承钢2500m_3高炉碱金属负荷的研究及应对措施.docx

檪檪檪檪檪檪殏试验研究m3承钢2 500高炉碱金属负荷的研究及应对措施王挽平( 河北钢铁集团 承钢公司 炼铁厂，河北 承德 067002)摘要: 对承钢 2 500 m3 高炉钒钛矿冶炼入炉原燃料碱金属含量、碱负荷、排碱率进行了检测和测算。根 据生产实践，提出了“高炉入厂原燃料碱金属含量控制标准、碱负荷控制范围及碱负荷长期超过 5 kg / t 应当定期排碱”的观点。经过对碱金属的研究及采取应对措施，承钢 3 座 2 500 m3 高炉钒钛矿冶炼稳定 周期明显延长，每年创效益约 707 万元。关键词: 高炉; 碱金属; 负荷; 研究; 措施中图分类号: TF526文献标识码: B文章编号: 1006 5008( 2012) 10 0003 04RESEARCH ABOUT ALKALINEMETAL LOAD IN 2500 m3 BLAST FURNACE OF CHENG STEEL AND THE COUNTER MEASURES Wang Wanping( Ironworks，Chengde Iron and Steel Company，Hebei Iron and Steel Group，Chengde，Hebei，067002) Abstract: It is checked and calculated the alkaline metal content，alkaline load and alkali discharging rate in in- to furnace raw and fuel materials of vanadium titano magnetite smelting in 2 500 m3 blast furnace of Cheng Steel Based on production practice it is proposed the alkali metal content standard for raw and fuel material come into the plant and control range of alkali load，pointed out that alkaline discharge should be done regularly when alkali load being over 5 kg / t for a long time Based upon the above research and some counter measures adopted，the steady vanadium titano magnetite smelting circulation of three 2 500 m3 blast furnaces of Cheng Steel gets obviously prolonged，and 7 07 million yuans of profit per year gotKey Words: blast furnace; alkaline metal; load; research; measures1问题的提出随着承钢炼铁生产规模的迅速扩大，炼铁技术耐火砖衬 膨 胀、吸收热量和改变原料属性的特性。炼铁原燃料中碱金属含量增加，给高炉生产的稳定 顺行带来了很大的不确定性和操作难度，主要表现在以下三个方面。2 1 恶化焦炭冶金性能根据文献1，不同碱金属含量条件下测定的焦 炭反应性及反应后强度结果表明，加入钾、钠后，焦炭的反应性增加，而且钾、钠的浓度越高，反应性就 越大。钾、钠对焦炭的碳溶反应起催化作用，而且钾的催化作用高于钠。焦炭在反应后因气孔壁迅速变薄，致使其反应后强度急剧下降，焦炭块度减小，产 生较多的碎焦和焦粉，从而使高炉的透气性变差，影响高炉生产。实验测定表明，焦炭碱金属含量每增加 1% ，反应性增加 8% ，反应后强度降低 9 2% ，而3也逐步向精细 化 方 向 发 展。特别是大型高炉投产 后，对原燃料的质量要求也更加严格，除了对原料的 品位、杂质含量、机械强度，燃料的化学成分、焦炭的 冷强度和热强度等有更高的要求外，原燃料中的碱 金属含量及碱金属对高炉生产的负面影响也越来越 引起广泛的重视。2碱金属对高炉生产的影响碱金属在高炉内具有易形成低熔点物质、引发收稿日期: 2012 10 16作者简介: 王挽平( 1980 ) ，男，工程师，2001 年毕业于包 头 钢 铁 学 院钢铁冶金专业，2012 年取得河北联合大学冶金专 业 工 程 硕 士 学 位，现在河北钢铁集团承钢公司炼铁厂工作，电话:檪殏檪檪殏总第 202 期HEBEI YEJIN且小于 10mm 粉末增加。焦炭碱金属含量与其强度的关系见表 1。表 1 焦炭碱金属含量与强度的关系Tab 1 Relation between alkaline metal content and strength of coke表 2 高炉用原燃料的碱金属含量Tab 2 Alkaline metal content% in raw and fuel materials for blast furnace % K2 ONa2 OK2 O + Na2 O物料烧结矿0 1900 0780 1400 0580 3300 136编号1#2#3#华鑫球焦炭灰分中碱金属含量 / %焦炭粒度 10 mm 比例 / %焦炭平均直径 / mm21 05 75 112 1517 2双福球0 2400 0880 328创远球0 2300 0980 32818 214 29 3潞宝焦炭0 0980 1100 208透气阻力系数 / RK107518054701文峰焦炭神龙焦炭 大土河焦 中滦焦炭 神华煤 平罗煤 潞安煤0 2100 1300 1900 1400 0730 0620 1100 0900 1200 0740 0560 0440 0980 1300 3000 2500 2640 1960 1170 1600 240碱金属气化总量 / %9 517 644 22 2 破坏炉况顺行碱金属化合物在随着炉料下降 的 过 程 中 被 还 原，形成碱金属蒸汽随高炉煤气上升。向上运动过 程中，钾蒸汽在烧结矿中形成低熔点的 K2 SiO3 等硅 酸盐，使烧结矿变松软，熔点降低，因此导致高炉冶 炼时软熔带上升、熔融层加厚、煤气阻力大，在炉温 波动时易形成管道及炉瘤。与此同时，由碱金属形 成的凝结物 掉 落 炉 缸，降 低 炉 缸 温 度，造 成 炉 缸 堆 积，成为风渣口烧坏的一个重要原因。高炉出现上 述征兆时，往往造成压差升高崩悬料次数增多，渣、 铁流动性变坏，引起炉况失常。2 3 侵蚀炉底和炉墙耐材高炉内碱蒸汽发生如下反应: 2R + CO = R2 O + C，生成的 R2 O 与石墨炭同时渗入砖缝或砖衬气孔 中而沉积，导致砖衬异常膨胀。此外，K2 O 与煤气中 的 CO2 发 生 反 应，生 成 K2 CO3 ( 熔 点 910 ，在 有 Na2 CO3 存在时，熔点降低到 700 左右) ，K2 CO2 的 沉积作用和生成物使炉体砖产生内应力，降低炉体 砖的强度最终引起砖衬疏松，再加上煤气流的作用 等，致使砖衬易于剥落。承钢 2 500 m3 钒钛矿冶炼高炉基本上每隔 3 个 月出现一次不明原因的炉况波动，虽然从工艺操作 制度和入炉原燃料质量稳定上做了不少工作，但是 高炉炉况波动问题仍 然 没 有 解 决。因 此，对 承 钢 2500 m3 钒钛矿冶炼高炉的入炉碱金属进行深入研 究是十分必要的。3 2高炉入炉料碱负荷表 3 为高炉入炉料碱负荷测算，从表 3 可以看出: 入炉碱金属主要由烧结矿和球团矿带入，其中碱负荷的 57 47% 是烧结矿带入、24 87% 是球团矿带 入，两者合计 82 34% ; 高炉入炉碱负荷为 6 638 4 kg / t，属于同行业高炉中偏高水平。表 3 高炉入炉料碱负荷测算Tab 3 Measure and calculation ofalkali load in into furnace material of blast furnace 含 K2 O含 Na2 O单耗碱负荷碱比例物料/ ( kg / t)/ ( kg / t)/ %/ %/ % 烧结矿1 1560 190 00 140 03 814 857 47华鑫球双福球 创远球0 078 00 240 00 230 00 058 00 088 00 098 00 155 00 560 90 934 82 348 4514 08520潞宝焦炭文峰焦炭0 098 00 210 00 110 00 090 00 235 20 282 83 544 26神龙焦炭3770 130 00 120 00 188 52 84大土河焦0 190 00 074 00 248 83 75中滦焦炭0 140 00 056 00 000 00 00神华煤平罗煤 潞安煤0 073 00 044 00 064 10 973技术思路及研究内容通过测定承钢高炉原燃料的碱金属含量、测算1370 062 00 110 00 098 00 130 00 087 70 065 81 320 99高炉入炉料碱金属负荷、计算高炉碱金属收支平衡、确定高炉合理的碱负荷临界值，最终制定高炉碱金 属危害的预防及排碱措施。3 1 承钢高炉原燃料的碱金属含量表 2 为承钢高炉用原燃料的碱金属含量测定值， 天福球、创远球中氧化钾含量约是华鑫球的 3 倍。合计2 2406 638 41003 3 高炉碱金属收支平衡表 4 为高炉碱金属收支平衡测算，从表 4 可以 计算出: 高炉的排碱率只有 78 58% ，排 碱 率 偏 低， 存在碱金属在炉内循环富集的问题。4河北冶金2012 年第 10 期表 4 高炉碱金属收支平衡测算Tab 4 Measure and calculation of in and out balance of alkaline metal of blast furnace 炉碱金属负荷( 碱金属临界值) 也应降低。从目前承钢高炉碱金属收支平衡表看，高炉最 大排碱量为 5 016 6 kg / t。如果入炉碱负荷超过了该值，多余的部分将在高炉内循环富集，进一步恶化焦炭冶金性能、破坏炉况顺行、促使高炉燃料消耗升 高、降低高炉寿命。基于高炉最大排碱能力，确定承 钢高炉入炉碱负荷应不超过 5 kg / t。含 K2 O/ %含 Na2 O/ %单耗/ ( kg / t)碱负荷/ ( kg / t)碱比例/ %项目 物料烧结矿1 1560 190 00 140 03 814 857 47华鑫球双福球 创远球0 078 00 240 00 230 00 058 00 088 00 098 00 155 00 560 90 934 82 348 4514 085203 5对高炉碱金属危害的预防及排碱措施( 1) 预 防 措 施。以 高 炉 碱 负 荷 5 kg / t 为 临 界值，结合其他先进企业原燃料碱含量控制范围，初步制定承钢高炉入炉原燃料碱含量控制标准如下。烧结矿: Na2 O + K2 O0 22% 球团矿: Na2 O + K2 O0 2% 焦炭: Na2 O + K2 O0 3% 煤粉: Na2 O + K2 O0 25%以烧结矿碱金属含量 0 22% 为临界值，结合其他先进企业入厂原料碱含量控制范围，初步制定承 钢入烧原燃料碱含量控制标准如下。高品位钒粉: Na2 O + K2 O0 19%普粉: Na2 O + K2 O0 14% 外矿: Na2 O + K2 O0 05% 杂料: Na2 O + K2 O0 45% 钙灰: Na2 O + K2 O0 35% 白煤: Na2 O + K2 O1 0% 焦粉: Na2 O + K2 O0 3%烧结机机头三电场、四电场除尘灰外排，集中进行脱碱处理; 要求入烧时: Na2 O + K2 O6 5% ，且配 比不超过 7 kg / t。( 2) 排 碱 措 施。 排出碱金属的主 要 渠 道 是 炉 渣，炉渣中碱金属的质量分数约占入炉碱金属总量的 85% 90% 。为进一步提高承钢高炉的排碱率，需要研究炉渣组成对其排碱能力的影响规律，从而 指导提高炉渣的排碱能力。韶钢在此项工作中有很多值得承钢借鉴和学习。表 6 为韶钢 2006 年 6 9月排碱炉渣中炉渣碱度及碱金属含量均值。表 6 不同碱度条件下炉渣排碱能力数据Tab 6 Data of alkali discharging ability of slag under different alkalinity潞宝焦炭文峰焦炭 收入项 神龙焦炭 大土河焦 中滦焦炭0 098 00 210 00 130 00 190 00 140 00 110 00 090 00 120 00 074 00 056 00 235 20 282 80 188 50 248 80 000 03 544 262 843 750377神华煤0 073 00 044 00 064 10 97平罗煤1370 062 00 098 00 087 71 32潞安煤0 110 00 130 00 065 80 99合计2 2406 638 4100炉渣炉渣3800 840 00 440 04 864 0瓦斯灰瓦斯灰240 340 00 260 00 144 0支出项除尘灰除尘灰20 290 00 140 00 008 6合计5 016 61003 4 高炉碱负荷合理临界值( 1) 目前国内外部分高炉入炉碱金属负荷临界 值如表 5 所示。表 5 部分高炉入炉碱金属负荷临界值比较Tab 5 Comparison of critical values ofkg / t into furnace alkali metal load of parts of blast furnace kg / t 入炉碱金属负荷入炉碱金属负荷厂名厂名宝钢首钢 武钢 包钢 梅钢 宣钢 2 5 4 0 5 0 7 0 2 5 9 0 4 0日本新日铁日本川崎制铁 加拿大多米尼翁钢与铸造公司 美闰琼斯劳林公司 美国美钢公司吉尼瓦厂 德国蒂森施韦尔厂 2 5 3 1 3 0 4 5 4 0 4 0 3 5邯钢英国英钢联公司 R2 0 8 0 95 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 ( 2) 不同高炉的临界 值 有 差 异，当 碱 金 属 投 入量高于临界值水平时，高炉操作均会立即恶化，该值 受燃烧温度、高炉温度分布、煤气压力、煤气速度、炉 渣碱度、渣量、原燃料物理化学性质、操作水平控制 等影响。随着高炉炼铁技术不断进步和原燃料质量的提高，渣量在减少，煤比在不断增加，焦炭负荷提高，焦炭在炉内所承担的任务也越来越重，因此对入排碱量 / ( kg / t)1 70 1 68 1 59 1 54 1 53 1 50 1 46由表 6 可知，随着炉渣碱度升高，高炉的排碱率呈下降趋势; 碱度越高，其排碱率越低，碱度低有利 于高炉排碱。分析认为: 为了提高排碱率，在生产合 格生铁前提下，保持炉渣碱度在 1 1 以下是十分必要的。5总第 202 期HEBEI YEJIN2012 年 2 月底，为了减少高炉内参与循环的碱量，减小碱金属在炉内的不利影响，尽量提高炉渣的 排碱能力，我们在新 3 号高炉推行了每隔 1 个月进 行为期 1 周的定期排碱工作，排碱控制主要工艺参 数如下。排碱期间炉渣碱度: 1 0 1 05排碱期间: S0 080%排碱期间炉温: Si + Ti0 45% 0 65% ，物理热1 450 1 470 ，炉温控制以物理热为主排碱期间: V0 22% 0 23% ( 高炉生矿配比提 至 7% ，烧结矿配比吃普粉比例提高 15% )和不同高炉碱负荷的偏差问题。2012 年 2 月底，制定了高炉排碱方案，按照 方案对新 3#高炉( 2 500 m3 ) 进行了为期一周的排碱 工作，排碱后高炉的顺行得到了较大改善，3 月份比2 月份高炉燃料比降低了 4 21 kg / t、日产铁量提高 了 369 98 t、铁水一级品率提高了 12 94%、Si + Ti均值降低了 0 06% 。下一 步 将高 炉 排 碱 方 案 推 广 到 另 外 2 座2 500 m3 高炉上，根据生产的实际情况，将排碱周期 延长至 2 个月。实施效果承钢 2 500 m3 高炉生产实践表明，在没有控制 入炉碱负荷前，因碱金属的循环富集每 3 个月炉况 会发生一次波动，每次波动时间约 3 天、波动期间焦 比升高 70 kg / t、煤 比 降 低 25 kg / t，燃 料 比 升 高 44 kg / t、产量降低 1 900 t / d。自从高炉控制入炉碱负 荷后，高炉炉况稳定周期提高至 5 5 个月以上，以新3#高炉为例，2010 年 7 月至 2011 年 7 月因碱金属的 循环富集导致的高炉炉况波动如表 7 所示。54推广应用进度从 2011 年 6 月起开始进行研究，8 月份对入炉碱金属含量进行了主动控制，将烧结机三、四电场除尘灰进行单独存放，高炉瓦斯灰进行特殊加工处理 后配入烧结原料，高炉的顺行较之前得到了较大提 高，稳定周期得到了延长。2011 年 12 月 底，根据入厂原燃料的碱金属含 量和供应数量，将碱金属含量偏差大的几种物料平 衡匹配，消除同座高炉不同时期入炉碱负荷的波动表 7 2 500 m3 高炉因碱金属循环富集导致的波动Tab 7 Fluctuation of 2500 m3 blast furnace caused by circular enrichment of alkaline metal焦比 / ( kg / t)煤比 / ( kg / t)焦丁比 / ( kg / t)燃料比 / ( kg / t)平均日产量 / t波动前5 351 45377 53118 9227 86524 312010 年 8 月 26 日 2010 年 8 月 28 日波动期间3 964 41447 6795 0927 83570 59差值 1 387 0470 14 23 84 0 0346 28波动前波动期间 差值5 554 182 049 37 3 504 81363 43461 5998 16129 4483 14 46 3027 7827 940 15520 64572 6652 022010 年 12 月 28 日 2010 年 12 月 31 日波动前波动期间 差值5 431 883 369 57 2 062 31364 31449 1984 88140 2697 59 42 6833 3831 26 2 12537 96578 0440 082011 年 3 月 8 日 2011 年 3 月 10 日波动前波动期间5 601 694 913 29 688 40345 70372 7227 02147 70159 4311 7327 7027 820 11521 11559 9738 862011 年 4 月 27 日 2011 年 4 月 29 日差值波动前5 484 8362 742 5134 0829 18526 0054 次波动的平均值波动期间3 574 16432 792 5108 812 528 712 5570 315差值 1 910 6470 05 25 268 0 467544 31注: 1 生产实践表明: 约 3 个月因碱金属循环富集高炉炉况波动一次，平均每次波动 3 25 天。2 2 500 m3 高炉波动的标致为: 日产量低于 5 000 t，对应风量低于 4 500 m3 / min，同时超过 3 天，高炉停开炉时除外。通过对新 3#高炉进行预防和排碱控制措施，每年创效益计算如下。平均每年波动次数: 由 4 次减少到 2 18 次波动期间每天产铁量: 3 574 16 t波动期间焦比升高: 70 05 kg / t( 单价 2 元 / kg) 波动期间煤比降低量: 25 27 kg / t ( 单价 1 1每次波动时间:3 25 d元 / kg)( 下转第 12 页)6总第 202 期HEBEI YEJIN4 4 3 风机选型一般风量 40 5 104 m3 / h 的除尘器压力损失 为 700 1 100 Pa，取 Pc = 1 000 Pa，则 P 总为:P总 = ( Pa b + Pb c ) a1 + Pca2式中，P总 除尘系统总压力损失，Pa;Pa b a b 段压力损失，Pa;Pb c b c 段压力损失，Pa; Pc 除尘器设备阻力损失，Pa; a1 管道阻力附加系数;a2 通风机性 能 ( 风 量，风 压 ) 波 动 系 数，按 通风机产品样本选取。管道附加系数 a1 取 1 15，通风机性能波动系数a2 取 1 1，因此有:P0 = ( Pa b + Pb c ) a1 + Pc a2 = ( 862 +1 076) 1 15 + 1 000 1 1 = 3 550 Pa风机的风压要大于 3 550 Pa。由于当地大气压 为 Pa = 98 373 Pa，烟气温度为 80 ，因而对选定风 机的风压加以修正为:P0 = P总 ( 98 373 /101 325) ( 273 + t0 ) / ( 273 + t1 )式中，P 实际工况下风机的全压;总P0 101 325 Pa、20 时风机的全压;t1 风机工作时的介质温度;t0 = 20 。将 P0 = 3 550 Pa，t0 = 20 ，t1 = 80 ，带入上 式得 P总 = 4 405 Pa，要求风机在压强 101 325 Pa、温 度 20 时的全压为 4 405 Pa，取 4 400 Pa。综合