降低高炉炼铁工序能耗的措施.doc

毕业论文 降低高炉炼铁工序能耗的措施 1.1炼铁工业的发展 20世纪50年代，人们对高炉冶炼提出了以原料为基础，采用大风量、高温等技术手段的操作方针，使炼铁技术有了新的进步。1959年我国太钢、本钢高炉突破中等冶炼强度的制约，把冶炼强度提高到1.11.3t焦/（m3.d），开创了世界高冶炼强度的先例，并在此基础上总结出高炉强化理论（吹透强化，上下部调剂），促进了高炉炼铁学的发展。20世纪70年代以来，高炉炼铁技术朝着大型、高产、优质、低耗、长寿、清洁的方向发展。各项经济技术指标有明显提高，入炉综合焦比510540kg/t铁，个别高炉降至480kg/t铁以下，达到世界先进水平。1.2降低能耗的理论根据众所周知，高炉冶炼产量与消耗的三个重要指标效容积利用系数（v）、冶炼强度（i）和焦比（k）之间有着如下关系：v=i/k显然，利用系数的提高，也即高炉产量的增加，存在着四种途径：（1）冶炼强度保持不变，不断地降低焦比；（2）焦比保持不变，冶炼强度逐步提高；（3）随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所下降；（4）随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大。在高炉炼铁的发展史上，这四种途径都被应用过，应当指出在最后一种情况下，产量增长很少，而且是在牺牲昂贵的焦炭的消耗中取得的，一旦在冶炼强度提高的过程中，焦比升高的速率超过冶炼强度提高的速率，则产量不但得不到增加，反而会降低。因此，冶炼强度对焦比的影响，成为高炉冶炼增产的关键。 在高炉冶炼的技术发展过程中，人们通过研究总结出冶炼强度与焦比的关系，在一定的冶炼条件下，存在着一个与最低焦比相对应的最合适的冶炼强度i适。当冶炼强度低于或高于i适时，焦比将升高，而产量稍迟后，开始逐渐降低。这种规律反映了高炉内煤气和炉料两流股间的复杂传热、传质现象。在冶炼强度很低时，风量及相应产生的煤气量均小，流速低，动压头很小，造成煤气沿炉子截面分布极不均匀，表现为边缘气流过分发展，煤气与矿石不能很好地接触，结果煤气的热能和化学能不能得到充分利用，炉顶煤气中co2含量低，温度高，而进入高温区的炉料因还原不充分，直接还原发展，消耗了大量宝贵的高温热量，因此焦比很高。随着冶炼强度的提高，风量、煤气量相应增加，煤气的速度也增大，从而改变了煤气流的流动状态，由层流转为湍流，风口前循环区的出现，大大改善了煤气流分布和煤气与炉料之间的接触，煤气流的热能和化学能利用改善，间接还原的发展减少了下部高温区热量的消耗，从而焦比明显下降，直到与最适宜冶炼强度i适相对应的最低焦比值。之后冶炼强度继续提高，煤气量的增加进一步提高了煤气流速，这将带来叠加性的煤气流分布，导致中心过吹或管道行程，在煤气流速过大时，它的压头损失可变得与炉料的有效质量相等或超过有效质量，炉料就停止下降而出现悬料。所有这些将引起还原过程恶化，炉顶煤气温度升高，炉况恶化，最终表现为焦比升高。针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使高炉顺行，稳定地高产。然而高炉的冶炼条件是可以改变的，随着技术的进步，例如加强原料准备，采取合理的炉料结构，提高炉顶煤气压力，使用综合鼓风，改造设备等，高炉操作条件大大改善。与改善了的条件相应的冶炼强度可以进一步提高，而焦比不会提高，相反与之相对应的最低焦比也进一步提高，这就是世界各国几十年来冶炼强度不断提高，焦比也降低的原因。但是，在任何生产技术水平上，当冶炼条件一定时，冶炼强度i与焦比k之间始终保持着极值关系，决不可以得出产量是与冶炼强度成正比地增长的简单结论，而盲目追求高冶炼强度。超越冶炼条件允许的过高冶炼强度将使焦比大幅上升。上述有关高炉冶炼重要技术指标ki间的关系还未解决经济效益最佳的冶炼强度问题。在对钢铁的需求大于供给的条件下，实践表明，尽管焦比的消耗对生铁成本有着很大影响，但在一定的操作情况下，产品的最低成本并不是在最低焦比相对应的冶炼强度下，而是在略高的情况下取得的。所以出现这种情况，是因为最高产量是在比最低焦比相对应的冶炼强度稍高的情况下达到的。随着产量的提高，单位生铁成本中不随时间变化的费用总和不断降低。在k=f(i)曲线的最低值附近，随着冶炼强度的提高，焦比上升的较缓慢，在这个区域内多消耗焦炭的费用能被节省下的加工费用全部补偿，而且还有富余。实践还表明，经济上最合算的产量，并不是生铁成本最低时的产量，而是略高于这个最低产量。1.3降低工序能耗主攻方向由于焦炭资源的缺乏和日益减少，焦炭价格逐年上涨，节约焦炭以成为降低工序能耗主攻方向 。而节约焦炭实际就是降低焦比。焦比既是消耗指标又是重要的技术经济指标，是指冶炼单位生铁所消耗的干焦量，kg/t。降低焦比的措施有多种，包括改善原、燃料质量和高炉冶炼过程，降低焦比；从风口喷吹辅助燃料，代替部分焦炭；寻求焦炭代替品（型焦）；开发少用焦炭或不用焦炭的炼铁工艺等。其中精料是降低焦比的基础，高炉的基本操作制度是降低焦比的关键环节，而高风温、喷吹燃料、富氧和高压操作是降低焦比即降低原燃料的消耗的主要措施。 本文通过国丰炼铁厂450m3高炉提高风温、改善原料质量、 优化操作、喷吹煤粉、富氧鼓风、高压操作等实践，从理论上阐述了各种降低高炉工序能耗的措施。降低高炉燃料消耗和提高利用系数是炼铁工作者追求的目标。不断地进行试验和研究，通过近几年对炼铁生产的逐步摸索和炼铁设备的不断改进在降低燃料消耗上取得了较为显著的成绩。在低燃料消耗的基础上，通过不断地强化冶炼，高炉的利用系数也有所突破。为中小高炉的生存和发展争取到了较大的空间。现就降低高炉燃料消耗途径进行初步探讨。2降低高炉燃料消耗途径2.1优化原料结构，使用精料2000年以前，原料结构基本为80%烧结矿、10%球团、10%生矿，由于当时烧结矿强度只有（小转鼓）5060%，且球团含粉达30%，生球团强度很差，致使高炉频繁悬料和塌料（易引起炉凉），临时补焦量增加，炉况波动大，燃料消耗高且煤比上不去，2007年以后，高炉炉料结构基本调整为78%烧结矿、8%球团、14%生矿。烧结矿等原料结构相对稳定，原料入炉含粉也控制到了15%以下，高炉透气性明显好转，基本杜绝了高炉悬料，炉况稳定性增强，综合焦比降低和利用系数提高较为显著. 表1-1原料结构变化表年份20032004200520062007烧结矿83.182.581.180.478土球6.20000冷球2.30000外购竖球3.45.2000自产竖球5.06.012.3108现在使用精料精料是高炉强化的物质基础，也是降低焦比的基础；强化高炉冶炼，降低焦比必须把精料放在首位。随着高炉大型化和自动化及对强化冶炼和节能日益提高的要求，更需要把精料工作做到“精益求精”。精料的含义是要求供给高炉的原料，不但质量好，而且数量足。其具体内容可用“高、稳、熟、匀、小、净”六个字来概括。“高”是指铁矿石的品味高，还原性高，焦炭中固定碳高，溶剂中氧化钙高，各种原料的机械强度高。国外要求入炉天然矿石含铁量达62%以上，自溶性烧结矿含铁57%以上，球团矿含铁一般60%以上。对焦炭要求固定碳高，灰分低达10%以下。由于入炉品味提高，焦炭灰分降低，使高炉渣量减少，即节省燃料，又促进强化。“稳”是指各种化学成分稳定，波动小。这是稳定炉况，稳定操作，保证顺行，实现自动控制的先决条件。“熟”是使高炉全部装入烧结矿和球团矿，熟料率达到100%，尽量不加石灰石入炉。含铁炉料中，熟料率增加1%，焦比降低1.2kg/t铁，增产约0.3%。前苏联熟料年平均达95%，日本85%左右，在我国鞍钢、本钢、首钢基本是100%熟料。全国重点企业自1981年以来平均值在90%左右。“小、匀、净”是对原料的粒度而言。要求平均粒度小，粒度均匀，缩小上下限之间的粒度差。超过上限的大块要破碎，小于下限的粒度要筛除干净。这样原料在高炉内才能保证良好的透气性和还原性。总之使用精料的主要目的是要做到1）减少入炉粉末，2）提高入炉矿石品位，3）优化炉料结构，4）改善焦炭质量。最终降低燃料消耗2.2提高煤气利用率，降低消耗2.2.1改善原燃料质量稳定煤气流提高利用率优化炉料结构和改善原燃料质量是稳定煤气流的最有效手段，2004年以后随着高炉炉料结构的优化和改善原燃料质量的改善，煤气流稳定性显著提高，炉况波动次数减少，生铁含硅得以控制在0.35-0.45%之间，硅偏差也降到了0.02%以下，与以前相比炉温稳定性大大提高，燃料消耗相应大幅度下降（见表2-1）。表2-1高炉近年来燃料消耗和利用系数指标年份200220032004200520062007入炉焦比422.7411.6404.1396.8388.5377.7煤比120.5131.5134.3141146.7151综合焦比531.2527.4525523.7520.5513.6利用系数3.563.643.723.813.853.92.2.2高压操作提高煤气利用率提高炉顶压力可以降低煤气流速并使煤气分布更加趋于合理，煤气流的稳定性增加.但早些时候我厂高炉全部为双钟炉顶，相对于无钟炉顶其密封性要差些，而且2006年之前高炉炉顶设备为普通材质合金（磨损快），设备维护力量薄弱，炉顶压力只能维持30kpa左右，2007年以后，随着对顶压的进一步认识，逐步将顶压提高，同时将炉顶设备更换无钟炉顶，炉顶的密封性得到充分的保证，目前高炉炉顶压力保持120kpa，煤气利用率进一步提高，燃料消耗降低。由于高压操作促进炉况顺行，煤气分布合理，利用程度改善，有利于冶炼低硅生铁等，而且使焦比有所下降。国内外的生产经验是，顶压每提高10kpa，焦比下降0.2%1.5%。提高炉顶压力的这种增产作用只有伴随着风量的增加或冶炼强度的提高才能明显表现出来。因为在焦比不变，焦炭负荷一定的情况下，高炉生产率与风量，亦即单位时间内燃烧的焦炭量成正比。因此，在一定冶炼条件下，冶炼强度应以炉顶压力成正比，即提高炉顶压力可相应地提高冶炼强度，从而提高高炉生产率。高压操作的这种降焦节能作用已为越来越多的高炉实践所证实。根据实践分析，高压降低燃耗的原因归结为改善了顺行和煤气利用，发展了高炉内的间接还原，抑制了直接还原。首先，高压操作降低了煤气流速，延长了煤气在炉内与矿石的接触时间，改善了煤气分布，从而改善了铁矿石的还原条件，使块料带内的间接还原得到充分发展，煤气能量得到充分利用。其次，直接还原反应取决于反应co+c=2co的发展。提高炉顶压力，炉内平均压力相应提高，促使该反应的平衡向气体体积减小的方向（逆向）移动，从而抑制了直接还原的发展，或者说使直接还原推向更高的温度区域进行。这同压低软熔带，扩大块料带，提高co利用率的要求相一致。高压操作对碳的气化反应的抑制作用，在某种意义上也相当于降低焦炭的反应性。这对减少碳素溶解损失，提高焦炭高温强度，改善软熔带和滴落带的透气（液）性，增加风口燃烧有效碳量都是有利的。同样，高压操作抑制低硅还原，有利于降低生铁含硅量，促进焦比降低，生铁中si显著降低，这是因为硅在生铁中的平均浓度与co分压的平方成反比。另外，由反应sio2+2c=si+2co的平衡常数k=psiopco2/pco可得psio=kpco/pco2。因此提高炉顶压力，则气相中pco/pco2降低，抑制了sio的发挥，从而减少了硅的还原，导致了燃料的节省。高压操作改善了煤气分布，促进炉况稳定顺行和炉温稳定，因而可减少不必要的热量储备，适当降低炉缸和炉腹温度，使燃料消耗降低，也为降低生铁含硅量创造了条件。高压的顺行作用可保障喷吹燃料和高风温发挥更大效用，促进燃耗进一步降低。高压操作使炉尘吹出量显著减少，单位矿石消耗降低，实际焦炭负荷得到保证，批料出铁量增加，铁的回收率提高，焦比应有所降低。实践证明，实行高压操作，不断提高炉顶压力水平，是强化高炉冶炼，增产节能的一条重要途径。根据国内外经验，1000m3级高炉，炉顶压力应达到120kpa左右；2000m3级高炉，应达到150kpa以上；3000m3级高炉，应达到200kpa左右；4000m3级以上巨型高炉，应达到250300kpa。2.2.3烧结矿分级入炉，提高煤气利用率试验证明，将烧结矿返矿筛板中粒度适中部分重新入炉，含量在矿批的10%以内，高炉的透气性稍有下降，但高炉是可以接受的，特别是对于精料水平较高的高炉（透气性较好），将适量的返矿入炉能降低煤气流速降低，煤气利用率提高，达到节能降耗的目的。2.3富氧喷吹，提高煤比降低焦比我厂高炉2006年煤比突破146kg/t以后，到 2007年煤比最高达到151kg/t，但此后受制粉系统和原燃料条件的限制，煤比不能进一步提高，风温的使用也受到影响。到2007年10月我公司制氧投产，炼钢余氧增加，高炉富氧率由以前的0.7%提高到1.2%，促使煤粉燃烧率提高，焦比进一步降低，高炉利用系数也达到.3.9。期间由于喷煤量不能增加，煤比反而下降（产量增加），制粉能力不足的矛盾更加突出，2007年9月新制粉设备（中速磨）投产，煤比突破150kg/t，最高达153 kg/t，风温的使用也回升到1170