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馬鋼4000m3高爐提高煤比生產實踐

時間:2019-06-03 14:06來源:馬鞍山鋼鐵股份有限公司 作者:馬昭斌 郝團偉 點擊:
  • 摘  要  對馬鋼4000m3(A)高爐提高煤比生產實踐進行了總結。通過采取改善焦炭質量、提高入爐品味降低渣比、優化上部裝料制度、提高煤粉燃料率、細化操作、加強管理等措施,高爐保持長周期穩定順行,各項技術經濟技術指標不斷提高,在燃料比相對比較經濟且小幅下降的前提下,2016年9月以后月均煤比基本達到150kg/tFe的水平,最高157kg/tFe。

    關鍵詞  大型高爐  煤比  氣流  穩定順行

    焦炭是高爐煉鐵必不可少的熱源和還原劑,然而隨著焦炭資源的日益匱乏和價格上漲,使用大量噴煤減少焦炭入爐量已經成為必然趨勢。提高噴煤量,降低焦比可以獲得可觀的經濟效益,明顯降低噸鐵成本,因此 ,降低高爐燃料比,提高煤比無論是對降低噸鐵成本、提高鋼鐵企業的競爭力,還是實現節能減排、改善環境均有非常重要的意義。

    1  生產現狀

    馬鋼4000m3(A)高爐于2007年2月投產,采用自立式框架結構,設36個風口,4個鐵口,采用了PW串罐無料鐘爐頂,TMT開口機,4座新日鐵外燃式熱風爐,軟水密閉循環系統。 近兩年來,A高爐本著優質、高效、低耗、穩產的操作原則,不斷總結操作經驗,實現了高爐的較長時間的穩定順行。2016年進一步攻關,通過采取改善焦炭質量、提高入爐品味降低渣比、細化操作、加強管理等措施,高爐長周期穩定順行已超過1000天,但該穩定順行仍處于指標不高的狀態下的實現,與國內先進有較大的差距,主要體現在負荷及煤比較低,因此在穩定順行的基礎上不斷提高煤比成為我們追求的目標。

    2  采取措施

    2.1  改善原燃料質量

    2.1.1  改善焦炭質量

    焦炭是高爐冶煉的重要燃料,在高爐冶煉中起到熱源、還原劑、滲碳劑以及料柱骨架的作用。隨著風溫水平的提高,高爐熱量收入中,焦炭燃燒所占份額明顯減小,作為還原劑與滲碳劑的功能的部分被噴吹燃料所替代而相對降低,但隨著煤比的提高,爐內的焦炭量減少,剩余的焦炭面臨更苛刻的機械化學條件,可以預見,在高煤比時,焦炭從高爐料線到爐缸的下降過程中,會有更嚴重的劣化。焦炭作為料柱骨架的作用更為突出,因此穩定焦炭質量非常重要[1]。

    2.1.1.1  焦炭性能穩中提升

    隨著高爐冶煉強度不斷提高及焦比下降,導致焦炭在高爐內停留的時間延長,焦炭作為骨架的作用進一步強化,焦炭熱性能對爐況的影響更為重要,降低焦炭反應性(CRI)、提高反應后強度(CSR)、改善焦炭質量是提高煤氣利用率進而降低燃料比的必要條件。

    2016年公司對鐵前系統進行聯動降本,焦化與高爐積極聯系,以保高爐穩定為原則,在主焦煤供應緊張的大環境下,焦化廠加強配煤的攻關力度,引進了進口焦煤,最大限度的滿足高爐需要,保證了焦炭的質量的穩定性。

    2.1.1.2  提高焦炭入爐粒度

    爐缸工作狀態不活躍是長期困擾馬鋼4000m3的問題,焦炭粒度對爐缸的工作狀況起到至關重要的作用,特別是隨著煤比上升噴煤量增加加劇了焦炭粉化,死料柱粒度變小,對死料柱透氣、透液性產生嚴重影響進而影響爐缸工作狀況。與國內同類型高爐相比,焦炭入爐粒度偏小一直是馬鋼4000m3高爐的短板, 2015年A高爐平均焦炭入爐粒度為47.50mm,國內4000m3級高爐焦炭入爐粒度大都在50mm左右,這嚴重制約了高爐指標的提升。在總廠的統籌管理下,2016年2月,A爐將新干焦1B、2B焦炭篩板齒間距由25mm改為28mm,調整后這兩個倉的相對粒度大(50mm左右)的焦炭布到中心,提高了中心死料柱的置換速度及改善爐缸的透氣、透液性,對改善爐缸的工作狀況起到了很好的作用。

    2.1.2  提高入爐品味,降低渣比

    馬鋼4000m3高爐入爐原燃料條件波動較大,相對同級別高爐入爐品味相對偏低,由于隨著煤比的上升,未燃煤粉帶入的渣比增加造成“概念”渣比升高[2],按65%的燃燒率計算煤比提高10kg/tFe增加渣比3kg/tFe左右。A高爐采取合理優化爐料結構、球團礦降硅鋁、燒結礦降鎂等措施,提高入爐品味,降低渣比,同時規定及時變料應對原料波動。

    球團強化質量優先的理念,通過調整配礦比,優化原料系統工藝等措施,球團礦Al2O3含量從1.64%下降至的1.33%左右,球團礦SiO2由6.0%下降至5.5%左右。

    關于MgO對燒結礦強度的影響,觀點不盡相同。但從近幾年國內低鎂燒結發展的趨勢來看,隨著燒結礦MgO的降低,燒結礦轉鼓強度沒有惡化。2016年馬鋼新區燒結廠對燒結礦進行了降MgO實踐,由1.93%降至1.8%左右。

    通過不斷優化燒結、球團生產工藝,燒結礦TFe由57.10%提高至57.40%,球團TFe由62.20%提高到62.79%,高爐綜合入爐品位由58.45%提高到58.85%,渣比由310 kg/t下降300 kg/t以內。2016年A高爐綜合入爐品味和渣比。

    2.2  上下部調整相適應,優化上部裝料制度[3]

    上部調劑必須與下部調劑相適應。下部調劑是根據爐況及原燃料條件來調節風口面積、調整氣流的初始分布來保持中心氣流,保持合理的邊緣氣流,控制合適的回旋區大小,避免過高或過低的風速及鼓風動能對回旋區焦炭的影響,實現合理的煤氣流初始分布,通過上下部調節達到“上引下吹”的效果。為了提高高爐穩定性及煤氣利用率降低消耗,2014年下半年開始逐步取消中心加焦形成平臺加漏斗的布料模式,該模式必須在保證中心的同時保持適當發展的邊緣氣流,在上部料制調整的同時下部也進行積極調整與上部制度匹配,A高爐的風口面積由中心加焦時的0.4503m2逐步調整到目前的0.4680m2,從操作實績來看,高爐穩定性及煤氣利用率均有提升。

    2.2.2  優化上部布料矩陣

    2014年下半年起馬鋼4000m3高爐開始改變思路,上部裝料制度逐步由“中心加焦”模式過渡到“平臺加漏斗”模式,中心加焦便于打開中心,促使中心氣流發展;同時,推動爐缸“死料柱”的焦炭快速更新,有利于爐缸的活躍。A高爐采用中心加焦的布料模式也曾取得過良好的指標,但是中心加焦模式要求外界原燃料相對穩定,當原燃料發生變化時,尤其是焦炭質量變差,爐況穩定性受到極大的影響,嚴重時甚至導致爐況失常。平臺加漏斗的布料模式主要優勢在于穩定中心的同時適當疏松邊緣,在一定程度上防止爐墻黏結并提高煤氣利用率。改變思路以來,高爐整體穩定順行,對外部原燃料條件變化的適應能力明顯變強。

    平臺加漏斗布料模式是在保證穩定合適中心氣流的前提下適當疏松邊緣,若中心氣流不足,疏松邊緣則會出現邊緣局部氣流,墻體溫度局部上升,熱負荷大幅上升,壓制邊緣則會出現爐墻黏結,都不利于高爐氣流的穩定。A高爐以“穩定中心,適當疏松邊緣”為指導思想,對各檔位的負荷和計算落料點位置調整變化后進行持續跟蹤,不斷摸索各檔的負荷變化梯度,并結合理論計算及十字測溫各環帶的溫度變化找出之間的對應性,為上部調整提供依據,找出適合自身原燃料條件的調整基準,針對外界變化引起的氣流變化,高爐利用對料線、布料角度方法臨時調整過渡。平臺加漏斗的布料模式下,保持合適穩定的平臺寬度及漏斗深度對中心與邊緣氣流的穩定及合理分布至關重要,特別是隨著負荷增加煤比的上升后對邊緣的影響也會變大,平臺不穩定更易出現氣流不穩定,通過對上部調整建立趨勢化管理,探索各檔位負荷變化及礦焦角差和礦焦距爐墻的距離,逐步找到了合適的負荷分布及角差和距爐墻距離。為保證中心與邊緣氣流,邊緣負荷不宜高出中心負荷過多,同時煤比上升對邊緣氣流影響加大,加大角差及減小礦焦距邊距來調整中心與邊緣氣流的分配相對合適穩定但調整幅度不能過大,漏斗區域負荷適當加重來穩定控制次中心溫度保持中心氣流的集中、中心不過大;結合之前休風料面來看,平臺寬度較窄只有1m左右(平臺面積占爐喉面積的35%左右),氣流易受外界條件的影響而影響負荷及煤比的提高,因此,在調整操作上開始圍繞穩定邊緣及找到合適平臺寬度及位置,料線在1.35m狀態下結合理論計算,隨煤比上升逐步外揚角度,拓寬礦石平臺寬度,礦石平臺寬度由8.5°逐步拓寬至 8.9°,摸索焦礦最外角的位置,調整各檔之間的角差使平臺寬度穩定在1.2m左右(平臺面積占爐喉面積的42%左右)的位置。2016年A高爐上部布料矩陣主要調整過程。

    2.2.2  擴大礦批

    批重對爐料分布的影響是所有裝料制度參數中最重要的。批重決定爐內層狀結構的厚度,批重越大、料層越厚,軟熔帶每層“氣窗”面積越大,高爐將因此改善透氣性。批重越大,整個料柱的層數減少,因此界面效應減少。界面效應給高爐布料帶來的缺陷是明顯的:首先,它破壞了爐料的層狀結構,使布料操作復雜化;其次,由于礦、焦的互相作用,界面上的混合層是難以避免的,它對料柱的透氣性會有不同程度的不利影響,減少界面效應有利于改善高爐透氣性。當噴煤水平越來越高時,出現了是否存在最小焦層厚度的問題,以及如果存在會是多少的問題。一般來說,從實際生產觀察,在高爐爐喉的礦層不應超過70-80cm,焦層不應小于32cm[3]。綜合考慮馬鋼的原燃料條件,2016年A高爐礦批由100t逐步擴至110t,提高煤比降低焦比的同時,擴礦批選擇焦批不動,保證爐腰焦層厚度不低于20cm(爐喉焦層厚度不低于40cm)。

      通過以上調整,A高爐逐步獲得了穩定合適的兩道煤氣流分布,煤氣利用率由48.5-49%水平提高至49-49.5%水平。

    2.3  提高煤粉燃燒率

    改善煤粉燃燒狀態是改善料柱透氣性,提高煤粉置換比、降低燃料比的關鍵,主要通過優化鼓風參數、熱補償、改善煤粉粒度組成等措施實現[5];馬鋼4000m3高爐風溫基本穩定在1200-1220℃水平,富氧率2.5-3.0%的水平,理論燃燒溫度2220-2300℃。馬鋼的富氧率在同級別高爐中是偏低的水平,低煤比條件下限制性不明顯,但隨著煤比的上升低富氧率的限制性就會越來越明顯,就目前狀況來看煤比達到160kg/tFe(燃料比500 kg/tFe,噴吹煤量60t/h以上),氧過剩系數只有1.06左右處于低水平影響煤粉燃燒,煤比繼續上升將會影響更嚴重,富氧率有待進一步提高。隨著煤比達到150 kg/tFe以上,進一步優化噴煤制粉,改善煤粉粒度,煤粉粒度<200目的比例由原來的74%左右提高到77%以上,改善煤粉燃燒狀態。

    2.4 細化操作,加強管理 

    2014年開始在操作控制管理上創造性的建立了高爐體檢預警及順行體系,通過對歷史數據的總結回歸對高爐主要參數建立了管理控制界限,在日常操作中嚴格按照控制目標進行操作控制管理,形成目標值管理控制,為調整應對提供數字化、量化標準。為了強化過程體檢的效果,建立“每日體檢PDCA”驗證表,從現狀分析、原因分析、應對措施、結果驗證、下一步操作方針五個方面完成對每日爐況的PDCA過程控制,保證每一步調整有理有據,有結果有分析。

    成立了各個分廠的相關技術組,主要負責技術方面的總結攻關,作為高爐體系的一部分,建立各自部分的過程控制標準,加強過程控制管理;各個技術組之間通過交流溝通,信息共享,共同提高自身的過程控制水平,為提高高爐的過程控制起到很好的作用。

    針對外部條件變化對高爐的影響,建立了各類操作應對預案及管理辦法,在外界條件變化及事故突發的情況下,高爐操作者嚴格按照操作預案執行,操作者在處理時做到處理 “心中有數,腦中有路”,作出最快最準確的應對,減少高爐受外部條件影響程度,保證高爐在外部因素影響下平穩過渡。

    3  取得效果

    通過改善焦炭質量、提高入爐品味降低渣比、優化上部裝料制度、提高煤粉燃料率、細化操作、加強管理等措施,A高爐在燃料比小幅下降的前提下,煤比由130kg/tFe提高至157kg/tFe,高爐各項經濟技術指標均有所提升。

    4  結語

    (1)高效、低耗、穩定順行是高爐生產的目標。提高煤比是個系統工程,整個鐵前系統需要聯動降本,保證高爐的長周期穩定順行。

    (2)在不打破原有原燃料保供條件下,轉變思路調整部分焦炭篩齒間距提高焦炭粒度,加快中心料柱的置換速度,改善爐缸工作狀況、提高中心氣流穩定性,對指標提高創造有利條件。

    (3)裝料制度上對平臺加漏斗模式的把控水平不斷提高,建立上部制度與氣流相關參數的趨勢跟蹤管理,為不斷探索調整優化提供有利支撐。

    (4)高爐技術組成員分別跟蹤不同的數據,建立自己的數據庫形成趨勢管理,發現異常及時匯報預警,對相關的數據進行整理分類,找到其相關性因素,不斷完善體檢制度,為高爐的高指標的穩定順行提供數據依據和理論支撐。

    5  參考文獻

    [1]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M].北京:冶金工業出版社,2002:72

    [2]朱錦明.寶鋼高爐200kg/tFe 以上噴煤比的實踐[J].煉鐵,2005,24(增刊):36-40

    [4](荷)馬丁﹒戈德斯等著,沙永志譯.現代高爐煉鐵[M].第3版. 北京:冶金工業出版社,2016:93-94.

    []惠志剛,丁暉. 馬鋼新區4000m3高爐提高煤比實踐[J].煉鐵,2009,28(4):26-29

    (責任編輯:zgltw)
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