淺析煉鐵廠高爐強(qiáng)化冶煉與節(jié)能

劉玉臣 時(shí)仁英

1.簡(jiǎn)述

隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，先進(jìn)的冶金技術(shù)手段和高效的管理模式不斷在高爐上應(yīng)用，高爐強(qiáng)化方法和強(qiáng)化水平不斷提高。目前，高爐生產(chǎn)進(jìn)入了以精料為主，高富氧、高頂壓、高冶強(qiáng)結(jié)合的高爐強(qiáng)化時(shí)期，全國(guó)部分300立方級(jí)的高爐利用系數(shù)接近或已超過(guò)4.0，單位爐容冶煉強(qiáng)度在2.0以上，而且高爐順行指數(shù)和能耗都取得較好水平（見(jiàn)表1）。

2.精料

2.1 提高入爐料品位

隨著高爐生產(chǎn)的不斷強(qiáng)化，促使入爐料綜合品位的不斷提高，高爐根據(jù)自身?xiàng)l件合理調(diào)配用料的同時(shí)，更多的以進(jìn)口高品位礦粉和進(jìn)口礦代替國(guó)產(chǎn)礦來(lái)提高入爐料品位，雖然進(jìn)口礦到岸單價(jià)較高，但與入爐品位提高后高爐順行的改善，以及降低燃料消耗所產(chǎn)生的效益相比，仍有較大的利益空間。但入爐礦品位提高的同時(shí)，由于混合用料成份結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致?tīng)t料冶金性能的改變。例如進(jìn)口礦粉比例提高使入爐料AL2O3含量增加，高爐為適應(yīng)爐況造渣需要，要求增加渣中MgO含量以提高R3改善爐渣性能。為提高燒結(jié)品位，會(huì)導(dǎo)致混合料中SiO2含量降低引起燒結(jié)強(qiáng)度下降，返礦和入爐粉末增加，不利于高爐順行和降耗。需要改進(jìn)燒結(jié)工藝，采用厚料層，低溫點(diǎn)火，小球燒結(jié)等先進(jìn)技術(shù)，以適應(yīng)高品位高強(qiáng)度的需求。高爐用料結(jié)構(gòu)的改變，使得燒結(jié)堿度不斷提高，各項(xiàng)冶金性能改善的同時(shí)，也為增加高品位酸性料創(chuàng)造了條件，無(wú)論是堿度改善還是品位的提高都是為高爐順行服務(wù)的，所以燒結(jié)礦選用應(yīng)以強(qiáng)度和最佳冶金性能為指標(biāo)來(lái)合理確定。

表1 2001-2017年煉鐵廠高爐技經(jīng)指標(biāo)

2001年燒結(jié)礦品位超過(guò)58%，小于5mm粉末含量為7.2%左右，高爐綜合入爐品位58.01%，隨著高爐強(qiáng)化的需要，燒結(jié)品位下降到2017年的56.28%，粉末低于2.22%，入爐料綜合品位為58.19%，但高爐順行數(shù)及各項(xiàng)指標(biāo)均有提高（見(jiàn)表2）。

實(shí)踐證明只強(qiáng)調(diào)品位的提高反而會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度下降，不利于爐況順行和綜合指標(biāo)的提升，只有在保證燒結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證高爐順行的情況下提高品位才有意義。

2.2 加強(qiáng)槽下篩分，減少入爐粉末

燒結(jié)礦小于5mm的粉末變化1%影響焦比0.5%影響產(chǎn)量0.5%-1%。入爐粉末不僅影響高爐順行，造渣消耗焦炭，同時(shí)易使?fàn)t墻結(jié)厚結(jié)瘤。加強(qiáng)過(guò)篩減少粉末入爐尤為必要，煉鐵廠通過(guò)篩分整粒技術(shù)，對(duì)篩型及篩網(wǎng)等進(jìn)行改造，由最初的單層篩發(fā)展到多層篩，不同的爐料采用不同的篩型、篩網(wǎng)，提高篩分整粒的能力及效率，減少入爐含粉，改善爐料的透氣性，高爐順行狀況得到改善，煤氣分布及利用更加合理。經(jīng)過(guò)改造原料給料速度和篩分料層厚度可自由調(diào)節(jié)，篩分效率在80%以上。對(duì)焦炭實(shí)行每班不低于三次的清篩管理，隨時(shí)保持篩面的最大篩分效率。

2.3 改善焦炭質(zhì)量

焦炭是高爐的發(fā)熱劑、滲碳劑、還原劑和料柱骨架，提高焦炭質(zhì)量，保證高爐順行不僅有利于高爐強(qiáng)化還能為提高高爐噴煤量創(chuàng)造條件。由于南鋼自產(chǎn)焦炭不能滿足高爐生產(chǎn)需要，外購(gòu)焦成分波動(dòng)大性能不穩(wěn)定，高爐順行狀況完全依靠自產(chǎn)焦質(zhì)量的提高。表3為近幾年南鋼5座高爐焦炭質(zhì)量指標(biāo)。由表3可知近年高爐所用焦炭多項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度下滑，目前的高爐強(qiáng)化水平可以看到，如果焦炭質(zhì)量能得到明顯改善，我們的高爐順行等指標(biāo)將會(huì)得到進(jìn)一步提高，節(jié)能降耗會(huì)更為明顯。

通過(guò)精料，高爐順行改善煤氣利用率提高。煤氣得到合理利用是高爐強(qiáng)化的一個(gè)重要指標(biāo)，也是先進(jìn)高爐發(fā)展間接還原，降焦節(jié)能的方向。高爐獲得合理的煤氣曲線是指在保證高爐順行的情況下，煤氣的熱能和化學(xué)能得到最大化利用，除了依靠日常的布料調(diào)節(jié)外主要由高爐原燃料條件決定。煤氣曲線的“雙峰式”時(shí)期，高爐使用熱燒結(jié)礦品位低，強(qiáng)度等冶金性能差，焦炭強(qiáng)度也不好。隨著燒結(jié)冷卻、整粘技術(shù)普遍推廣應(yīng)用，焦炭質(zhì)量也得到改善，在保證高爐順行的前提下，上下部調(diào)劑，高爐由兩道氣流變?yōu)橐灾行臑橹鬟m當(dāng)發(fā)展邊緣，高爐煤氣利用得到提高，形成“喇叭花式”的煤氣曲線。近年來(lái)精料技術(shù)不斷改進(jìn)，原燃料條件大為改善，各種先進(jìn)的操作技術(shù)不斷應(yīng)用，高煤順行和煤氣利用水平都得到大幅度提高，煤氣曲線向“平峰式”的理想狀態(tài)發(fā)展，節(jié)能效果更為顯著。

3.高富氧

高風(fēng)溫、富氧噴煤是高爐強(qiáng)化和節(jié)能降耗的有效措施。風(fēng)溫每變化100攝氏度影響風(fēng)口區(qū)理論燃料溫度80攝氏度，影響焦比20kg-30kg，影響產(chǎn)量4%-6%。富氧每變化1%影響理論燃料溫度35℃-45℃，影響焦比0.5%，影響產(chǎn)量2.5%-3%，噴煤比每增加10kg/t可使理論燃料溫度降低20℃-30℃。提高噴煤量，發(fā)展以煤代焦，必然以高爐強(qiáng)化和高風(fēng)溫，高富氧為條件。做到“上穩(wěn)下活”是高爐強(qiáng)化的保障，活躍的爐缸需要風(fēng)溫補(bǔ)充足夠的理論燃燒溫度。也是高爐發(fā)展富氧噴煤的基礎(chǔ)，目前300m3-400m3級(jí)高爐強(qiáng)化程度較好的風(fēng)溫水平能常年穩(wěn)定在1170攝氏度左右，富氧3%以上，噴煤年均超過(guò)150kg/t。南鋼五座高爐2009年平均風(fēng)溫達(dá)1080攝氏度，富氧2.35%，噴煤達(dá)157.99kg/t，為歷史最好水平。因此，2009年節(jié)能降耗指標(biāo)取得史無(wú)前例的好水平，噸鐵入爐焦比較2001-2008年均有不同程度的下降（除2008年全球金融危機(jī)不可比外），比2006年最好水平相比下降10.23kg/t，節(jié)約冶金焦炭量2.32萬(wàn)噸。按動(dòng)態(tài)1781.2元/噸價(jià)格計(jì)算，年創(chuàng)效益達(dá)4126.19萬(wàn)元。由于老區(qū)改造受限，平均風(fēng)溫水平還未能突破1100攝氏度，風(fēng)溫水平不高，是降焦比薄弱環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有條件下建議5座高爐均引入焦?fàn)t煤氣，目前，南鋼煉鐵廠2號(hào)高爐1座引入少量焦?fàn)t煤氣，富化高爐煤氣以提高煤氣發(fā)熱值。同時(shí)降低煤粉灰粉，噴吹優(yōu)質(zhì)煤粉，提高噴煤置換比，能減少爐內(nèi)未然煤粉對(duì)料柱透氣性和爐渣性能的影響，有利于高爐順行（見(jiàn)表3、表4）。

表2 2001年與2017年燒結(jié)礦質(zhì)量對(duì)比 %

表3 2002-2017年南鋼五座高爐焦炭質(zhì)量情況 %

表4 南鋼五座高爐噴煤成分 %

4.高壓

高爐冶煉是一個(gè)逆流反應(yīng)過(guò)程，主要依靠上升煤氣與下降爐料的充分接觸完成冶煉過(guò)程，目前條件下高爐強(qiáng)化的目標(biāo)是發(fā)展間接還原，提高煤氣能量利用。頂壓每變化10KPa影響焦比0.5%，影響產(chǎn)量2%-3%。高壓操作就是要提高爐頂壓力，充分發(fā)揮小高爐的頂壓環(huán)境優(yōu)勢(shì)，延長(zhǎng)煤氣與爐料接觸時(shí)間，提高煤氣熱能和化學(xué)能的利用效率。隨著高爐強(qiáng)化水平的提高，對(duì)先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)，特別是無(wú)料鐘的應(yīng)用，為小高爐的高頂壓操作創(chuàng)造了條件。

5.其他

低硅冶煉不僅為高爐煉鐵節(jié)約成本，供優(yōu)質(zhì)生鐵的同時(shí)也降低了下道工序的能量消耗。生鐵含硅每升高0.1個(gè)百分點(diǎn)，煉鐵焦比升高4kg/t，煉鋼成本增加15元/噸?？刂畦F水硅含量的方法主要有：

（1）減少爐原燃料SiO2含量。

（2）降低軟熔帶控制滴落帶位置，控制滴落帶高度，減少鐵水中[C]SiO接觸的機(jī)會(huì)。

（3）提高終渣氧化性。降低風(fēng)口區(qū)溫度，提高爐渣堿度，促進(jìn)鐵水脫硅。

高爐強(qiáng)化就是在現(xiàn)有技術(shù)裝備條件下運(yùn)用精料、高頂壓、高富氧等先進(jìn)技術(shù)操作手段提高冶煉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)高爐高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效、低能耗、長(zhǎng)壽的目標(biāo)，以最低的投入獲得最高的效益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。