高喷煤比的关键技术

日期:2016年11月03日/ 人气: /编辑:房森 /来源:本站原创


高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节, 是国内外高炉炼铁技术发展 的大趋势,也是我国钢铁工业发展的三大重要技术路线之一,所以,我们应当努 力提高喷煤比。

1、高炉喷煤的重大意义
(1)减少炼焦过程对环境的污染。高炉喷煤代替焦炭,就减少了高炉炼铁对 焦炭的需求。减少焦炭的需求,就可以使焦炉少生产焦炭。焦炉少生产焦炭或少 建焦炉,就可以减少对环境的污染。
(2)缓解我国主焦煤的短缺,优化炼铁系统用能结构。炼焦配煤一般需要配 50%以上的主焦煤,以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。喷吹煤粉的煤种广 泛,可以不使用主焦煤。这就缓解了我国主焦煤的短缺,同时也降低了炼铁系统 的购煤成本。
(3)高炉喷煤可以实现结构节能。2006 年我国重点钢铁企业焦化工序能耗为 123.41kgce/t,喷煤的制粉和喷吹所需的能耗在 20~35kgce/t。高炉每喷吹 1t 煤粉,就可以产生炼铁系统用能结构节约 lOOkgce/t 的效果。
(4)高炉喷煤可降低炼铁系统的投资。据统计,国外建设喷煤车间的投资是 焦化厂单位投资的 25%~30%,转换为冶金焦的单位投资是 30%~40%;中国喷 煤车间的单位投资是焦化厂建设单位投资的 12%~16%, 为冶金焦部分投资的 15% ~20%。所以,在新建和扩容高炉时,喷煤车间必须同步实施,这样会有较大的 经济效益。
(5)煤粉代替焦炭会有巨大的经济效益。目前,焦炭和煤粉的每吨价差在 400~500 元。一个年产 400 万 t 的炼铁企业,如果喷煤比在 130kg/t,就可以年 喷吹 52 万 t 煤粉,代替的等量的焦炭,可以产生年降低 208~260 万元的炼铁成 本。
(6)提高企业劳动生产率,降低生产运行费。喷煤车间的员工人数和生产运 行费用要比焦化厂少,这样就可以产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、 障低生产运行费用的效果。

2、我国喷煤水平发展不平衡,与国际先进水平尚有差距 据统计,2006 年我国大中型钢铁企业高炉喷煤比 135kg/t,比上年度提高 llkg/t, 全年重点钢铁企业喷煤总量为 4046 万 t, 创出我国历史最好水平。 2006 年全国有 9 个企业喷煤比超过 150kg/t, 他们是: 宝钢股份(207)、 长治(188)、 武钢(179)、 石钢(160)、 新兴铸管(159)、 江阴兴澄(155)、 邢台(155)、 天铁(154) 和韶关(151)。 我国炼铁企业喷煤技术发展不平衡,2006 年在全国重点钢铁企业之中尚有 一个企业没有喷煤,还有 7 个企业年平均喷煤比低于 l00kgce/t。我国高炉喷 煤水平与国际先进水平尚有较大差距,国际领先的高炉喷煤比是 266kg/t,宝 钢也曾达到过 260kg/t 的水平。国际先进水平的喷煤比为 180~200kg/t。 《中国钢铁工业科学与技术发展指南(2006~2020 年)》中提出了高炉喷煤指 标:2006~2010 年全国重点钢铁企业喷煤量≥160kg/t,2011~2020 年全国重点 钢铁企业喷煤量≥180kg/t。 3、高喷煤比的关键技术
   
  钢铁工业是个有条件组织生产的行业,其生产工艺、技术、装备运行是有一 整套科学规律的。具备什么样条件,就会出现什么样的生产技术指标。这也就是 说,高炉炼铁生产是要有一定条件的,提高喷煤比也是需要一些关键支撑技术。 本人认为,高喷煤比的关键技术是:保持炉缸热量充沛技术,提高煤粉燃烧率技 术,提高炉料透气性技术和煤焦置换比高的相关技术。 3 1 保持炉缸热量充沛技术 高炉炼铁正常生产需要炉缸有充沛的热量,以保证铁矿石还原,渣铁流动性 好、 易分离, 炉渣脱硫率高和透气性好。 炉缸热量是用炉缸理论燃烧温度来表示。 炉缸热量充沛是要求炉缸的温度和热量要高。理论燃烧温度在 2200±50℃视为 合理值。 煤粉喷进风口后需要吸收热量。首先是煤粉被加热,然后是挥发分燃烧和碳 素燃烧。这样,每喷吹 l0kg/t 无烟煤会使炉缸温度下降 15~20℃,l0kg/t 烟煤 会使炉缸温度下降 20~25℃。 喷煤量大于 l00kg/t 会使炉缸温度下降 150~250℃ 以上。高喷煤比会使炉缸温度下降幅度更大。为使炉缸温度保持在 2200±50℃ 合理范围内,就需要采取保持炉缸温度的技术措施,具体办法是: (1)提高热风温度: 热风温度升高 l00℃, 可使炉缸理论燃烧温度升高 60℃, 允许多喷 30~40kg/t 煤粉。 (2)进行富氧鼓风:富氧率提高 1%,炉缸理论燃烧温度升高 40~50℃,允许 多喷煤粉 20~30kg/t。 (3)进行脱湿鼓风:鼓风湿度每降低 1g/m3,理论燃烧温度升高 6~7℃,允 许多喷 3~4kg/t 煤粉。 3 2 提高煤粉燃烧率技术 煤粉在炉缸内的燃烧包括可燃气体(煤粉受热分解而来)的分解燃烧和固态 碳(煤粉分解后残留碳)表面燃烧。这些燃烧情况取决于温度、氧气含量和煤粉的 比表面积和燃烧时间。宝钢测定高炉喷煤比在 170kg/t、205kg/t、203kg/t 时,煤粉在风口回旋区的燃烧率分别为 84.9%、72.0%和 70.5%。这说明还要 有 30%左右的煤粉要在风口回旋区以上的炉料中进行燃烧和气化。高炉内未能 燃烧的煤粉将会被高速的煤气流带出高炉,致使煤气除尘灰中的含碳量增多。所 以说,除尘灰中含碳量多少,是煤粉燃烧率高低的重要标志。 提高煤粉燃烧率的技术措施是: (1)提高热风温度: 喷煤比在 180~200kg/t 需要有 1200℃以上的热风温度。 (2)进行富氧鼓风:既可提高炉缸温度,又提供了氧气助燃剂,喷煤比在 180~200kg/t 时需要富氧 3%以上;在燃烧学理论上,要求要有 1.15 以上的空 气过剩系数。 (3)提高煤粉的比表面积:要求煤粉粒度-200 网目要大于 85%。采用烟煤和 无烟煤混合喷煤(烟煤中的挥发分遇高温时要分解,致使煤粉爆裂,增加煤粉比 表面积)。 (4)进行脱湿鼓风:可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量的效果。将鼓 风温度控制在 6%左右。 (5)提高炉顶煤气压力,减小煤气流速,延长煤粉在炉内燃烧的时间,降低 煤气压力差。据测算,煤粉在炉缸的燃烧时间在 0.01~0 04s 内,其加热速度 103~106k/s。 

3 提高料柱透气性技术
    高炉正常操作要维持一个合理的煤气压差值, 即热风压力减去炉顶压力的数 值。一些高炉工作者采用炉料透气性指数来操作高炉。料柱透气性高低是由多方 面因素所决定的,只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。 (1)提高高炉入炉矿含铁品位,减少渣量。 高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带。特别是铁矿石刚开始熔化,还原成 FeO 和形成初渣, 渣铁尚未分离, 尚未滴落至炉缸。 如果高炉入炉品位在 60%以上, 吨铁渣量小于 300kg,煤气的阻力会大大缩小,也会减少炉渣液泛现象。 (2)提高焦炭质量,特别是焦炭的热性能,会大大提高炉料柱透气性。 焦炭在高炉内是起骨架作用。特别是在高喷煤比条件下,焦比低,焦炭的骨架 的作用就更加重要了。可以说,焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比 水平的高低。高喷煤比对焦炭质量的要求是:M40 在 80%以上,M10 小于 7%,灰 分小于 12.5%,硫分小于 0.65%,热强度 CSR>60%,热反应性 CRI<30%。对于 2000m3,以上容积的大高炉,喷煤比在 160kg/t 以上时,要求焦炭质量要更好 一些:M40≥85%,M10≤6.5%,灰份≤12.0%,硫份≤0.6%,CSR≥65%,CRI ≤26%。同时要求焦炭中 K2O+Na2O 的含量要<3.0kg/t。 (3)炉料成分、性能稳定、均匀 炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。 工业发国家要求烧 结矿含铁波动范围是±0.05%,碱度波动 0.03(倍)。我国炼铁企业要求是铁份 波动±0.5%,碱度波动±0.05 (倍)。因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带 透气性的巨大变化(高硅铁和高碱度渣熔化温度高,流动性差)。 铁矿石的软化温度、软化温度区间、熔滴温度和熔滴温度区是铁矿石冶金性 能的重要指标,对于炼铁技经指标和炉料透气性有重大影响。所以要求炉料的冶 金性能要稳定。 要求炉料粒度要均匀,就是减少炉料在炉内的填充作用。如果炉料粒度大小 不均且混装,就会使炉料空间减少。如同 4 个苹果之间夹着乒乓球,造成空间减 小。我们希望炉料的空间有 0.44,以利于煤气流的畅通。要求炉料中 5~10mm 粒度的含量要小于 30%,一定不要超过 35%,否则会对炉料的透气性产生重大影 响。 炼铁原料(烧结、球团、块矿)的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能 稳定等为高炉顺行创造良好条件,提高烧结矿(碱度在 1.8~2.0 倍)的碱变,会 使转鼓强度高、冶金性能好的优点。连篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能 耗均比竖炉所生产的球团好。入炉的块矿要求是含水分低、热爆裂性差、还原性 能好、粒度偏小。 (4)优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。 大高炉采用大矿批,使焦炭料层厚度在 0.5~0.6m,在变动焦炭负荷时,也不要 轻易变动焦炭的料层厚度。使高炉内的焦炭起到透气窗的作用,对于保持和提高 高炉炉料的透气性十分重要。 优化布料技术(料批、料线、布料方向等)和适宜的鼓风动能(调整风口径和风 口长度),可以实现高炉内煤气流均匀分布,同时有增加炉料透气性的作用。合 理的鼓风动能使炉缸活跃,布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧,减少未燃 煤产生量。 稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度会给高炉的高产、优质、低 耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。高炉生产需要稳定。稳定操作会创造出炼铁
    的高效益。减少人为因素,提高对高炉生产的现代化管理水平,会促进炼铁生产 技术的发展。 3.4 提高煤焦置换比技术 上述 3 个小节中所讲述的技术也均是提高煤焦置换比的技术。 本节从喷煤管理角 度来分析提高煤焦置换比的因素。 (1) 提高喷吹煤的质量。因为喷吹煤粉的品种广泛,所以要求煤的质量应是 好磨、 含碳链高 (要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量) 含硫低、 、 流动性好等。煤粉中含有 K2O +Na2O 总量要小于 3.0kg/t.因为 K、Na 在 高炉内会造成结瘤和焦炭易产生裂纹,致使焦炭强度下降。 (2) 煤粉喷吹要均匀,高炉所有风口均要喷煤,流量要实现均匀、稳定。高 炉均匀喷吹煤粉,会使高炉每个风口的鼓风动能一致,并会使炉缸热量分 配均匀,促使高炉生产顺行和喷煤量的提高,进而煤焦置换比得到提高。 为保证各风口喷煤量均匀,建议将煤粉分配器高位安置,使各单只管路尽 量长短相近,不让煤粉走捷径个别风口多喷的现象出现。 (3) 采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。烟煤挥发高, 且含有一定水分,进入风口后会爆裂,促进分解燃烧和残碳燃烧,燃烧效 率高。建议烟煤配比在 30%左右。配比太高后管路的安全措施要加强,并 且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。 (4) 关于高炉喷煤比高低的衡量标准。因各炼铁企业生产条件的不同,高炉 极限的高喷煤比数值是不同的,但是,行业对于喷煤极限值的认识是一致 的:在增加喷煤量的同时,高炉燃料比没有升高,这是个最佳喷煤值。验 证的第二个方法就是:高炉煤气除尘会中的含碳量没有升高,洗涤水中没 有浮上一层如油一样的碳粉。

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