通过精料提高风温和富氧率优化喷吹工艺抓好高炉操作等技术措施提高高炉煤比-职业学院毕业论文

唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 17 页 摘要 通过精料、提高风温和富氧率、优化喷吹工艺、抓好高炉操作等技术措施，可以提高 高炉煤比，从而降低焦比。 关键词：精料；喷煤；高炉；风温 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 17 页 1 文献综述 提高煤比对降低焦比，促进高炉强化冶炼，改善高炉技术经济指标有着重要的作用。 如武汉钢铁集团公司(武钢)1 号高炉通过采取一系列的技术措施，提高了喷煤量，煤比从 2001 年 10 月的 84kg/t 增加到 2006 年 1 月的 158kg/t，改善了高炉技术经济指标，焦比 从 476kg/t 降低到 351kg/t，利用系数从 2.119t/(m 3d)升高到 2.34t/(m3d)。 1.11.1高炉喷煤的出现和发展高炉喷煤的出现和发展 随着高炉炼铁生产规模的不断扩大和对生铁需求量的日益增加，高炉炼铁对燃料的需 求量也愈来愈大，由于现有焦炉老化，严重污染环境以及炼焦煤储量的日趋减少，导致冶 金焦炭的供应日趋紧张，人们寻求有新的燃料代替部分焦炭。 高炉采用喷吹燃料已成为高炉节焦和强化冶炼的一种手段。高炉可以喷吹的燃料分为 三大类：液体燃料，如重油、焦油等；固体燃料，如无烟煤、烟煤、褐煤等；气体燃料， 如天然气、焦炉煤气等。喷吹燃料的选择依赖于各国燃料资源的条件，并随资源条件的变 化而改变。 自 20 世纪 60 年代初喷吹技术在法国获得成功以后， 美国、 前苏联主要喷吹天然气， 西欧、日本则自 20 世纪 80 年代初由喷吹重油转为喷吹煤粉。我国是开发喷煤技术较早 的国家，自 20 世纪 60 年代初开始试验，至今已有 40 多年历史，特别是近十几年来， 高炉喷煤技术得到了广泛的应用和发展，从而促进了我国钢铁工业的迅猛发展，减少了炼 铁生产受炼焦煤资源、投资、环保等多方面的限制和影响。 1.21.2国外高炉喷煤发展概况国外高炉喷煤发展概况 高炉喷煤是现代高炉冶炼大幅降低焦比和生铁成本的重大技术措施，以其能创造巨大 的经济效益而得到迅猛发展。自 20 世纪 80 年代初在世界范围广泛应用以来，世界各国 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 17 页 钢铁厂的喷煤比不断提高，高炉喷煤技术已成为高炉炼铁的重要组成部分。西欧各国和日 本等国发展尤其迅速，在 1993 年左右大部分高炉的喷煤比就达到了 200kg/ t 。 20 世 纪 90 年代初部分国家喷煤比列于表 1 一 l 。 表表 1 11 1 高外部分高炉喷吹每份情况高外部分高炉喷吹每份情况 近十几年日本高炉喷煤技术发展更快， 到 1995 年日本所有高炉全部实现喷煤生产。 国外大部分高炉喷吹的是中等挥发分和高挥发分的烟煤，其原因是烟煤来源容易，烟煤 的燃烧性和氢含量均优于无烟煤。 国外高炉大量喷吹煤粉的基础条件较好是因为： ( l ）采用精料。精料是实现大喷吹的主要条件。国外高炉入炉的原料含铁高，渣量 少（一般小于 300kg/ t ，只有少数高炉超过 300kg/t ） 。对原燃料的冶金性能更为重视， 入炉的冶金焦炭除灰分低外，碱负荷和反应后强度等指标也明显改善。 ( 2 ）用提高风温来维持风口火焰所需求的温度，表 1 - l 所列部分高炉的风温高 于 1150 。 ( 3 ）大喷吹量高炉均采用富氧鼓风，富氧率在 2 . 2 - 7 . 32 。 ( 4 ）采用以疏通中心（中心加焦等）为目标的操作方针。 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 17 页 ( 5 ）可靠而完善的磨煤和喷煤系统。 1.31.3我国高炉喷煤发展概况我国高炉喷煤发展概况 我国高炉喷煤始于 20 世纪 60 年代初，起步最早的是鞍钢、首钢。鞍钢 1964 年开 始试验至 1966 年实现 5 座高炉全部喷煤。首钢也于 1964 年开始试验至 1965 年正式 喷煤。 因此， 我国是世界上最早实现喷煤的国家之一。 之后一段时间发展缓慢， 直至 80 年 代末 90 年代初，特别是近十几年我国的高炉喷煤技术得到迅速发展。 2000 年宝钢 1 、 3 号高炉年平均喷煤量达到 238kg/t 和 207kg/t ，创造了国际先进水平。我国部分企业 喷煤情况见表 1 一 2 。 表表 1 1 一一 2 2 我国部分钢铁企业高炉喷煤情况我国部分钢铁企业高炉喷煤情况 在喷吹煤种上， 20 世纪 90 年代前几乎都是喷吹无烟煤， 只有 1981 年马钢小高炉、 苏钢小高炉试验喷吹烟煤，但没有广泛推广。 1989 年鞍钢重新开始研究， 1990 年喷吹 烟煤试验成功并进行推广，喷吹烟煤企业逐渐增加，我国的喷谋技术得到迅速发展。从 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 17 页 1990 年全国喷煤总量 200 万 t 到 1995 年突破 400 万 t 大关， 5 年翻了一番，仅次 于日本，到 2001 年，我国喷煤增长情况见表 l 一 3 。 表表 1 1 一一 3 3 我国喷煤情况表我国喷煤情况表 从表 1 - 3 看，我国已成为世界第二喷煤大国。从 20 世纪 90 年代以来，我国高 炉喷煤技术和富氧喷煤技术发展迅速的主要原因是： ( l ）新型制粉、喷吹工艺的形成和完善及其装备水平的提高； ( 2 ）储量丰富的烟煤得到应用； ( 3 ）自动化水平得到提高； ( 4 ）喷煤比不断提高和低富氧高煤比喷吹成功； ( 5 ）氧煤燃烧技术等一批新技术得三实现； ( 6 ）高炉喷煤已成为炼铁系统工艺结构优化，能源结构变化的核心。它的发展增强 了高炉炼铁工艺与新型非高炉炼铁工艺竞争的力量缓解了炼铁生产受资源、投资、成本、 能源、环境、运输等多方面限制的压力，奠定了继续发展喷煤的基础。 从国内外高炉喷煤现状进行比较可以看出，我国高炉喷煤技术还有很大潜力可挖，最 显著的问题之一是亟待提高高炉喷煤的喷煤比，以最大限度地代替焦炭，取得更好的经济 技术指标。 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 17 页 2对提高高炉喷煤比的探讨 2007 年我国重点钢铁业平均喷煤比为 137kgt，比上年度提高 2kgt，创出我国历 史最好水平；长钢喷煤比为 192kgt，宝钢集团为 186kgt，武钢为 173kgt，太钢为 162kgt，尚有两个企业没有喷煤，有 5 个企业年喷煤比低于 100kgt。这说明，我国高 炉喷煤处于多层次阶段，尚有较大的提升潜力。 国际领先水平的高炉喷煤比是日本，达到过 266kgt 的喷煤比。宝钢高炉也曾达到 过 260kgt 的先进记录。国内外先进水平的高炉喷煤比是在 180200kgt。虽然我国 2007 年全国重点企业喷煤比为 137kg/t，创出历史最好水平。但是，距国际先进水平尚有 较大差距。中国钢铁工业协会和中国金属学会编制的中国钢铁工业科学技术发展指南 (20062020 年)中提出的高炉喷煤指标为：20062010 年全国重点钢铁企业喷煤比要 大于或等于 160kg/t，20102020 年喷煤比要大于或等于 180kgt。 2.1提高喷煤比的重大意义 1.提高喷煤比，可以实现炼铁系统结构节能 。 2. 多喷煤可减少高炉炼铁生产成本。 目前，焦炭与喷粉一吨的差价在 500700 元。多喷煤，可有效地降低高炉铁的生产 成本。 3. 多喷煤可降低炼焦过程的环境污染。 因为多喷煤，少用焦炭炼铁，就可以少生产焦炭。这样，焦化厂就会减少外排污染物 质。 4.多喷煤可缓解我国主焦煤的短缺。 5.多喷煤，可以降低企业建设投资。 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 17 页 我国喷煤车间的单位投资仅是焦化厂单位投资的 1216，为冶金焦部分投资的 1520。所以，对于一些新建扩建高炉的钢铁企业来说，同时新建或扩建喷煤设施， 不建设焦化厂，是会有较大的经济效益。 2.2影响高炉喷煤比的关键因素及关键技术 22.1 影响高炉喷煤比的关键因素 2.2.1.1高炉炉缸热量 高炉炉缸热量充沛是高炉接受高喷煤比的一项关键因素。 保持炉缸热量充沛的措施： 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 30-40kgt 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 20-30kgt。 3） 进行脱湿鼓风： 鼓风湿度每降低 1gm 3， 理论燃烧温度升高 6-7， 允许多喷 34kg t 煤粉。 2.2.1.2提高煤粉燃烧率 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。 高炉内未能燃烧的煤粉（含义？）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。 什么是未燃煤粉？它对高炉冶炼有何影响？ 国内外高炉喷煤实践和研究表明，在高炉炼铁条件下，喷入炉缸的煤粉在有限的空间 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 17 页 和短暂的时间内不可能 100%完全气化， 而且挥发份中碳氢化合物还不可避免的产生有很高 抗表面氧化能力的炭黑微粒，这些就是喷煤操作中称为未燃煤粉的来源。 未燃煤粉数量与煤粉的燃烧性能，特别是煤粉的粒度、鼓风中含氧、风口工作的均匀 性等有关。 一般要求未燃煤粉量应低于喷煤量的 15-20%。 超量的未燃煤粉随煤气进入料柱将会对高炉产生不利的影响： 1）大量进入炉渣，以悬浮状存在于炉渣中，会增加炉渣的粘度，严重时造成滴落带 渣流不顺利和炉缸堆积。 2）大量附着在炉料表面和空隙中，会降低料柱的透气性，增加煤气流通过料柱时的 阻力。 3）大量未燃煤粉和炭黑滞留在软熔带及滴落带，降低了它们的透气性和透液性，出 现下部难行或悬料，也是造成液泛现象的前提。 2.2.2 提高高喷煤比的关键技术 2.2.2.1 保持炉缸热量充沛技术持炉缸热量充沛技术 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 3040kgt 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 4050，允许多喷煤粉 2030kgt。 3）进行脱湿鼓风：鼓风湿度每降低 1gm3，理论燃烧温度升高 67，允许多喷 34kgt 煤粉。 2.2.2.2 提高煤粉燃烧率技术 1）提高热风温度 2）进行富氧鼓风 3）提高煤粉的比表面积 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 17 页 4）进行脱湿鼓风 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。 2.2.2.3提高料柱透气性技术 1）提高高炉入炉矿含铁品位，减少渣量。 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。 3）炉料成分、性能稳定、均匀 。 （1）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 （2）铁矿石的软化温度、软化温度区间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。 （3）要求炉料粒度要均匀，就是减少炉料在炉内的填充作用。 （4）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。 4）优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。 2.2.2.4提高煤焦置换比技术 1）提高喷吹煤的质量。 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。 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。 4）关于高炉喷煤比高低的衡量标准： （1）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。 （2）高炉煤 气除尘灰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。 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 17 页 2.3提高高炉喷煤比具体措施 2.3.1抓好精料工作 (1)提高入炉品位，优化炉料结构 当高炉煤比提高，渣量维持不变时，由于未燃煤粉量的增加，使料柱焦层中的炉渣积 聚量增大，从而会影响高炉下部的气流分布和风口气流向中心区的穿透以及整座高炉的透 气性。 从实验室高炉软熔带、 滴落带透气性试验中得到， 当煤比从 120kg/t， 提高到 150kg/t 时，气流压差提高了 20左右。为适应高煤比，在满足各项冶金指标的同时考虑降低高炉 渣量是首先要实现的问题，而入炉品位的提高，可以降低渣量。 如武钢 l 号炉入炉品位在一直保持在 59以上，渣比控制在 295kg/t 以下，改善了高 炉下部透气性，为提高煤比创造了有利条件。 由于煤比升高时，焦比降低，料柱透气性变差，优化炉料结构，提高烧结矿的强度对 保证大喷煤时高炉顺行有相当重要的作用。通过加强烧结矿质量管理，武钢 1 号高炉入炉 烧结矿转鼓强度达到 78以上，FeO 稳定在 6.07.5，炉料结构为 70的烧结矿、 18烧球团、8澳矿、4海南矿，取消了石灰石、白云石等生熔剂入炉，保证了料柱透 气性。 (2)提高焦炭的质量 在高煤比条件下，作为软熔带区域透气焦窗随着焦批的减小而变窄，焦炭作为料柱骨 架保证渗透性的作用更加突出。通过优化焦化配煤工艺，灰分得到控制，焦炭转鼓强度得 到提高，武钢 l 号炉焦炭灰分基本上控制在 12.75以下，而 M40 为 78.580.8，M10 为 7.17.8，硫分小于 0.5，另外水分控制在 1.5以下，对于保证焦炭的骨架作 用，提高喷煤比至关重要。 (3)加强原燃料管理 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 17 页 及时掌握原燃料变化情况，做好应对措施。加强烧结矿进槽管理，禁止生料入槽。加 强筛分监测，减少粉末入炉。因粉末多是造成高炉料柱透气性差的根本原因，是影响喷煤 比提高的重要因素。2002 年末，武钢铁厂对 1 号高炉沟下筛子作了部分改造，改造了 6 个 大矿槽筛中的 4 个，将原来的梳齿筛改换成自清理棒条筛，2003 年 1 月又相继将西焦筛、 西焦丁筛及东焦丁筛换成棒条筛，棒条筛自清理能力强，过筛效果好，减少了粉末入炉， 保证了料柱透气性。 2.3.2提高风温 在大喷煤时，理论燃烧温度降低，如以下经验式所示： T理=1563+0.794Tb+40.3一 6b一 kPGm。 式中：T 理理论燃烧温度，； Tb鼓风温度，； 鼓风富氧率，m 3/km3风； b鼓风湿度，g/m 3； kP煤粉耗热系数，无量纲常数； Gm煤比，kg/t。 从式中可看出，风温升高 100时，理论燃烧温度约升高 79.4。 理论燃烧温度升高，既能增大煤粉表面的化学反应速度，也能增加氧气的扩散速度， 提高煤粉燃烧率。 为了提高风温，武钢 1 号高炉配备混烧转炉煤气的高温内燃式热风炉，最高风温可达 1250。自 2002 年起风温基本稳定在 11301180，为提高煤比创造了条件。 2.3.3富氧鼓风 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 17 页 高炉喷煤后，煤粉直接进入风口前高温燃烧区，由于煤粉中所含挥发分和灰分比焦炭 中含量高，因此燃烧所产生的煤气体积必然大于全焦冶炼时的量。全焦冶炼时，一般炉缸 每分钟产生的煤气体积约为风量的 1.21 倍；而喷煤时，则为风量的 1.251.3 倍，同时 燃烧产生的灰分要进入炉渣，使渣量增加，而炉腹煤气体积和渣量的增加，势必恶化高炉 下部料柱的透气性而影响高炉内炉料的顺行。由计算可知，在相同的冶炼条件下，喷煤量 由零增加到 100kg/t(不富氧)，炉腹煤气量增加 0.8，渣量约增加 4.3。如果在喷煤的 同时又富氧 2.5，且同样增加 100kg/t 的喷煤量，则炉腹煤气量不但不增加，反而降低 3.9。可见，增加喷煤量的同时又富氧，可减少炉腹煤气量，有利于透气性的提高。 鼓风含氧量提高，氮含量减少，此时虽然风量减少而使鼓风带入物理热有所降低，但 由于氮含量减少，使理论燃烧温度升高，另外富氧鼓风时，气相中氧气的分压力增加，这 些都能加快煤粉燃烧速率，提高煤粉燃烧率。2005 年前由于制氧设备的限制，武钢 1 号高 炉富氧率偏低，小于 1.2。2005 年 3 月后，新制氧设备投产，炼铁厂不断提高富氧率， 到 2005 年 10 月，1 号高炉富氧率已达到 2.9l。 2.3.4优化喷吹工艺 (1)总管加分配器方式 总管加分配器方式适用于远距离直接喷吹，可在大的喷吹距离、范围内用 1 根直径相 对粗的总管代替若干根直径较细的支管。总管可一直引到靠近高炉处再通过 1 个分配器分 配成若干根支管向各个风口喷吹煤粉，这样可降低阻损和罐压，适应远距离的需要。 (2)采用混合喷吹 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 17 页 无烟煤是含碳量高，挥发分低。喷吹无烟煤安全问题容易解决。缺点是无烟煤一般煤 质差，灰分高，不易燃烧，影响煤粉燃烧率，不仅置换比低，而且给冶炼增大了渣量。另 外，煤质硬，制粉能耗高。 喷吹烟煤的优点是烟煤易于燃烧，燃烧产生的氢量多，有利于炉内间接还原的发展； 其煤质软，易粉碎，制粉能耗低。但其含碳量低，置换比受到影响，更重要的是要有严格 的安全措施。 无烟煤中配入一定比例的烟煤后，混合煤的可磨性好，制粉能力得到提高，也降低了 磨煤能耗。具体办法是控制好配煤比例、制粉温度、负压及下煤量，使煤粉细度控制在规 定范围内。 武钢 1 号高炉采用混合喷吹(烟煤 30+无烟煤 70)， 取得良好的效果， 到 2006 年 1 月，煤比达到 158kg/t。 2.3.5抓好高炉操作 高炉要实现喷煤降焦的目标，保持适宜、稳定的煤气流分布是关键。大喷煤使得煤气 量增加，煤气中氢含量增加，炉内压差升高，焦炭负荷加重，料柱透气性变差。为了保持 合理的操作炉型，必须对上、下部操作制度进行调整，使高炉形成合理的初始煤气流。 (1)采用长风口代替短风口，回旋区向炉缸中心延伸，保证足够中心煤气流和适当控 制边缘煤气流分布，使未燃煤粉在炉内均匀合理分布，有利于提高煤比。 (2)适当缩小进风面积，以便穿透中心。随煤比和利用系数提高，焦炭负荷增加，煤 粉分解热增加，回旋区径向长度缩短，回旋区长度的改变直接影响炉缸温度的分布，导致 边缘煤气流强、 中心煤气流受到抑制， 大量煤粉堆积在中心。 武钢 1 号高炉进风面积由 2004 年的 0.3314m 2减少到 2005 年 10 月的 0.3176 ，提高了风速，增强了鼓风动能，辅之于 上部调剂手段，保证吹透中心和初始煤气流的稳定。即通过发展中心煤气流，对边缘煤气 唐山科技职业技术学院毕业设计（论文） 第