度,保证高炉在外部因素影响下平稳过渡。

    3  取得效果

    通过改善焦炭质量、提高入炉品味降低渣比、优化上部装料制度、提高煤粉燃料率、细化操作、加强管理等措施,A高炉在燃料比小幅下降的前提下,煤比由130kg/tFe提高至157kg/tFe,高炉各项经济技术指标均有所提升。

    4  结语

    (1)高效、低耗、稳定顺行是高炉生产的目标。提高煤比是个系统工程,整个铁前系统需要联动降本,保证高炉的长周期稳定顺行。

    (2)在不打破原有原燃料保供条件下,转变思路调整部分焦炭筛齿间距提高焦炭粒度,加快中心料柱的置换速度,改善炉缸工作状况、提高中心气流稳定性,对指标提高创造有利条件。

    (3)装料制度上对平台加漏斗模式的把控水平不断提高,建立上部制度与气流相关参数的趋势跟踪管理,为不断探索调整优化提供有利支撑。

    (4)高炉技术组成员分别跟踪不同的数据,建立自己的数据库形成趋势管理,发现异常及时汇报预警,对相关的数据进行整理分类,找到其相关性因素,不断完善体检制度,为高炉的高指标的稳定顺行提供数据依据和理论支撑。

    5  参考文献

    [1]周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京:冶金工业出版社,2002:72

    [2]朱锦明.宝钢高炉200kg/tFe 以上喷煤比的实践[J].炼铁,2005,24(增刊):36-40

    [4](荷)马丁﹒戈德斯等著,沙永志译.现代高炉炼铁[M].第3版. 北京:冶金工业出版社,2016:93-94.

    []惠志刚,丁晖. 马钢新区4000m3高炉提高煤比实践[J].炼铁,2009,28(4):26-29

    (责任编辑:zgltw)
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