唐钢高炉喷吹煤粉配加碳粉的生产实践

日期:2016年12月28日/ 人气: /编辑:王少宁,司新国 /来源:冶金之家


近几年,随着我国经济发展的放缓和世界经济的疲软,钢铁产能严重过剩,市场的低迷,环保的压力等因素,使得钢铁行业的生存与发展举步维艰。降低生产成本和提高产品附加值成为钢铁企业共同追求的目标。在钢铁流程中,炼铁工序的能耗占钢铁制造流程总能耗的 70% 。同时焦炭作为高炉炼铁的主要燃料,占总燃料成本的 80% 以上。所以以低价的煤粉代替高价的焦炭成为降低生铁成本的有效措施之一。随着炼铁技术水平的不断提高,高炉除尘灰的量也不断增加,其主要成分是铁和碳。高炉除尘灰主要用于烧结原料加入烧结生产工序。唐钢开发出一种新工艺,将高炉除尘灰加工后分离出含碳较高的碳粉和含铁较高的铁粉,这样不仅可以实现除尘灰的高效利用,还可以降低高炉喷煤和烧结成本。文章从生产实践角度论述高炉喷吹煤中配加碳粉的实用性和经济性。

  1 喷吹碳粉的工业分析

  高炉喷吹煤粉及碳粉的工业分析见表 1。由表 1 可见,碳粉的碳含量比烟煤高,介于烟煤和无烟煤之间,固定碳的含量决定着煤粉的发热值的大小,也决定着喷吹煤粉对焦炭的取代作用。较高的固定碳含量可以带来较高的煤焦置换比。硫含量与无烟煤持平,高炉原燃料中的硫会大量进入铁水,使得高炉的渣量升高,在混煤过程中应该充分兼顾硫含量。灰分含量相对较高,不利于高炉喷吹,在高炉内燃烧后容易大幅增加渣量,增大显热损失,降低煤粉的置换比,在混煤过程中应该注意混煤灰分的含量。碳粉的挥发分与唐钢所用无烟煤的挥发分含量比较接近,过高的挥发分含量会在生产中引发安全隐患,碳粉的挥发分含量低,有利于增加烟煤配比的含量,有利于进一步降低混煤的成本。

唐钢高炉喷吹煤粉配加碳粉的生产实践

  2 碳粉经济效益及混煤结构

不同煤粉具有不同的物理化学性能。几种煤粉按比例进行混合,便可以得到比较理想的混吹煤粉,不仅可以保证煤粉的燃烧性能,还可以兼顾混吹煤粉的安全,以便达到较高的煤焦置换比。 2. 1 碳粉的经济效益更换喷煤种类的经济效益核算包括:

  ( 1)喷吹煤粉本身价格的核算,包括煤粉价格及运输等因素;

  ( 2) 更换煤粉以后混煤的质量以及对高炉冶炼的影响。高炉喷吹煤粉主要就是煤粉对焦炭的置换比,置换比越高喷吹煤粉的价值越高。喷吹煤粉中有益成分为碳含量和挥发分,有害成分主要为灰分和硫。其中煤粉中的固定碳和焦炭的固定碳是 1∶ 1 置换,所以置换焦炭的量可以用下式表示煤粉对焦炭量的置换 = PCR × FC煤式中: PCR 为高炉煤比,kg /t; FC煤 为煤粉固定碳含量,% 。灰分是指煤种不可燃烧的各种矿物质,进入高炉后大部分通过炉渣排出,反应过程中所消耗的热量来源于焦炭,根据热量计算:灰分消耗焦炭量 =PCR ×A煤 ×C炉渣 ×1500/( 4. 18Q焦)式中: A煤 为煤粉的灰分,% ; C炉渣 为炉渣的热容,设定值为 1198J / ( kg℃ ) ; Q焦 为焦炭的发热量,设定值为 8328640 × 4. 18kJ / kg; 1500℃为炉渣温度。煤粉的挥发分对高炉的喷吹效果有较大的影响,挥发分越高,煤粉的燃烧性能越好。喷吹挥发分高的煤粉对高炉较为有利,然而,煤粉的挥发分越高则爆炸性越强,安全性越不能保障,同时煤粉在风口前燃烧所吸收的热量越多,风口前所需要的热补偿就越多,使得置换比相应的下降。根据相关文献以及唐钢的生产经验,挥发分控制在 27% 以内能够保证喷吹过程中混合煤种的安全性。硫为喷吹煤粉中有害成分,进入铁水中容易造成热脆,对炼铁炼钢造成不利影响,所以在冶炼过程中必须脱除硫。硫消耗的焦炭量 =PCR ×S煤 ×Q脱硫 ×1000/( 4. 18Q热)式中: S煤 为煤粉 中 硫 含 量,% ; Q脱硫 为脱 硫 耗热,设定值为 4600kJ / kg。根据以上计算,喷吹煤粉置换焦炭具有一定的经济效益,从置换比的角度考虑不同煤粉的成分所置换的焦炭量不同,结果见表 2。由表 2 可知,单从置换比角度考虑,无烟煤的效益比烟煤的效益高。其中碳粉的效益最高达28. 62 元/t,比阳泉和新井分别高 11. 73 元/t 和13. 85 元/t,所以碳粉作为喷吹煤粉效益明显。 

2. 2 碳粉的混煤结构

唐钢高炉喷吹煤粉配加碳粉的生产实践

  混煤是兼顾置换比的条件下提高煤比的有效方式。充分利用不同煤粉性质的互补,从而达到理想的混吹煤粉。由表 1 可知,碳粉的灰分较高,混煤过程中混吹煤粉的灰分含量是首要考虑的问题,碳粉的碳含量和挥发分与无烟煤接近,混煤过程中可按照无烟煤考虑,在保证安全的前提下充分利用烟煤的高挥发分促进煤粉的燃烧,利用无烟煤和碳粉的高热值提高煤焦的置换比。目前唐钢高炉喷吹煤粉仅仅以煤粉的挥发分、灰分和硫含量为标准。混煤最终挥发分含量应不超过 27% ,灰分含量控制在 9. 0% ~ 10. 5% 范围内,由于无烟煤和碳粉的硫含量比较高,对炼铁的后续影响比较大,混煤中硫含量控制在 0. 4%~ 0. 6% 范围内。根据以上分析,以唐钢现有喷吹煤粉资源为基准,碳粉的干配比可控制在 5%左右,混煤配比见表 3。

唐钢高炉喷吹煤粉配加碳粉的生产实践

  混吹煤粉中配加碳粉以后,混煤成本降低6. 20 元/t。两种混煤结构对比,配加 5% 碳粉以后的成分变化不太明显,其中挥发分含量下降0. 92% ,灰分含量上升 0. 85% ,固定碳含量和硫含量几乎没有发生变化,从高炉喷吹的角度考虑,不会对高炉生产造成不良的影响。3 高炉生产实践唐钢二号高炉设计炉容 2000m3,生产过程中配加 5% 的碳粉,配加碳粉前后生产数据和铁水成分见表 4,表 5。生产数据为月平均。


唐钢高炉喷吹煤粉配加碳粉的生产实践
唐钢高炉喷吹煤粉配加碳粉的生产实践

  从表 4 可知,高炉在喷吹配加 5% 的碳粉以后,日常生产中,日平均产量都维持在 4700t 以上,高炉风量基本在 4000 ~ 4100m3 /min 范围内,燃料比 525kg /t,煤比在 130kg /t 左右小幅波动,现场风口工作状态平稳,风口明亮,未出现风口结焦现象。由表 5 可知,铁水月平均成分稳定,未发生波动现象,说明炉缸工作状态均匀良好。由此可知,配加的碳粉对高炉生产未产生影响,高炉能够实现稳定顺行。

  4 结论

  高炉除尘灰分离加工出碳粉,其化学成分中灰分含 量 偏 高 ( 26. 61% ) ,不利于高炉喷吹,但固定碳含量较高 ( 66. 7% ) ,硫与无烟煤的含量基本相同,根据各煤种的化学成分计算得出碳粉的干配比为 5% 时,混煤的成分符合高炉喷吹条件和安全性能。配加碳粉以后,混煤成本降低6. 2 元/t,成分变化不太明显,其中挥发分含量下降 0. 92% ,灰分含量上升 0. 85% ,固定碳含量和硫含量未发生变化。对高炉喷吹碳粉前后的生产数据进行比较分析,高炉喷吹煤粉配加碳粉以后,高炉保持稳定顺行,炉缸状态工作均匀稳定,风口明亮,未出现风口结焦现象,对高炉的日常生产未产生影响,能够保证高炉的稳定顺行。


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