高炉矿粉_煤粉复合喷吹研究

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鞍钢技术

高炉矿粉、煤粉复合喷吹研究

王尤清　刘德军(鞍钢技术中心)

　　摘要　高炉喷吹矿粉是目前乃至下个世纪高炉强化生产的一种重要手段,但单一喷吹矿粉会产生一系列问题,同时有诸多环节,而矿粉、煤粉的复合喷吹可有效地解决这些问题。对矿粉、煤粉的复合喷吹技术进行了研究和探讨。

关键词　高炉　喷矿　喷煤　复合

ResearchofCombinedInjectionofOreandCoalPowderintoBF

WangYouqing　LiuDejun(AISCTechnologyCentre)

Abstract　InjectionoforepowderintoBFisoneofmajorintensifiedmeansatpresenteveninnextcentury.Injectingorepowderonlycancauseaseriesofproblems,atthesametime,thereexistmanyrestrictedlinks,butcombinedinjectionoforeandcoalpowdercaneffectivelysettletheseproblems.Thetechnologyisinvestigatedanddiscussed.

KeyWords　blastfurnace　orepowderinjection　coalpowderinjection　combine

1　前　言

高炉喷吹系指从风口向高炉炉缸喷吹铁

矿粉或其它含铁粉料。该项技术始于80年代初的日本。最初用于生铁降硅,后来在高风温、高富氧的条件下,它成为高炉确保顺行、强化生产的一种重要手段。在日本,五大钢铁企业均已对高炉喷吹技术进行了大量的试验和研究。正因为所喷物料可以是精矿粉、富矿粉,可以是烧结矿或是球团矿粉末,也可以是

王尤清　工程师　鞍钢技术中心钢研所炼铁室　　　　邮编　114001高炉、转炉炉尘或炉前料仓除尘灰等,故在强化生产、综合利用能源、消除污染、克服造块能力不足及调剂炉况等方面都有着重要意义。

所喷的含铁粉料在炉缸内完成熔态还原,可以促进富氧喷煤,进而强化高炉生产。这一技术措施是传统高炉冶炼工艺与近年来兴起的熔态还原技术的结合点。炼铁界把近年来在熔态还原研究中取得的成果单元性地应用于高炉冶炼,使之在节焦、增产两方面均有所突破。

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1999年第6期

(1)单喷未还原粉矿时,最大喷吹率为175g/m3;

(2)单喷预还原度为60%的粉矿时,最大喷吹率为167g/m;

(3)未还原粉矿与粉煤(167g/m3)同喷时,粉矿的最大喷吹率为117g/m3;

(4)预还原度为60%的粉矿与粉煤(167g/m)同喷时,粉矿的最大喷吹率为167g/m3。

因为喷吹粉矿会降低死料柱(炉芯)的温度,所以经试验研究,要维持合适的死料柱温度,粉矿的最大喷吹率被确定如下(在实际高炉上可略大于此值):

(1)单喷未还原粉矿是极困难的;(2)粉矿与粉煤等量同喷时,其最大喷吹率为70g/m3;

(3)单喷预还原度为60%的粉矿时,最大喷吹率为175g/m;

(4)预还原度为60%的粉矿与粉煤等量同喷(混合)时,其粉矿最大喷吹率为115g/m。2.4　死料柱温度作为粉矿最大喷吹率环节的原因

在实行最大喷吹率时,尽管都可以满足回旋区获得热补偿的要求,然而死料柱温度已下降很大。试验研究发现,在回旋区端部(即死料柱表面)存在粉矿,正是因为它造成了该处温度的降低,并且降低了那里的透气性。在高炉生产中,正常顺行的条件不仅仅是回旋区获得热补偿,更主要的是炉芯部要保持一定的温度和透气性,因此把保证死料柱温度作为粉矿最大喷吹率的环节。2.5　粉矿与粉煤等量同喷的优点

(1)可改善高炉下部的透气性。如单喷粉矿,则其形成的矿渣进入回旋区后,增加了回旋区的渣量;同时又因喷吹矿粉,大量吸取炉缸热量,使渣相对变稠。如粉矿与煤粉同喷,在混合物进入回旋区之前,煤粉就燃烧3

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2　目前有关高炉喷吹矿粉方面的研究成果

2.1　喷吹矿粉的可行性

由于可用于炼焦的优质煤日趋枯竭,新建焦炉的成本又大,所以向高炉喷吹廉价的烟煤已经被广大的炼铁工作者所接受,然而喷煤使得炉腹的煤气量增加,同时使矿焦比增大,导致料柱透气性变差。为了解决这两个问题,人们采用了富氧(同时又提高了煤粉的燃烧率),富氧的结果使炉缸过热,同时可引起高炉产生热悬料。在这种情形下,从风口喷入铁矿粉就成为高炉顺行的必要手段。据测算,其吸热效果约为同重量煤粉在炉内加热及热分解所吸热量的两倍。喷矿的实质是铁氧化物高温分解,产生的氧相当于提高了鼓风富氧率。测算结果表明,喷矿70kg/t,相当于提高富氧率1%。

喷矿不仅仅是为了上述原因,为了下个世纪高炉生产能取得较大突破,目前已作为一种强化生产的手段。在炉缸内,随着喷矿比的逐渐增大,炉缸的温度会随之逐渐降低,甚至会降到正常水平以下,这就有了一个为了维持高炉正常生产的热补偿问题。2.2　热补偿的判据

一般认为,若回旋区内焦炭温度与全焦操作时基本相同,即实现了热补偿。人们把回旋区内焦炭温度Tc和火焰温度Tf的比值Tc/Tf=0.75作为回旋区是否达到热补偿的依据。依此为据,人们进一步分析了在各种条件下高炉喷吹矿粉量的上限。

2.3　各种条件下高炉喷吹矿粉量的上限

在回旋区获得热补偿的操作条件下,改变粉矿的喷吹率,当死料柱表面温度即将降低时,此时的粉矿喷吹率称之为粉矿的最大喷吹率。

在实际高炉上,风温为1300℃时获以下值:

鞍钢技术

了,并形成高温气体,加热并熔化了粉矿,还加热了回旋区的渣,进而改善了渣的流动性和高炉下部的透气性。

(2)使炉料下降顺畅。由于渣量增加,渣相对变稠,使炉料下降不均,而粉矿与粉煤同喷时,改善了回旋区内渣铁的熔融、还原和流动性,使回旋区得到热补偿,从而使炉料下降变得顺畅。

(3)两者同喷可以相互促进。

(4)可以减小喷吹物对风口前端的冲刷和对管道的磨损。

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增产节焦的最有效手段,所以其推广势在必行。如前所述,在富氧率达到一定水平(例如30%)以后,由于喷煤量的增加,焦炭负荷势必增大,从而造成了高炉下部透气性变差和炉缸温度过热。为了调节炉缸温度,从风口喷吹粉矿是很必要的,这样既可防止炉缸过热,又可部分地减轻炉内的焦炭负荷,从而实现高炉稳定、增产的目的。

就现状而言,我国多数高炉尚未使用富氧鼓风,少数厂家采用富氧也是断断续续的,富氧率均不高;再者,风温多在1000℃左右,所以在我国要大量喷吹粉矿,目前条件不是很充分,但少数条件好的厂家已先走一步。首钢已经在1991～1992年期间进行了喷吹粉矿的工业试验,虽不甚成功,粉矿比亦小,却也找出了一定规律。从长远来看,发展喷吹粉矿技术势在必行。

(2)1994年底,鞍钢钢研所、鞍钢炼铁厂、东北大学三方在鞍钢炼铁厂6号高炉进行了喷吹“烧结沟下旋风尘”的试验,现将这次所获得的经验简要介绍如下:

①由于矿粉在炉缸内降温作用很大,因此其喷吹量的准确计量就显得尤为重要;

②尽管目前各种物料的喷吹工艺都已过关,但针对矿粉喷吹的特殊性,必须认真注意其全套设备的各部管道、阀门的耐磨性。另外,由于矿粉的沉降速度很大,必须针对具体情况,在输送线路的转弯处和分配器前后加补风压,以确保喷吹顺利;

③应增加过滤,以防异物及大块进入喷吹系统;

④红外成像测试有一重大发现:由于矿粉颗粒质量大,惯性也比煤粉大,这样矿粉到达死料柱表面的几率就大。到达死料柱表面的矿粉迅速熔成一片“锅巴状”的致密的薄层,而且颜色较暗,说明其瞬间温度较低。而后又迅速崩散,接着再循环。如果喷吹量增大,就可能将死料柱表面封死。这一点也证实3　强化粉矿喷吹的措施

(1)粉矿与粉煤同喷(最好是等量同喷);

(2)提高风温及富氧率,适当调整焦炭负荷。计算表明,如果提高风温的热补偿利用率为100%,则提高粉煤比的利用率为60%,焦炭为40%;

(3)提高煤气中H2的浓度;

(4)中心加焦。研究表明,高炉采用倒“V”型软熔带,可最有效地保证炉况顺行,并能提高炉芯部位的温度及透气性,而中心加焦即可实现这一目的。由此可见,中心加焦是强化粉矿喷吹的又一有利措施;

(5)喷吹预还原的粉矿;

(6)采用双排风口。这一方法已经在日本川崎制铁厂开发,目的是使在上排风口区未还原的熔融物从下排风口生成并上升的煤气流中获得显热,并完成最终还原;

(7)在粉矿比相同时,应尽量应用于大高炉,因为其热容大,需热补偿少。

4　我国开展高炉喷吹粉矿的前景

(1)从长远角度看,富氧喷煤是大幅度4

了“死料柱表面透气性及其温度是物料最大喷吹量的环节”的结论。

1999年第6期

于在管道中的推力远大于粉矿的重力,此时矿、煤比重差的影响已不显著,已混匀的粉料在输送过程中不可能上、下分层。

5　喷吹粉料的选用及其喷入方式

6　结　论

(1)在粉料的选用方面,所有的含铁粉尘,如瓦斯灰、转炉尘、平炉尘及除尘系统的含铁尘等都可。这些粉料的喷吹,无论是对消除污染,还是对减少运输费用或重新造块费用而降低生产成本,都是有极大益处的。

(2)关于喷入方式,若有条件当然可以自成体系,但若喷吹量不大,不妨将干的粉矿按比例同时加入球磨机,这样可以确保煤矿混匀。由于所用粉矿粒度较细,不致使球磨机制粉能力降低很多,同时也起到了防爆的作用。

至于矿、煤混喷时管道输送的均匀性,由

(1)死料柱温度是粉矿最大喷吹率的环节:

(2)粉矿的喷吹应当实行粉矿与粉煤等量喷吹;

(3)在进行粉矿喷吹时,应采用中心加焦,以确保高炉稳定顺行;

(4)在正常的喷吹推力下,粉矿与粉煤同喷不会产生分层。

(编辑　孙永方)　　收稿日期:1999年2月8日

冶金快讯

鞍钢镁脱硫技术应用成功

鞍钢钢铁集团公司镁质粉剂铁水脱硫技术的研制与应用已获成功,并开始对外转让此项技术。

他们在第三炼钢厂自行开发了混合喷吹含镁剂粉铁水炉外脱硫技术,以技术中心开发的镁粒钝化、高流动性防潮石灰等技术为基础,在对第三炼钢厂喷吹CaO铁水脱硫系统进行局部改造后,于1997年10月率先在国内进行了工业规模应用镁脱硫试验,从1998年4月起,该贰技术正式用于低硫钢生产,同年6月,脱硫命中率有了大幅度提高,低硫钢种全部通过连铸机生产。

目前鞍钢第三炼钢厂每月处理低硫铁水1万t,铁水平均入炉硫含量小于0.004%,满足了生产管线钢、Z向钢、E级船板、CF钢等钢种的需要。鞍钢技术中心向企业转让镁脱硫技术工作已开始运作,并取得了较好的效果。

一年多来的生产实践表明,应用含镁脱硫剂进行铁水预处理,确有脱硫可预测性强、可实现深脱硫、受温度影响小、受高炉渣影响小、温降小、用量少、铁损少等优点。