承钢炼铁喷煤技术进步

2008年全国炼铁技术交流会论文集1承钢炼铁喷煤技术进步张晓冬、祁海龙、李文英(唐钢集团承钢公司炼铁厂)摘要：承钢高炉以冶炼钒钛矿为主，冶炼的的特殊性使喷煤成为了高炉冶炼的一个技术难点。为了解决这个问题达到节焦降耗的目的，承钢炼铁厂一直以来都在进行喷煤的技术攻关，并且随着生产规模的不断扩大喷煤系统从建设投产到现在经过了几次大的改造，使煤比得到稳步提高。关键词：高炉煤比钒钛1概述承钢现有6座高炉，有效容积分别为1＃（1260m3）、2＃（450m3）、3＃（274m3）、4＃（300m3）、5＃（2500m3）、6＃（380m3）。高炉以冶炼钒钛磁铁矿为主，炉渣中TiO2含量在9％～13％之间，属于中钛型钒钛矿冶炼。自1994年开始喷煤以来，通过十余年生产实践及设备改造，喷煤技术日臻进步，煤比逐年提高，人炉焦比不断降低，各项指标都有逐步优化。承钢高炉喷煤以来主要经济技术指标见表1表1：1995至2007年中型炉主要技术指标时间煤比Kg/t利用系数t/m3.d入炉焦比Kg/t风温℃综合冶强t/m3.d1995年36.52.1485329241.161996年54.02.0395869491.291997年87.62.10152910101.261998年100.82.18053310061.331999年1022.1535189701.312000年1072.13351010151.252001年158.62.42545010871.352002年155.73.04742510871.642003年150.23.10441210771.592004年177.33.26039911011.7282005年161.32.73642310551.4712006年1673.19341510191.7662007年150.12.9244448691.7072钒钛矿冶炼喷煤特点钒钛矿冶炼高炉喷煤有其特殊性，承钢属于中钛型钒钛矿冶炼，原料品位低，渣量大，炉渣中2008年全国炼铁技术交流会论文集2含12%左右的Ti02，提高喷煤比后，部分未燃煤粉进人渣中，由于其具有较高的反应活性，易使炉渣中的Ti02还原生成Ti(CN)高熔点化合物，从而使炉渣变粘，流动性差，上下渣难出，铁损高。而一部分未燃煤粉随煤气上升过程中也极大地恶化了料柱的透气性，上部煤气流不易稳定，易突发崩、悬料。所以钒钛矿冶炼高煤比操作一直是困扰炼铁的难题。3喷煤技术措施的探索3.1提高富氧量2001年开始利用炼钢余氧给高炉富氧，富氧和喷煤对高炉冶炼过程的影响大部分是相反的，二者的有机结合，改善了燃料的燃烧条件，增加了风口前燃烧强度，从而提高了煤粉燃烧率，维持了适宜的理论燃烧温度，使炉缸变得活跃，为提高喷煤比创造了条件。3.2使用高风温高炉喷煤后，风口前理论燃烧温度降低，炉缸冷化，为提高风温创造了条件。通过对原有内燃式热风炉的顶燃式改造、应用助燃风预热技术、优化热风炉的烧炉换炉制度、对工长贯彻全风温操作的思想一系列措施以后，高炉风温使用水平明显提高，2004年上半年风温达到1103℃，风温提高以后，炉缸热量充沛，活跃了风口区域，极大地改善了煤粉的燃烧率。3.3选用优质的喷吹煤种在承钢生产条件下，对于1000m³级以下高炉，当煤比为100Kg/t左右、不富氧或低富氧率时煤的挥发分含量宜控制在18%左右；当煤比提高到200Kg/t以上时，煤的挥发分含量应控制在20%以上。基于以上原因，决定选择一种比无烟煤挥发份高的新煤种进行喷煤试验，经过项目考察和调研，针对京西无烟煤灰份高、煤质硬燃烧率低等不利因素，最后决定用神华烟煤和宁夏无烟煤混喷的方法来制造一种挥发分较为理想的煤种。在2000年试验的基础上，2001上半年完成了宁夏洗精煤替换京西无烟煤的工作。煤种优化以后，煤的灰份由15-17%降至5-8%，煤粉的置换比由0.72提高到1.03，取得了很好的经济效益。3.4烟煤与无烟煤混喷应用传统的喷煤工艺是喷吹无烟煤，高炉喷吹煤粉后，由于无烟煤的挥发份较少，喷煤量过大后，容易在风口结焦，造成高炉料柱透气性下降，严重时影响高炉顺行。这也进一步影响了喷煤量的提高，承钢2000年喷煤比只有107kg/TFe,远远低于全国平均水平，从煤粉消耗过程看，提高煤比有两个途径：1）提高煤粉在风口回旋区的燃烧率，使煤粉在喷入高炉后迅速气化燃烧，成为炉缸初始煤气流的一部分参与还原反应；2）未燃煤粉在炉内的反应能力，使未燃煤粉在炉内高温区通过气化反应消耗，其机理为：FeO+CO=Fe+CO2CO2+C=2CO综合效果为：C+FeO=Fe+CO2008年全国炼铁技术交流会论文集3然而无论是煤粉在风口回旋区高效率燃烧，还是未燃煤粉在炉内有效气化，都与煤种有关。承钢喷吹用煤为低灰份高发热值的精洗无烟煤，根据国内外喷煤经验，应适当混配反应性较好的烟煤，使混煤挥发分稳定在18-21%，达到较高的煤焦置换比和良好的燃烧效果及合理的经济指标。在2001年6月23日开始进行烟煤与无烟煤比例为3：7混喷的试验，并于同年11月份顺利实现了1：1高炉混喷。通过将烟煤和无烟煤进行适当比例混合，再混合制粉喷吹，配煤混合具有某种催化燃烧的混合效应。在喷吹条件下，采用混煤喷吹可改善煤粉的燃烧性能，提高煤粉燃烧率和高炉喷煤比。3.5严格控制煤粉粒度稳定制粉系统风量、压力、磨机进、出口温度三个重要参数，将煤粉粒度－200mm网目稳定在50％，同时控制+80mm网目小于3％，达到稳定喷吹，获得了良好的煤粉燃烧效果，解决了高煤比炉渣变粘的现象。4配合大喷煤冶炼优化高炉操作4.1上部调剂上部在改善原燃料的基础上，使用大料批正分装制度，增加正装比例至80％以上。矿批根据冶强进行调整；近几年在改造煤气及炉顶设备基础上，炉顶压力逐步提升，控制在70kpa左右，稳定了上部煤气流，提高了煤气利用率。4.2下部调剂钒钛矿冶炼必须要从下部活跃炉缸工作，同时稳定上部煤气流。实践表明，随着喷煤量的逐步增大，炉缸煤气发生量增大，而矿焦比增加，焦层变薄，料柱透气性变差，中心不容易吹透。表现为中心煤气流不足，边缘煤气流发展，顶温高，上部煤气流不易稳定。为此，下部有意识地缩小风口并换用长风口和斜风口，以活跃炉缸，保证标准风速在120m/s以上，实际风速在240m/s以上，鼓风动能大于45kJ/s。4.3降低生铁[Si+Ti]稳定炉温钒钛矿冶炼炉温以铁水[Si+Ti]值为标志，日常操作根据原燃料条件[Si+Ti]值控制在0.25%-0.6%之间。由于钒钛矿和大喷煤冶炼特点，炉温和碱度过高炉渣易粘稠，铁损高，透气性差，上下渣难出。适当降低炉温，可改善渣铁流动性，降低焦比，同时也有利于全风温操作，实践表明，富氧率提高后，在相同[Si+Ti]下，富氧率提高，降低[Si+Ti]仍能保证铁水有充足的物理热。4.4改善原燃料条件自2001年以来在公司大力提高机烧矿品位、机烧矿比例及焦炭质量等优化入炉料的基础上，炼铁厂从机烧矿喷洒CaCl2提高机烧矿的低温强度、入炉矿筛分、入炉料配比及焦炭水分等方面入手，强化入炉料管理，实现炉况稳定，为提高煤比创造条件。4.5增加出铁次数承钢高炉渣铁比在400kg/t左右，随着煤比和冶强的提高原每天12炉出铁制度已经限制了生产水平的进一步提高，表现为渣铁前憋压严重、料速变慢、渣面上升，使渣中未燃煤粉增2008年全国炼铁技术交流会论文集4多，炉渣变粘，严重时还会造成悬料。将日出铁次数从12炉逐渐增加到15炉以后，铁前憋压现象明显减少，炉渣流动性得到了改善。5喷煤系统改造承钢高炉喷煤系统于80年代末开始设计，90年代初开始施工，1994年4月进行试喷，同年8月，3#、4#高炉开始喷煤。1995年开始，陆续对喷煤系统进行了改造和扩建，其中应用了大量的新技术、新工艺。极大地促进了高炉生产节焦降耗，创造了巨大的经济效益。1997年6月进行了并罐向串罐的改造以及对球磨机进行改造，不仅实现了一个制粉系统向两个喷吹系统送煤，而且缩短了喷吹倒罐时间，提高了连续喷煤能力，能够达到持续稳定喷煤。1997年煤比达到87.27kg/t.Fe，1998年煤比达到100.81kg/t.Fe，1999年6月6#高炉投产后，再次对系统进行改造，2#高炉、6#高炉实现了喷煤，1999年煤比达到了106.5kg/t.Fe，已经接近了同行业先进水平。自2005、2006年1260m3高炉和2500m3高炉相继投产以来喷煤能力已远远不能满足全厂正常喷煤需要，喷煤能力的不足严重制约高炉指标的优化，使焦比、煤比、风温等各项指标有所下滑，为了不断加快节约焦碳、降低成本的步伐，炼铁的喷煤系统又一次进行了相应的扩建改造，并于2007年9月5日正式投产。新建喷煤系统的两台磨煤机大小相同，每一台磨煤能力达35吨/小时，基本解决了新5#高炉（2500m3）的喷煤问题。6结语冶炼钒钛磁铁矿的高炉喷煤后，未燃煤粉进入炉渣中还原TiO2，生成T1(C,N)，造起炉渣变粘，破坏冶炼行程。因此，打破冶炼钒钛磁铁矿高炉喷煤禁区的关键在于设法努力提高煤粉的燃烧率，均匀喷吹、提高风温、适当富氧都是有效的技术措施。而提高煤比，实行大喷煤量的限制则在于承钢高炉入炉铁分低，渣量大，未燃煤粉会严重影响到高炉料柱的透气性。为此在现有生产条件下必须大力降低入炉原、燃料含粉率，优化高炉操作制度以保证大喷煤条件下高炉料柱的透气性，满足提高煤比需要。