中国炼铁网移动版

近年来,为应对严峻的钢铁形势,邯钢将优化高炉原料结构、提高块矿比例作为降低生产成本的主要途径。从2020年开始,尝试提高1号高炉(3200m’)块矿比例,但受管理水平和冶炼技术的影响,无法克服块矿含粉率高、低温粉化严重、冶金性能差有害元素含量高的缺点,高炉经常出现透气性恶化炉墙结厚、渣铁出不净等问题,炉况难以稳定顺行尤其是当块矿比例提高至15%以上时,炉内压差显著升高、软熔带厚度及料层透气性进一步恶化!高炉顺行严重受阻。为提高块矿比例,稳定高炉生产,采取优选块矿品种、减少粉料入炉,优化排料顺序、造渣制度及上下部操作制度等措施,取得了良好的效果。

1 块矿比例难提高的原因

高炉原料中块矿价格最低,但冶金性能也最差块矿的诸多缺点限制了其在高炉炉料结构中的比例。在1号高炉生产实践中,当块矿比例>15%以后,炉况顺行会变差,经过分析主要原因有以下几点。

(1)块矿是天然矿石,含有结品水和碳酸盐,在高炉内被加热时,因结晶水逸出、碳酸盐分解,使矿石爆裂,产生大量粉料,影响高炉上部的透气性[2]

(2)块矿中A10,含量比较高,随着块矿比例的提高,炉渣(A10,)也会升高,当块矿比例达到20%时,炉渣(A1,0,)高达17.5%~18.5%,黏度呈指数级上升,进而影响高炉顺行[31

(3)块矿在开采、运输、造堆中容易产生大量粉料,进入高炉后导致高炉透气性下降。尤其是在雨雪季,块矿中的粉料吸收大量水分变成“胶体”状,难以筛除,并出现下料困难,黏结筛底,冬季冻仓现象,这些都制约了块矿比例的稳定与提升。另外,高块矿比例下,如果操作不当,在高炉炉墙容易形成黏结物,造成炉墙结厚、煤气流失常。

(4)块矿冶金性能较差,软化开始温度低,荷重还原熔滴性能差,造成高炉软熔带增厚、透气性变差,影响煤气流二次分布和炉况顺行程度。

(5)块矿致密性较高,在炉内仅块矿表面与煤气发生反应,因此还原性较差,导致高炉燃料比升高、生产成本增加。

2  提高块矿比例的措施

2.1 优选块矿品种确立炉料结构

块矿品种不同,热爆裂性能、软化区间、还原性能等差别较大[4],因此选择适合自身条件的块矿非常重要。按产地分,主流块矿有国产块、澳块、巴西块和南非块等。为找到“性价比”较高的块矿,邯钢与重庆大学等高校开展合作,测定了国内外主流块矿的还原性、热爆裂指数、熔滴性能、软化区间等重要指标。结合1号高炉实际炉料结构,在实验室拟高炉冶炼环境,测量炉料对料柱透气性和炉况顺行的影响。经过上百次实验,选出澳矿中的PB块和纽曼块作为1号高炉主要块矿。

为保证生产稳定顺行,生产中定期对高炉实际炉料的冶金性能进行测试,时刻关注块矿在生产中的应用情况,防止炉料性能变化大对生产造成负面影响。同时,检验不同碱度烧结矿与块矿配合使用的最佳指标,用于指导烧结矿生产。在实验室开展模拟高炉全炉料结构的冶炼试验,确立了“20%块矿+77%烧结矿+3%球团矿”的常用炉料结构,该炉料结构下烧结矿碱度控制在1.85时,炉料冶金性能最优,有利于高炉稳定顺行。1号高炉炉料熔滴特性曲线如图1所示。

2.2 控制块矿含粉率

(1)块矿造堆及整粒。块矿来料后,利用皮带机进行造堆,由于自然特性,大块料滚动到料堆边沿,粉料集中在料堆中心。造堆完毕,用取料车将中心粉料取出用于烧结矿配料。为使粒度均匀,用铲车把大块料均匀撒布在料堆表面上,再用取料车进行断面取料,整粒后块矿5~20mm粒度占比能达到75%。最后,在料场到高炉的转运站上设置强力筛除部分粉料,对块矿再次整粒,5~20mm粒度占比提高到 80%。

(2)改造槽下振动筛,增强筛分效果。传统振动筛是棍状筛底,筛棍间隙容易被小粒度炉料或潮湿粉料结块堵塞,失去筛分功能,致使炉料中的粉料无法筛除而进入高炉,引发炉况失常,因此需要定期清理筛棍。传统的清理方法需要将振动筛上方除尘罩拆除,工人爬上筛面逐个清理。该方法不仅非常费时,而且效果差,严重影响备料时间,对高炉顺行相当不利。针对这个问题,首先将筛底换成聚氨酯孔状筛,可以有效减少粉料黏结筛底情况的发生;其次,将底做成多个模块,类似拉抽屉的方式拉出需要清理或检修的筛底,装入新筛底。该方法无需拆除除尘罩,不影响备料即可实现底快速更换,更换下来的筛底清理干净后备用。上述措施不仅提高了振动筛检修效率、增强了筛分效果,而且有效地减少了粉料入炉。筛分后块矿7~20mm粒度占比≥98%,粉料率≤2%。1号高炉快拆式振动筛结构如图2所示。

(3)改造料仓,解决黏结筛网问题。在雨雪天气或造堆打水抑尘时,块矿含水量明显增加,由于块矿的特性,这部分水大多被粉料吸收,形成“胶体状”料。这种料轻则黏结料仓嘴,造成下料不畅,影响备料速度,重则黏结筛网,使振动筛失去分能力,导致大量粉料进人高炉,恶化炉况。针对这一状况,通过改造料仓嘴结构,将高炉鼓风机站200℃左右的热风引至槽下!1,通过特制环管均匀地吹入块矿仓,利用热风加热块矿来防止冻仓,减少“胶体状”料黏结筛网或料仓嘴的问题,进而减少粉料人炉量,使高炉块矿比例全年稳定在20%,有效地降低了生产成本。雨雪天,采用热风加热前后1号高炉振动筛筛网实况见图3。

2.3 优化排料顺序

随着块矿比例的不断提高,高炉经常出现边沿结厚、炉况难行现象。尤其是雨雪天气,块矿粉料难以筛除的情况下更易出现。经研究发现,将块矿布料至边沿时,由于其自然特性,大块料向高炉中心滚动,而粉料则更容易在炉墙边沿堆积,如果高炉边沿布有大量块矿,在粉料增加时就会出现板结(见图4)。随着冶炼的持续进行,这种板结料来到炉身中下部,由于块矿熔化开始温度低,板结料熔融后黏附在炉墙上,随着黏结物的不断聚集,出现炉墙结厚影响煤气流三次分布,造成炉况失常。

为此,优化排料程序,要求块矿排料顺序不能早于烧结矿,使焦丁在第一顺位排料,料头单排15%烧结矿,然后再进行烧结矿和块矿混排,料尾单排13%烧结矿,形成以烧结矿和焦丁为主的料头,以烧结矿为主的料尾,中间为烧结矿、块矿、球团矿以及熔剂的排料顺序。同时,为避免料流在中间斗和料罐内出现二次混料,通过延长第一个块矿仓与第-个烧结矿仓和焦丁仓排料的时间间隔,优化皮带上的料流结构,减少二次混料。该措施有效地解决了块矿比例升高后的炉墙结厚问题。

2.4 优化造渣制度

随着高炉块矿比例的增加,炉渣(A10:)升高至17.5%~18.5%,此时炉渣熔化性温度显著升高,变得黏稠,流动性变差,高炉常因渣铁出不净而顺行变差。高铝渣条件下的冶炼是一个业界难题很多学者就添加MgO解决高A,0,铁矿石冶炼开展了大量的研究!5-1],尤其是炼铁专家刘云彩,对Mg0具有改善炉渣黏度作用的研究过程及炉渣镁铝比问题进行了非常有益的探讨[6]。上述研究成果均表明,适当配加MgO可以降低高铝渣的黏度[]。结合1号高炉生产实践,炉渣镁铝比控制在0.47~0.52.能够显著改善高铝渣的流动性,确保其顺利流出,改善炉况。

另外生产实践表明,在保证铁水温度>1515℃的前提下,适当降低炉渣碱度也可以改善高铝渣的流动性。究其原因,炉渣碱度降低后渣量相对增加在一定程度上降低了炉渣(AL0)的含量。操作上,炉渣二元碱度由1.25~1.30逐步降低至1.18~1.23,但需要注意的是,渣量提高势必带来燃料比升高和脱硫效果下降,因此必须控制好炉渣二元碱度下限。

2.5 优化操作制度

(1)装料制度。针对块矿比例大于15%后,炉况顺行变差的问题,对高炉运行状态进行了详细分析。认为,块矿比例增加后,高炉料柱透气性降低压差升高,是炉况顺行变差的根本原因。高炉块矿比例提高,软熔带厚度必然增加,煤气穿过软熔带需要做更多的功,表现为高炉透气性变差,透气性指数K变大,风量、富氧量降低,进而导致炉况难行。装料制度不可能降低软熔带厚度,但可以改变软熔带的位置和形态。通过调整炉料的径向焦炭负荷,改变软熔带位置和形态,进而改善高炉料柱透气性是可行的。

通过不断地摸索,开发了“焦包矿”布料技术主要思路是形成中心和边沿同时开放的两股气流提高料柱透气性来提高风量和富氧量,稳定高炉顺行。操作上,仍然通过中心加焦来维持较强的中心气流,不同的是布料上通过减小矿石布料角度,形成矿石平台较焦炭平台窄的矿带和边沿焦炭,维持较强的边沿气流,充分把透气面积占比达70%的边沿利用起来。通常,矿石布料最大角度小于焦炭最大角度1°~2°,矿石挡位增加至5挡,矿角差增加109左右,让矿石均匀分布在焦炭平台内部,形成独特的“焦包矿”布料形式(如图5所示)。

1号高炉“焦包矿”布料技术典型布料矩阵为C’,”、”0、.。”。具有中心气流强、边沿气流稳定的特点。与中心加焦布料相比,能形成相近的中心气流,又有更稳定的边沿气流,两股气流均衡发展,高炉透气性增强,风量、富氧量水平提高,高炉顺行得到很大改善。

(2)送风制度。上部装料制度优化后,需要与下部送风制度相配合,才能保证炉况长期稳定。为改善高炉顺行程度,下部调节上开发了“两全两高’的操作技术。“两全”是指全风全氧,目的在于尽可能地创造条件提高人炉风量、富氧量,以形成足够的炉腹煤气量,增加初始煤气流对炉缸下部的“搅动:作用,借以活跃炉缸和增加中心气流强度。“两高是指高风速高鼓风动能,可以增加初始煤气向中心的穿透深度,目的在于“吹透”中心,形成强有力的中心气流。

按照上述技术思路,在操作上适当减小风口面积,由0.4358m'逐渐缩小至0.4012m',同时增加长风口使用个数，占比由30%提高至60%。风口面积减小后,同样风量、富氧量条件下,风速、鼓风动能增加,初始煤气流吹透能力增加,中心气流增强,十字测温中心高温点变窄,形成集中有力的中心“气流束”料柱透气性增强。风量、富氧量水平有较大的提高,料柱更加“疏松”为提高矿批创造了条件矿批由82t逐步提高至94t,煤气利用率由46%提升至48%,燃料比进一步降低到512kg/t,日产量提升至8600td,形成高产低耗的良好局面。1号高炉主要操作参数见表1。

3 生产效果

通过采取以上措施,1号高炉块矿比例稳定在20%,炉况长期稳定顺行,2023年下半年技术经济指标优良(见表2)。平均日产量保持在8600td以上,煤比155kg/t,燃料比512kg/t,生产成本大幅降低,经济效益明显。

4 结语

(1)块矿含粉率高,难以筛除,是1号高炉块矿比例难以提高的首要原因,采取必要措施降低块矿含粉率,减少粉料入炉量,是高炉提升块矿比例的主要方向。

(2)块矿中粉料难以筛除时,必须优化排料顺序,避免块矿直接接触炉墙,造成炉墙结。

(3)高炉内良好的煤气流分布是提高块矿比例的前提。在保证中心气流的前提下,适当放开边沿气流,是块矿比例提升后保证料柱透气性的必要措施。

(4)当炉渣(A10;)达到17.5%~18.5%时,将炉渣镁铝比提高到0.5左右,并适当降低炉渣碱度和提高铁水温度,有利于在高块矿比例冶炼条件下改善高铝渣的流动性。