高爐低成本冶煉的工業(yè)研究

紀(jì)林華

(南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京 210035)

引 言

目前中國鋼鐵行業(yè)面臨節(jié)能減排的巨大壓力，國家對鋼鐵行業(yè)能源消耗總量控制，作為鋼鐵企業(yè)的煉鐵高爐消耗的資源占整個鋼鐵流程的90%，而能源消耗占鋼鐵成本的70%。因此不斷降低高爐燃料比不僅有利于提升鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭力，而且符合國家“低碳煉鐵，低碳排放”的要求。

南京鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“南鋼”)5號高爐(1800 m3)采用PW串罐無料鐘爐頂，全鑲磚的薄壁內(nèi)型結(jié)構(gòu)，爐腰、爐腹、爐缸下部采用銅冷卻壁軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)，3座頂燃式熱風(fēng)爐加煤氣和空氣雙預(yù)熱，干法布袋除塵系統(tǒng)等。開爐后高爐有效利用系數(shù)達(dá)到2.35 t/m3·d，燃料比531.0 kg/t，焦比387.2 kg/t，煤比140.0 kg/t，實現(xiàn)了南鋼大型高爐開爐達(dá)產(chǎn)達(dá)效的較好的水平。但與國內(nèi)同類型高爐相比較，經(jīng)濟指標(biāo)仍有較大的差距(寶鋼和京唐高爐燃料比保持在490.0 kg/t)。面對差距，鐵廠全面部署和實施煉鐵事業(yè)部降低燃料比計劃，發(fā)揮設(shè)備和技術(shù)優(yōu)勢，強化原燃料管理，不斷優(yōu)化高爐操作參數(shù)促進(jìn)高爐長期穩(wěn)定順行，配合采取最大限度提高煤粉置換比等措施，燃料比降至511.82 kg/t。

1 高爐低成本制造措施

隨著高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展，大型化、高利用系數(shù)、低成本的操作模式獲得企業(yè)的認(rèn)同。為了降低冶煉成本，最大限度提高煤粉置換比，噴煤比不斷提高，高爐對原燃料的質(zhì)量要求不斷提高。由于市場競爭，企業(yè)對高爐冶煉成本嚴(yán)格控制，同時原燃料的穩(wěn)定性趨于下滑，為了保證高爐穩(wěn)定順行，實現(xiàn)高利用系數(shù)、低燃料比生產(chǎn)，南鋼根據(jù)企業(yè)自身情況，以穩(wěn)定爐料質(zhì)量、強化原燃料管理工作、優(yōu)化高爐操作工藝參數(shù)、穩(wěn)定設(shè)備運行等手段，保證低成本冶煉的穩(wěn)定推進(jìn)。

2 高爐低成本制造方法

2.1 穩(wěn)定爐料質(zhì)量 ，優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)

5號高爐用料基本結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦70-75%、廠球10-15%、生礦15%。燒結(jié)礦用料比例大，穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量對高爐穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。在減少燒結(jié)礦質(zhì)量波動對高爐影響方面采取主要措施有：

(1)減少混勻料換堆影響。燒結(jié)生產(chǎn)由于受原料廠混勻場地的限制(原料廠鋪料能力10×104噸)，一般每周要進(jìn)行換堆，頻繁的換堆造成入爐燒結(jié)礦成分及性能指標(biāo)波動大，影響高爐穩(wěn)定順行。為減少換堆對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，一方面，換堆時燒結(jié)主控工記錄好新堆混勻料進(jìn)料倉時間和噸位，根據(jù)原料廠提供的新堆化學(xué)成分，及時調(diào)整工藝參數(shù)和灰石比例，穩(wěn)定堿度、減少性能指標(biāo)波動；另一方面，為減少燒結(jié)礦成分波動對高爐的影響，換堆時燒結(jié)主控室及時與鐵廠調(diào)度聯(lián)系，做好預(yù)警，讓高爐值班室調(diào)整操作，做好換堆相對穩(wěn)定操作。

(2)控制適宜燒結(jié)礦FeO含量。FeO含量對燒結(jié)礦質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在強度和還原性兩方面，普遍規(guī)律是FeO含量高，強度好但還原性相對差，高爐燃料比上升。2×220 m2燒結(jié)機采用低碳厚料層慢機速燒結(jié)法，生產(chǎn)高堿度、FeO適宜、強度和還原性好的燒結(jié)礦。2015年7月，2×220 m2燒結(jié)機臺車欄板由760 mm改造加高到840 mm，生產(chǎn)過程中控制機速1.65-1.70 m/min。厚料層使燒結(jié)垂直速度變慢，自動蓄熱增強，燒結(jié)氣氛向氧化性發(fā)展，有利于鐵酸鈣液相生成，F(xiàn)eO含量下降，F(xiàn)eO控制在8.5±0.5%，獲得強度和還原性好的燒結(jié)礦。

(3)大力發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)，為合理爐料結(jié)構(gòu)提供優(yōu)質(zhì)酸性爐料，球團(tuán)礦品位達(dá)64.19%左右(燒結(jié)礦品位55.6%左右)。適當(dāng)提高球團(tuán)礦用料比例，使入爐平均品位提高到58.51%，渣量大幅度減少，降低冶煉過程熱量消耗，產(chǎn)量提高，燃料比下降。

2.2 穩(wěn)定焦炭質(zhì)量

5號高爐沒有配套自產(chǎn)焦，全部使用外購的焦炭，種類繁多，質(zhì)量波動大。焦炭質(zhì)量變化對高爐生產(chǎn)影響很大，特別高爐提高入爐噴煤比更為明顯。煉鐵事業(yè)部安排人員到焦炭廠家進(jìn)行駐廠監(jiān)管，從源頭抓焦炭的質(zhì)量。外購焦的水分含量在4.0-10.0%左右，有時高達(dá)12.0%左右，水分波動引起焦炭實際量變化，造成爐溫波動，同時過高的水分使焦粉黏附在焦塊上，影響焦炭的篩分效果，惡化爐缸透氣性。首先，大幅度減少外購焦炭的品種，確定首山焦、陽光焦等為主要品種，并且保證高爐焦炭使用比例基本穩(wěn)定為一級焦∶二級焦∶混合焦=60∶20∶20。其次設(shè)置1套焦炭干燥系統(tǒng)，用熱風(fēng)爐熱廢氣干燥焦炭，通過煙氣烘干使焦炭中的含水量下降至3.0%，能夠降低燃料比3.0-5.0 kg/t。干燥的碎焦粉返回2×220 m2燒結(jié)廠燃料1#中間倉經(jīng)破碎后供4#燒結(jié)機使用，改善燒結(jié)燃料性能，優(yōu)化燒結(jié)過程加熱制度，穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量。

2.3 優(yōu)化高爐操作參數(shù)

2.3.1 取消中心加焦

5號高爐是在原小高爐的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)型建設(shè)，高爐開爐后一直采用保險且相對保守的“中心加焦”模式。中心加焦模式是將焦批30%左右的焦炭加到中心，因為中心焦有利于改善中心料柱的透氣性，保持中心氣流的穩(wěn)定，有利于高爐順行和強化，同時操作上對外圍原燃料波動的選擇范圍更大一些，但中心加焦操作的高爐由于中心氣流旺，結(jié)果是煤氣利用率低，燃料消耗偏高。技術(shù)人員借鑒寶鋼采用的“平臺+漏斗”模式，2015年3月，高爐逐步嘗試由“中心加焦”操作模式向“平臺+漏斗”布料模式過渡，煤氣曲線由中心發(fā)展向平坦型發(fā)展，煤氣利用率提升2-3%，爐況日常操作的穩(wěn)定性和適應(yīng)性能力得以提高，同等原燃料條件下高爐燃料比下降5.0 kg/t，且有利于提高高爐使用壽命和穩(wěn)定順行。

2.3.2 進(jìn)一步提高頂壓

高壓操作就是通過凈煤氣管道上的調(diào)節(jié)閥組和TRT靜葉提高爐頂壓力，從而使整個高爐內(nèi)煤氣處于高壓狀態(tài)。一般認(rèn)為高爐爐頂壓力在0.3 MPa以上叫高壓，現(xiàn)代大高爐頂壓達(dá)0.2-0.3 MPa，理論上爐頂壓力每提高10 kPa，可增產(chǎn)2-3%，降低燃料比5.0 kg/t。提高頂壓可改善爐頂布料，壓縮爐腹煤氣量，提高煤氣利用率，有利于增產(chǎn)和節(jié)焦。5號高爐從2015年3月至4月，頂壓由195 kPa提高至206 kPa，煤氣利用率得以改善，燃料比下降2.13 kg/t。另外，頂壓提高后爐內(nèi)煤氣流速降低，全壓差降低到153.0 kPa，為爐況的調(diào)整和提高技術(shù)指標(biāo)獲得相對寬松的量關(guān)系。頂壓使用情況如表1所示。

表1 頂壓使用情況/kPa

2.3.3 設(shè)置熱風(fēng)爐煤氣調(diào)度系統(tǒng)和高效燒爐，提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫

提高風(fēng)溫是降低燃料比的重要措施。據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)溫在950-1350 ℃時，每提高100 ℃可降低焦比8-20 kg/t，增加產(chǎn)量2-3%.南鋼有5座高爐共17座熱風(fēng)爐，熱風(fēng)爐同時燒爐時煤氣耗量大，高爐煤氣儲存罐容積有限(2×105m3)，壓力和流量波動大，熱風(fēng)爐爐溫達(dá)不到燃燒期T拱=1300 ℃。煉鐵事業(yè)部決定設(shè)置熱風(fēng)爐煤氣調(diào)度系統(tǒng)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)(錯開)5座高爐熱風(fēng)爐燒爐與換爐時間，穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)的壓力和流量。

5號高爐3座頂燃式熱風(fēng)爐使用高爐煤氣作燃料，由于高爐煤氣熱值較低(330-460 kJ/m3)，經(jīng)空氣和煤氣雙預(yù)熱(180 ℃)也不能滿足1200 ℃風(fēng)溫的要求，為此需要采取煤氣富化的方法(加入高熱值煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣630-1050 kJ/m3)，熱風(fēng)爐拱頂溫度達(dá)到1350 ℃，風(fēng)溫由原來的1170 ℃上升到1200 ℃，提高30 ℃。高風(fēng)溫有利于增加爐缸熱量，活化爐缸，為最大限度提高噴煤創(chuàng)造條件，煤比140.0 kg/t提高到150.0 kg/t，降低綜合燃料比。

2.3.4 拓寬布料平臺

2.4 加強爐前和設(shè)備管理措施

2.4.1 爐前管理措施

5號高爐日產(chǎn)鐵水4400-4800 t，爐前負(fù)荷較大，為保證高爐穩(wěn)定順行，特制定詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文件，使?fàn)t前操作標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、規(guī)范化。

2.4.2 設(shè)備管理措施

設(shè)備正常運轉(zhuǎn)是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，5號高爐通過推行全員設(shè)備管理和點檢員管理，提高設(shè)備保障能力，確保高爐系統(tǒng)設(shè)備長期穩(wěn)定有效運行，加強點檢人員對高爐系統(tǒng)設(shè)備點檢及維護(hù)力度，堅持設(shè)備定期加檢修制度，強化日常設(shè)備維護(hù)，減少設(shè)備事故，降低設(shè)備的慢風(fēng)率和休風(fēng)率，基于設(shè)備故障造成高爐慢風(fēng)及休風(fēng)將對有關(guān)責(zé)任人進(jìn)行考核。5號高爐生產(chǎn)主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 5號高爐生產(chǎn)主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié)束語

南鋼5號高爐通過穩(wěn)定爐料質(zhì)量、優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)、提高焦炭利用率、優(yōu)化高爐操作工藝參數(shù)、穩(wěn)定設(shè)備運行等手段，取得很好的效果,高爐利用系數(shù)由2.35 t/m3·d提高到2.488 t/m3·d，燃料比由531.0 kg/t下降到511.82 kg/t，渣鐵比309.89 kg/t，生產(chǎn)主要技術(shù)指標(biāo)大幅度優(yōu)化，經(jīng)濟指標(biāo)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，接近了國內(nèi)先進(jìn)水平，實現(xiàn)了低成本冶煉的工業(yè)生產(chǎn)。