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系统优化整体提升
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核心提示:
近年来,我国高炉炼铁生产技术进入快速发展阶段,全国重点企业高炉炼铁技术经济指标不断创出历史最好水平,一些高炉炼铁技术经济指标接近或达到国际先进水平,详见表1、表2。
我国炼铁原燃料技术进步有力地促进了我国炼铁技术进步。
近年来,我国高炉炼铁生产技术进入快速发展阶段,全国重点企业高炉炼铁技术经济指标不断创出历史最好水平,一些高炉炼铁技术经济指标接近或达到国际先进水平,详见表1、表2。
我国炼铁原燃料技术进步有力地促进了我国炼铁技术进步。
表1全国重点企业炼铁技术经济指标
项目
2003年
2002年
2001年
2000年
国际先进水平
全国产量万t
20231
17024
14893
13103
利用系数,t/m3d
2.474
2.448
2.337
2.233
大高炉2.68
燃料比,kg/t
526
526
530
533
439
入炉焦比,kg/t
433
415
423
429
240
喷煤比,kg/t
118
125
124
118
266
热风温度,°C
1082
1066
1081
1034
1300
入炉品位,%
58.49
58.18
57.28
56.81
烧60球67
休风率,%
1.86
1.61
2.36
2.03
铁工序能耗,Kgce/t
464.68
454.13
448
464
437
表22002年部分高炉技术经济指标
企业
炉号
容积
m3
系数
t/m3d
焦比
kg/t
煤比
kg/t
风温
°C
渣铁比
kg/t
入炉品
位%
生铁[Si]%
焦炭
灰份%
M40%
M10%
宝钢
3
4350
2.34
270
203
1248
252
60.35
0.27
11.22
89.5
5.31
宝钢
1
4063
2.29
262
233
1247
252
60.38
0.31
11.32
89.13
5.51
首钢
1
2536
2.33
351
147
1119
300
59.66
0.38
12.09
80.96
7.29
马钢
1
2500
2.34
361
128
1111
323
57.88
0.39
12.12
84.60
6.44
梅山
3
1250
2.25
396
96
1101
282
59.36
0.45
11.99
80.22
7.22
湘钢
1
1000
2.48
366
139
1089
357
58.24
0.52
12.21
75.01
7.40
莱芜
1
750
2.64
342
162
1044
286
59.89
0.82
11.50
83.4
5.80
鄂城
2
620
2.63
366
142
1105
310
59.58
0.44
12.66
79.3
7.23
三明
3
380
3.65
386
123
1096
284
60.33
0.54
12.18
79.9
7.0
新兴铸管
3
361
3.83
364
123
1143
308
59.64
11.73
89.9
6.81
三明
2
350
3.87
383
115
1083
264
60.54
0.53
10.18
79.9
7.0
高炉炼铁是以精料为基础。
国内外高炉炼铁的实践表明,精料对高炉炼铁科技进步的影响率在70%左右。
炼铁界将高炉精料技术概括为“:
高、熟、净、小、均、稳、少、好”八个字。
其每个字的具本内容如下:
一、“高”是指入炉矿晶位要高,烧结矿球团矿的强度要高,烧结矿的碱度要高。
主要应抓好以下环节:
一是入炉矿品位。
高炉入炉矿品位高是精料技术的核心,也是精料技术工作的主要方向。
高品位的效果是:
入炉矿品位提高1%,焦比下降1.5%量提高2.5%铁渣量较少30kg,允许多喷15kg/t煤粉。
目前,国际上最先进水平高炉入炉品位是64%,相应吨铁渣量在150kg左右。
2003年上半年,我国重点企业之中有13家企业入炉矿品位在60%以上,最高的是沙钢,品位为61.49%,有34个企业入炉矿品位在59%以上。
2002年,我国有35座高炉使用高品位矿以后,吨铁渣量在300kg以下。
表1和表2分别反映出我国入炉矿品位、高炉利用系数、燃料比、人炉焦比相关情况。
表3列出国际上有关国家的高品位熟料情况。
表3国际高品位熟料情况
国家
类型
品位(%)
SiO2(%)
CaO(%)
碱度(倍)
FeO(%)
芬兰
烧结
60.4
4.2
6.97
1.66
10.0
比利时
烧结
59.8
4.98
7.16
1.44
5.86
德国
烧结
58.8
4.77
9.78
2.05
4.8
荷兰
烧结
58.5
3.95
10.3
2.61
13.6
瑞典
球团
66.5
2.4
0.2
0.08
0.32
加拿大
球团
67.9
2.0
0.06
0.03
0.8
提高入炉矿品位的方法如下:
(1) 购买高品位的矿石。
进口矿的品位高,使用量大(预计2003年将占用量的50%),这有力地提高了我国高炉入炉矿品位。
(2) 一些“吃百家矿”的炼铁企业,购买品位低的矿粉后,再经润磨机研磨之后进行选矿处理,有效地提高了入炉矿品位,降低了焦比,取得了良好的经济效益。
(3) 烧结采取降硅提铁生产技术,有效地提高了烧结矿品位。
低SiO2高碱度烧结矿不仅具有良好的还原性能和冷强度,还有好的高温冶金性能。
表4列出部分企业烧结矿情况。
表4 2002年部分企业烧结矿成分
企业
宝钢
济钢
莱芜
南京
新兴铸管
徐州
武钢
首钢
上一
梅山
SiO2(%)
4.54
4.50
4.08
4.70
4.72
4.51
4.90
4.95
4.76
4.83
TFe,%
58.92
57.39
58.49
58.76
58.27
60.09
57.84
58.12
57.74
57.86
转鼓,%
75.29
72.28
77.81
86.12
67.28
70.53
78.50
85.50
78.80
80.19
(1) 球团矿减少皂土用量的方法是,将矿粉再磨细(增添润磨设备,提高精矿细度,希望矿品位≥68%,-200目含量≥85%)和改善颗粒形状,以及皂土纳化和用有机粘结剂。
减少皂土用量就可以提高球团矿的品位。
表5列出部分企业球团矿成分情况。
表52002年部分企业球团矿成分
企业
鞍钢
包钢
首钢
济钢
宝钢
南昌
攀钢
杭钢
临汾
湘钢
皂土用量,kg/t
9
12.68
16.89
22
25
29
22.9
23
23.48
23.19
TFe,%
63.92
64.38
65.28
62.17
63.19
63.8
59.85
60.12
61.98
63.28
转鼓,%
92.76
88.33
89.44
87.7
90.7
91.0
91.07
87.47
88.58
降低球团矿SiO2含量,对于提高品位、改善球团矿性能也有良好的作用,详见表6。
表6降低球团矿SiO2的性能影响
球团矿
SiO2(%)
TFe(%)
FeO(%)
CaO(%)
抗压强度(kg)
气孔度(%)
常规还原度(%)
高温还原度(%)
常规
4.57
65.51
0.78
0.96
278
28.7
93.8
42.51
低硅
2.00
67.94
0.64
0.06
341
28.2
86.9
98.22
几年前,北京科技大学孔令坛教授曾对不同品位铁矿石的冶金价值做过评价。
炼铁界认为,一般低于50%品位的入炉铁矿石(或矿粉)无冶金价值。
表7、表8表明铁矿石冶金价值。
表7非自熔性铁矿石冶金价值
品位%
燃料比kg/t
高炉渣量kg/t
吨铁矿价值(元)
1%铁分价值(元)
40
1570
2688
-104
-2.60
45
1290
2014
-2.5
-0.56
50
1063
1470
55
1.10
55
870
1020
137
2.49
60
717
644
218
3.63
65
585
325
300
4.62
(注:
其价值为5年前的数据。
)
表8自熔性铁矿石冶金价值
品位(%)
燃料比(kg/t)
渣量(kg/t)
吨铁矿石价值(元)
1%铁分价值(元)
40
749
1249
140
3.50
45
675
935
179
3.98
50
621
692
211
4.22
55
574
489
258
4.69
60
526
301
302
5.03
65
496
162
342
5.26
(注:
价值为5年前的数据。
)
个别企业领导在表扬采购铁矿石品位低而价低的采购员,认为这是为企业降低了生产成本。
但应当关注的是,低品位矿石在高炉炼铁过程中所造成的产量下降、焦比升高、高炉顺行变差、喷煤比减少等方面的影响,远远大于购买低品位矿石所节省的钱。
当然,各企业均应制定出合理的、最佳经济品位的采购矿石要求。
而这个要求要随着矿石和焦炭、生铁价格而变化,要不断进行调整。
二是高强度。
入炉料的强度是用转鼓指数来表示的,常用符号为ISO。
我国YB/T421-92标准规定,高碱度烧结矿ISO的一极品≥66.0%,优质烧结矿ISO≥70%。
我国冶金焦炭技术指标(GB1996-80)的机械强度是:
M40I组>80%,Ⅱ组>76%,Ⅲ组>72%,Ⅳ组>65%;M10I组>8.0%,Ⅱ组>9.0%,Ⅲ组>10%,Ⅳ组>11%。
我国要求球团矿转鼓指数ISO>78%,抗磨强度A<5%,抗压强度>2000N/球,允许的偏差值为△ISO≤2.0%,△A<1%。
生产实践表明:
烧结、球团转鼓指数每升高1%,高炉产量提高1.9%;焦炭M40提高1%,高炉利用系数提高4%,燃料比下降5.6kg/t;M10减少0.2%,高炉利用系数提高5%,燃料比下降7kg/t。
提高烧结矿强度的办法是:
矿粉的粒度要控制在8mm以下,焦炭粉和熔剂的粒度要<3mm,大于上述要求粒度的原料应进行重新破碎,同时焦粉<0.25mm的细粒越少越好。
混合料对磁铁矿和赤铁矿适宜的水分在7%至9%,而波动的范围一般小于0.5%。
混合料最佳水分一般为混合料最大透气性时水分量的90%。
一次混合时水量要加总量的90%,以保障物料的潮湿和制粒,在二次混合中只添加10%的水分作调整。
二次混合的主要任务是强化粒度。
一次混合与二次混合的时间比约为2:
1,总的混合时间约在9分钟左右为佳。
混合时间长会对造球性能好,进而改善烧结机的透气性,但会增加设备投资。
均匀混合和制粒是提高烧结矿强度的关键,一些单位甚至加长了圆筒混合机的长度。
以细精矿为主的烧结方法,可适当增加石灰用量,将混合料预热到烧结废气的露点以上,要严格控制烧结机的烧结终点等技术。
也可将细粒的精矿预先制粒,然后再与其粗粒级组分进行混合。
在制粒过程中可加少量皂土。
烧结机的点火温度、料层厚度、机速、抽风等情况均会对烧结质量产生影响。
要采用完善的冷烧工艺。
提高球团矿强度的办法是:
提高细精矿粉的-200网目的比例,要大于85%。
进口巴西精矿粒度较粗。
如卡拉加斯矿,用于生产球团就需要进一步磨细。
提高球团矿质量的关键是精矿粉造球的质量,对添加水分和皂土量要根据不同矿物性能选择最佳值。
生产实践表明,采用大型链篦机——回转窑生产的球团矿质量要比竖炉工艺好。
提高焦炭质量的首要措施是适当选择炼焦煤及其配比。
随着煤炭供应的市场化,煤的价格攀升,使焦化厂选择优质炼焦煤,合理调整配煤比,炼制优质冶金焦炭增加了难度。
提高焦炭强度的技术措施有:
采用干法熄焦,既可回收能源又有利于环保,同时焦炭M40提高3%~8%,Mt。
降低0.3%~0.8%,粒度均匀,反应性降低。
将炼焦煤在焦炉外捣固,其堆积密度提高到950-1150kg/m3,可使焦炭M40提高1%-6%,M10降低2%~4%,CSK提高1%~6%,。
将炼焦装炉煤的一部分进行压块成型,与其余散状煤料混合装炉炼焦,与捣固炼焦相同,其煤料的堆积密度可达800kg/m3,也可提高焦炭质量。
将煤的水分控制在6%左右,可使煤的堆积密度提高4%~7%,也可相应提高焦炭强度。
大高炉对原燃料质量的要求要高于中小高炉。
不少企业新上大高炉对原燃料质量要求没有提高,造成投产后生产运行不理想,应当引起重视。
一些企业在这方面有过深刻的教训。
三是高碱度烧结矿。
高碱度烧结矿与熔剂性烧结矿相比,具有强度好、含FeO低、还原性好、软化温度高、还原粉化率低等优点。
所谓高碱度,一般是指碱度在1.8-2.0。
目前,国内外炼铁企业均在调整炉料结构,以取得最佳经济效益。
所谓合理的炉料结构,则要根据各厂具体情况而定。
采用60%左右的高碱度烧结矿,配上20%~25%的酸性球团矿,再使用15%—20%块矿的方法,已在国内外企业中应用。
使用块矿必须有破碎,筛分设施,经过整检后的矿石粒度应在6~30mm之内。
磁铁矿和强暴烈性的矿石不直接入炉或限量入炉。
表9为2002年部分企业高炉高碱度烧结矿与炼铁指标情况。
表9部分企业高碱度烧结矿与炼铁技术指标
企业
炉号
高炉容积(m3)
系数(t/m3·d)
入炉焦比(kg/t)
烧结矿
碱度(倍)
转鼓(%)
宝钢
3
4350
2.34
270
1.84
82.66
鞍钢
10
2580
2.28
357
1.8
82.59
马钢
1
2500
2.34
361
2.02
80.39
邯钢
7
2000
2.09
355
1.80
72.92
莱钢
1
750
2.64
342
2.10
77.31
南昌
3
380
3.64
515
2.62
71.0
新星铸管
3
361
3.83
364
1.83
67.28
济钢
4
350
3.36
413
2.04
71.76
杭钢
2
342
3.57
370
2.54
74.90
涟钢
1
329
2.84
412
2.27
72.28
使用高碱度烧结矿后,高炉基本上不加石灰石和白云石,从而减少了高炉结瘤的几率。
我国炼铁企业入炉块矿的比例在逐年增加,而日本也在增加。
其主要原因是块旷的价格要比烧结和球团低,而且减少了烧结和球团生产过程中对环境的污染。
随着高炉炼铁科技进步的加快,高炉生产也接受了一定比例的高品位块矿,而对人炉焦比和炼铁成本影响不大。
表10为2002年国内外炼铁炉料结构情况。
表10部分企业高炉炉料结构情况
企业高炉
宝钢
唐钢
武钢
邯钢
水钢
上一
天铁
安阳
柳钢
青钢
日本
3号
3号
1号
7号
2号
1号
3号
7号
5号
2号
2003年3月
炉容,m3
4350
2560
2200
2000
1200
750
600
380
360
350
炉料结构
烧结(%)
76.67
74.08
74.69
72.32
79.4
86.42
86.47
81.99
75.51
70.34
73.1
球团(%)
5.31
10.95
10.8
13.49
0.53
2.83
0
4.0
18.81
18.74
5.6
块矿(%)
18.02
14.95
14.51
12.96
17.34
10.72
13.53
14.00
5.67
10.91
21.3
值得注意的是,自1997年以来,日本高炉使用球团矿的比例在逐年减少,由14%降到5.6%。
根据长沙冶金设计院唐先觉先生的评述,主要原因是进口球团矿比烧结矿贵30%,球团矿的高温还原粉化率要比烧结矿严重,这会对高炉生产带来负面影响。
矿源确定之后是采用烧结还是球团法,以及用什么样的工艺参数,必须对矿物性能进行试验或进行可行性研究来确定。
我国铁矿粉大多数颗粒粗,适宜于生产烧结。
二、“熟”是指熟料,即将铁精矿粉制成具有高温强度,又符合高炉冶炼要求冶金性能的块状料。
通常熟料包括烧结矿和球团矿。
国内外高炉炼铁生产实践表明,使用熟料炼铁可大幅度提高高炉炼铁各项技术经济指标。
其主要原因是熟料可提高铁矿在高炉内的间接还原比例,提高炉料透气性,降低燃料消耗,提高产量。
据统计,美国高炉熟料比在85%左右,日本为78.7%,前苏联为95.7%。
2002年,我国重点企业高炉炼铁熟料比为91.53%。
炼铁界曾经追求高熟料比。
但是,随着高炉炼铁科学技术的不断进步,高熟料比已不是高炉炼铁的重要技术经济指标。
由于配加20%以内的高品位块矿有较大的经济效益,所以现在炼铁企业已不再追求高的熟料比了。
三、“净”是指入炉的原燃料中小于5mm粒度的粉末耍筛除,筛除后的烧结矿、球团矿、焦炭、块矿即可称为净的炉料。
高炉炼铁技术要求小于5mm以下的炉料占全部炉料的比例要不超过3%-5%。
净炉料入炉能大大提高高炉炉料的透气性,为提高高炉冶炼强度、高炉顺行高产和增加喷煤比创造出有利条件。
为减少炉料之间的填充作用(小块夹在几个大块之间的空间内而影响炉料透气性),要求5~10mm粒度的炉料所占的比例要小于30%。
据统计,人炉料粉末降低1%,高炉利用系数提高0.4%~1.0%,焦比下降0.5%。
四、“匀”是指高炉入炉料粒度要均匀
表11为国内外高炉炼铁企业对入炉料粒度要求的范围(单位mm)
国家
天然矿石
球团矿
烧结矿
焦炭
石灰石
返矿
中国宝钢
8~25
8~16
6~50
25~70
3~6
<5
日本
8~25
9~15
6~50
25~70
俄罗斯
10~15
10~30
25~60
德国
8~25
6~15
6~50
25~70
美国
6~15
两级6~115
15~38
25~70
法国
8~25
6~15
两级6~115
15~40
部分厂20~80
部分厂20~70
英国
25~70
波兰
30~60
瑞典
25~75
炉料中粒度尺寸大小的比例与大小粒级所占的百分比,对炉料在炉内的透气性起着决定性作用。
实验表明,混合料中大粒度级和更小粒度级的增加,都会使混合料的空隙度变小,使煤气通过料层的阻力增加而影响高炉的顺行。
优化的粒级组成是粗细粒度级的粒度差别越小越好。
焦炭的粒度在上限为好,因大块焦炭在焦炭层的透气性好,在软熔带中则透气性良好,焦炭到达炉缸时粒度也不致过小,过小会引起炉缸堆积。
所以说,焦炭应比矿石的平均粒度大3~5倍为最佳。
日本钢管公司的高炉使用66%烧结矿,与基准期使用73%未过筛的烧结矿相比,每天生铁产量由2971吨升到3377吨,焦比自478kg/t降至466kg/t。
美国伯利恒钢铁公司将烧结矿分成大块(12.7~38.1mm)与小块(6.4~12.7mm)两级在高炉中试验。
使用大块与基准期相比,生铁增产16%,焦比下降3%;使用小块与基准期相比,生铁增产10%,焦比下降6%。
表12为部分企业高炉烧结炉入炉粒度组成
企业
粒度组成,%
时间
〉40mm
40-25mm
25-10mm
10-5mm
<5mm
鞍钢10、11号
0.98
6.72
57.93
32.19
2.63
1998
梅山
15.78
11.76
39.19
29.02
4.25
1998
包钢
6.90
11.42
35.27
40.62
5.80
1998
首钢
14.46
17.21
40.43
23.90
4.00
1985
表13为主要产钢国家对原料粒度的要求
国家与原料名称
粒度下限
粒度上限
范围,mm
小于下限含量,%
范围,mm
大于下限含量,%
日本:
铁矿石
烧结矿1
烧结矿2
球团矿
石灰石
8-10
5-6
5
5
15-30
≤4
≤5
≤2
≤4
-
25-30
50-75
30
16-29
75-90
≤10
≤5
≤5
≤10
≤5
前苏联:
烧结矿
球团矿
5
10
≤5
≤5
30
15
≤10
≤10
德国:
铁矿石
烧结矿
8
6
<5
<5
20
50
<20
<5
美国:
烧结矿
6
≤5
38
<10
法国:
烧结矿
6
≤6-7
40
<10
五、“小”是指入炉原燃料的粒度要小、均匀,上限所规定的范围要窄。
要控制住原燃料中的大块。
高炉炼铁实践表明,最佳强度的粒度是:
烧结为25~40mm,焦炭为20~40mm,对容易还原的赤铁矿和褐铁矿入炉料粒度控制在8~20mm为易。
铁矿石块矿入炉粒度由l0~40mm降为8~30mm时,高炉产量可增加9.6%,焦比下降3.1%。
六、“稳”是指入炉原燃料化学成分和物理性能要稳定,波动范围要小。
实现原料成分稳定的有效手段是建立中和混匀料场。
混匀的原则是“平铺直取”,即每种矿石(即每层)厚为200~500mm,待矿堆达到—定高度后,再沿垂直断面截取矿石。
堆料时的布料方式有:
鳞状布料、三菱布料和条形布料。
混料堆目前多数堆成等腰三角形的断面,很少像一次料场那样选用梯形断面。
宝钢选用鳞状堆料方式。
人字形布料方式简单,但粒度偏柝较大,用于堆存细颗粒物料为佳。
菱形布料,粒度偏析较人字形小,但对设备要求严格,要求设备能够纵向、横向、上下运动。
表14列出有关企业混匀料场情况。
表14部分企业混匀料堆情况
企业
布料方式
铺料层数
每层品种数
日本:
福山
大分
君津
人字
人字
人字
500-600
600-700
800
4-6
3-4
3
德国:
施韦尔根
曼内斯曼
人字-三菱
人字
512
600-900
≤5
荷兰:
艾英伊登
人字
400-500
4-5
澳大利亚:
肯布拉
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