超大型高爐高球比低碳冶煉技術應用.docx

1、第31卷第9期2021年9月中國冶金ChinaMetallurnyVol.31.No.9.p98103SrptrnibiT20211X)1：10.13228j.Ixjyuan.issn!0069356.20210319超大型高爐高球比低碳冶煉技術應用徐萌，王偉,孫健.張雪松(胃鋼集團仃限公詞技術研究院.北京100043)摘要：為實現(xiàn)低碳煉鐵生產.首鋼基秘件礦粉資源高品位低硅含缺的特點.確定了高爐高球團比例冶煉的技術路線.依據爐渣破度平衡、球團性能和爐料結構軟爆性能試處研究.開發(fā)出35%就性球團礦+20%郵:球團礦十40%燒結礦+5%塊礦的商爐基礎爐料結構.根據高比例球團礦同時抑制邊緣和中心的特

2、性.通過料序控制減少球團在邊緣與中心的分布.實現(xiàn)布跛性爐料的均勻混合,并采用中心加照布料方式開放中心、適當疏導邊緣.以穩(wěn)定煤氣分布。在活躍爐缶L基礎上.通過高富偵高原壓控制爐腹煤氣指數(shù)來降低壓差提高冶煉強度.低漁比卜通過提高鎂鋁比至0.600.65來改善脫硫拌堿能力55!球團比例卜高爐實現(xiàn)了商效梅定順行*均利用系數(shù)達到2.3t/(md.漁比低F220kgI.燃料比降至180kg.煉鐵系統(tǒng)碳排放降低8.6:,關鍵詞：高爐；高球比；低碳；爐料結構；透氣性文獻標志碼：A文章編號：10069356(2021)09009806Applicationonlowcarbonsmeltingtechnolog

3、yforfeedinglargepercentageofpelletsintosuper-largeBFXUMeng.WANGWei.SUNJian.ZHANGXue-song(ResearchInstituteofTechnology.Shougang(iroupLimited('orporation(Beijing100043.China)Abstract:Forrealizinggreenandlowcarbonironmakingproduction.Shougangclcterniinecldu*technicalrouteofhighpelletratiosmeltingi

4、nsuperlargeblastfurnacebasedonthecharacteristicsofhighgradeandlowsiliconcontentofPeruvianmineral|x>wdvrresourcvs.Accordingtoihcbalanceofslagbasicity*pelletperformanceandsofteningmeltingfeatureofburdenstructure,thebasisburdenstructureoflibchangedto35%fluxedpellet42()%acidpellet+40%sinivr+5%lumpore

5、.I)uetothecharacteristicsforhighproportionofpelletsinhibitingtheedgegasandcvnivrgassimultaneously,the(juantitiesof|»vllvt>onedgeandcvnlvrcouklbvreducedthroughihrse<|uencccontrolofdifferentburdenvarietyontoihrN1beh.tlu-nthvuniformmixingofacidandbasicburdencouldl)crealized.Althesamelime,the

6、centralcokechargingwasadoptedtoopencentergasstreamanddridgvedgeproperlytostabilizethegasdistribution.()nthebasisofactivehearth,theboshgasindexwascontrolledbyraisingrichoxygenrateandtoppressure*inordertodecreasethepressuredropandincreasethesmeltingintensity.Underlowslagvolume.thedesulphurizingandalka

7、lidischargingabilitycouldl)fimprovedbyincreasingMg()Al()ratioinslagto0.600.65.Theblastfurnacewith55pcllelralioachievedhighefficiencyandstablerunningsmoothly.TheaverageutilizationcoefficientofBEwasuplo2.3t(nVd).andslagvolumeandfuelratioweredvervasvdbelow220kgtand180kgtrespectively.Thecarbonemissionsr

8、educedby8.6%forthvironmakingsystem.Keywords:blastfurnaceslargepercentageofpellets：lowcarbon：burdenstructure：gaspermeability秘魯?shù)V粉資源Jl有品位商II硅含ht低的特點可以制備優(yōu)質球團礦作為高爐入爐料.達到提高入爐品位并降低燃料消耗的目的.從而實現(xiàn)降低鐵水成本和高爐煉鐵的碳排放"?；黄?座5500m3高爐+2臺500m2燒結機+】臺504m帶式焙燒機的產線配置.新建了1座5500m，高爐+2臺504rn'帶式焙燒機.產線變更為3座5500m'高爐

9、+3臺504nr帶式焙燒機+2臺500nr燒結機。為平衡為爐爐渣堿度.在穩(wěn)定燒結礦喊度條件F.3條球團生產線均具有熔劑添加功能.既可生產酸性球團.又可生產不同堿度的熔劑性球團o因此球團生產可以滿足任意堿度調整需求,也為高爐爐料結構搭配提供了岌雜多樣的可能性。針對大高爐大球比冶煉技術和生產經驗啖乏的問題6.在對歐美熔劑性球團生產及高球比冶煉進行調研7oj以及考察學習的基礎上，進行r大in的實驗慕金項目：國家收點研發(fā)iI劃?項資助項目(2017YFBO3O4000)作者簡介：徐萌(1973).羅.博七，高級工程帥；E-mail：xiaoyaoxiHHG126.conu收稿日期：20210621室試

10、驗以及工業(yè)試驗研究.包括：在球團礦質ht性能滿足高爐入爐要求的前提下，針對不同爐料結構的軟熔性能進行r相應研究.從而確定熔劑性球團礦+酸性球團礦+燒結礦+塊礦這種特殊的爐料結構.H中酸性球團礦和熔劑性球團礦合理搭配比例為1:2左右；根據球團比例高能同時抑制邊緣和中心的特點.通過現(xiàn)場皮帶料序優(yōu)化和中心加焦的技術措施減少球團向中心和邊緣滾動,控制中心和邊緣煤氣的穩(wěn)定性；在爐缸活躍性基礎上.通過高富氧高頂壓控制爐腹煤氣指數(shù).降低料柱對煤氣的運動阻力.強化高爐冶煉水平；低渣比下通過渣系綜合控制技術改轡爐灑脫硫排堿能力。通過以上研究與實踐.高爐在球團比例為55%的爐料結構下,利用系數(shù)達到2.3t/（n?

11、d）.比低于220kg/t.燃料比可降至480kg/t左右。1爐料結構性能研究1.1試驗方案試驗采用kg級熔滴爐.總裝入爐料量1kg.總氣體流St為5L/min.y體組成為30%C（）+70%N?；跔t料堿度平衡.設計提高球團礦比例和通過堿性球團礦、石灰石、超A堿度燒結礦實現(xiàn)堿度平衡的試驗方案.見去1«方案生產燒結礦試臉鬲堿度燒結礦生產儂性球試臉做性球生礦石灰石基準65287方案15526115方案25021215方案34517335方案113.75033.3方案5401713方案615505表I爐料結構軟熔性能試驗方案（質量分數(shù)）%TableIExperimentplansofso

12、fteningandmeltingforburdenstructureI25028。0圖1提高堿性球團使用比例對綜合爐料軟博性能的影響Fig.IEffectonsofteningandmeltingfeatureburdenstructureasincreasingmassratiooffluxedpellet40%/U。45%24%5O%/33。60°Z3.?？偳騂i所占比例城性球團所占比例-pcdNMsscdoo-、«l;ixMM00500002II5004()1.2試驗結果與分析1.2.1堿性球比例對冶金性能影響圖1所示為提高球團（堿性球）使用比例過程中軟熔溫度區(qū)間、

13、最大壓差和軟熔帶透氣性指數(shù)S值的變化情況,可以得出如下結果：（1）提高堿性球團使用比例.軟化開始溫度呈下降趨勢.從而造成軟熔帶軟化層溫度區(qū)間加寬；（2）隨堿性球團比例逐步提高,滴落溫度和軟熔帶熔融層溫度區(qū)間均先減小.但當總球團比/堿性球團比例為60%例3%時轉而升高;（敞大壓我、值匚滴落帶匚懦融層勿軟化層匚D塊狀帶（3）堿性球團比例提例，最大壓差呈下降趨勢;（4）堿性球團比例提高.表征爐料軟熔帶透氣性的S特征值先呈下降以勢，但當總球團比/堿性球團比例提高為60%例3%時略有升高。最佳性能對應的酸堿性球團比例為17%:33%。1.2.2不同高比例球團實現(xiàn)方式對冶金性能影響圖2所示為使用不同方式（

14、堿性球團礦、石灰石、超高堿度燒結礦）實現(xiàn)50%以上球團礦使用比例對綜合爐料軟熔性能、最大壓差和S特征值的影響，可以得到如下結果:（DJL種實現(xiàn)方式均會帶來軟熔帶軟化開始溫度卜降和軟化層溫度區(qū)間增加.其中使用17%酸性球+33%堿性球對高爐軟化層影響最??；（2）使用高比例酸性球配加石灰石或高堿度燒結礦造成軟熔帶熔融溫度區(qū)間變寬；（3）通過配加石灰石來調。堿度以提高酸性球團礦比例會造成綜合爐料最高壓差明顯升高.其他方式均使壓差下降；使用酸堿性球搭配S值下降而使用酸性球配加高堿度燒結礦或石灰石則會使S值略有升高°1.3小結與討論（1）和傳統(tǒng)爐料結構比較.隨者堿性球比例的提。是大壓天、值宓滴

15、落；。用勿牧化層匚28517%/33。50".01733。50%，'。Mi矢石）（25M度燒結礦）酸性球一占比/堿性球10占比圖2不同堿度實現(xiàn)方式對綜合爐料軟化性能的影響Fig.2Effectonsofteningandmeltingfeatureofburdenstructurebydifferentmeth<MisforrealizingbasicitybalanceA（球團比例提高）高爐綜合爐料的最大壓差LjS值呈下降捋勢.有利于透氣性改善。（2）兒種堿度調整方式中.酸堿性球團措N的綜合爐料軟熔性能最佳。因此,基本確定了40%燒結礦+35%戚性球+20%酸性球+5

16、%塊礦的基礎爐料結構。2 京唐高球比高爐冶煉技術實踐2.1優(yōu)化料序2.I.1爐料混勻程度對熔滴性能影響為研究燒結礦和球團礦不同裝料順J予對綜介爐料熔滴性能的影響.設計r1種試驗方案，見表2。其中爐料結構以40%燒結礦+36%堿性球+24%酸性球為基礎。試驗結果如&3和圖3所示。表2裝料順序對軟熔性能影響的試驗方案Table2E、pcrimcnlplansforeffectofburdensequenceonsMMningandmeltingfeature項目裝料順序方案】燒結礦鋪I.層酸做球混合料方案2IW嶂球混合料鋪底.卜層燒結礦方案3燒結礦.酸就域充分混合方案4I2燒結礦械族.中間

17、酸威球混合料.1/2tt結礦蓋而rrfi11軟化開始軟化終了軟化溫度軟爆開始咨化溫度軟憾帶溫度瞬時破大S(ft溫度/T溫度X區(qū)間X溫度ViW濟M1區(qū)間飛區(qū)間X壓差gJPa(kPaX)方案112271327100134215291873029380I138.15方案2124513278213391502163257162401601.12方案31240133393133815051672659560921.09方案41250I337871327J507180257119801131.6336030018000I80015000I500表3不同裝料順序的軟博試驗結果Table3Experiment

18、resultsforsoheninKandmeltingfeatureburdenstructure”ith(lirferentburdensequences*方案I方案2方案3方案，ooo4822II.WWW一荽魂咨；963方案I方案2方案3方案!方窠（a>不同萬案軟爆波度區(qū)間和敲大壓是;（b）不同萬案下Sfft.圖3裝料順序對軟靖性能影響Fij：.3Effectofburdensequenceonsofteningandmeltingfeature（1）壓差方面。裝料中球團礦在下部的方案2和方案4對應的壓差最大燒結礦在下部的方案1壓是最小.燒結礦、酸堿球充分混合的方案3壓差次之。主要

19、原因是燒結礦堿度較A對應的爐渣熔化溫度高，若燒結礦裝在球團礦上部.存在燒結礦爐渣難熔化導致壓是升高的可能；若球團礦裝在燒結礦上部.情況將得到改善。（2）軟熔區(qū)間方面°燒結礦鋪底較球團礦鋪底的裝料順序對應的熔化溫度區(qū)間逐步變寬.熔化n能變差；軟熔帶溫度區(qū)間也呈現(xiàn)變寬趨勢，說明軟熔帶變厚1L軟熔帶根部整體往A溫區(qū)移動.影響高爐透氣性M能導致高爐爐內£E差升高影響高爐順行狀態(tài)。（3）綜合比較發(fā)現(xiàn).燒結礦、酸堿球充分混勻的方案3對應軟熔帶溫度區(qū)間合理J£差較小、S（filii小、熔滴性能最好;燒結礦鋪底的方案1和方案4次之；酸堿球混合料鋪底方案2對應的壓差和S值最大.熔滴

20、性能最差。2.1.2優(yōu)化料序改善爐料混勻對于入爐原料的皮帝上料料序的控制.力求通過時Jf調整、流址調整使含鐵爐料在A爐前充分混勻o皮帶料Ir優(yōu)化內容包括：（1）高堿度燒結礦與酸性料（酸性球或澳塊）相鄰.確保酸堿性爐料混合并交互反應；（2料頭料尾以燒結礦為主，控制球團往高爐爐喉邊緣和中心滾動：（3）焦丁放在料頭盡站分布到邊緣改善邊緣的透氣性。優(yōu)化后的NI皮帶I：爐料分布如圖1所示。圖4高爐上料料序示意圖Fig.4SketchofburdensequenceforhlaslfurnacecharginK2.2建立適應高球比的中心加焦布料技術球團礦粒度均勻、滾動性好，相同布料角度下的落點軌跡與燒結礦

21、不同；同時球團礦fl然堆角小于燒結礦（球團礦堆角為24。27。比燒結礦小7°8°）.球團落到料面上時向兩邊滾動的趨勢增加.料面形狀更加平坦.加幣:高爐中心和邊緣。球團礦和燒結礦的差異公引起高爐內邊緣、中心煤'（流發(fā)生變化,需要針對煤氣變化進行調整.穩(wěn)定爐況。因此.建*與高球比相匹配的中心加焦布料控制技術，主要II的為了精準控制中心煤氣穩(wěn)定.同時適當疏導邊緣。一方面.要控制爐頂中心煤氣溫度和過熱面積.將中心溫度控制在15050（）1、，瞬時溫度不超過700T。另一方面.邊緣煤'（溫度控制在90120P范圍。爐喉煤氣分布如圖5所示。2.3改善爐缸活躍性基礎2.3

22、.1提高鼓風動能高球比冶煉過程中.高爐保持相對較高的風速和鼓風動能.對于活躍爐就狀態(tài)、提高K部穩(wěn)定性枳極作用。高爐設定基礎風ht7700m/min.熱風風溫控制在12001250°C左右。高球比冶煉過圖5爐喉煤氣分布形態(tài)Fig.5Distributionofthroatgas程中.高爐控制風速大于250m/、鼓風動能大于13500（kgm）s0較高的風速和動能保證合適的風口回旋區(qū)長度,促進爐缸活躍，降低高爐下部區(qū)域的壓差°根據高爐風11取焦結果.風口問旋區(qū)長度在2.5m左右.2.3.2提高風口理燃溫度通過優(yōu)化富慎率（6%7.2%）、鼓風濕度（812g/m'）、高風溫

23、（約1250（'）、適當?shù)拿罕龋?50-170kg/t）.將理論燃燒溫度控制在2350P左右。在高富氧條件下，由于煤氣lit相對少.因此宜控制較高的理燃溫度.保持煤氣熱勢.從而可以在總熱M不降低情況下改善與爐料之間的傳熱效果,保證爐缸熱度.為高比例球團冶煉低碳、高效生產提供支撐2.3.3控制合理爐溫充足的爐缸熱址對于改善高爐爐缸活躍性.提高下部區(qū)域的透氣透液性Yf枳極作用0高球比生產期間.控制鐵水中徒質M分數(shù)為0.3%0.4%.鐵水溫度為1500-1530°C。2.3.4建立三場輪換出鐵制度為改善爐缸活躍性.建立:了,.三場出鐵”的出鐵制度。大型高爐鐵水流動距離長、阻力大.兩

24、場對口出鐵時.垂直鐵口方向的渣鐵可能不能及時向出鐵II方向流動造成“死IK-芥至出鐵11提V-噴花堵11.渣鐵長期出不盡影響爐影活躍性和均勻性。三場出鐵加強r爐缸渣鐵的輪動而減少r.死區(qū)“.仃利于爐芯溫度升高.爐缸中心透液性得到一定程度改善。2.4穩(wěn)定爐腹煤氣量強化冶煉水平2.4.1高富軾高頂壓控制爐腹煤氣量根據Ergun公式.在影響壓差的因素中.煤氣流速*j壓差之間呈平方級的指數(shù)關系囚此在爐料固定情況下控制高爐中煤氣流速中改善透'(性的主要方法。SPi-<、那心E)，I1.75(1c)(1)(1)A/.e式中：/,為壓差.Pa；/為料柱高度.m/為氣體黏度.Pas；v為空爐氣流

25、流速.ms；e為孔隙度：為'*1M：ft徑mM為形狀系數(shù)*為氣體密度.kgm高富軾是相同冶煉強度條件下控制高爐爐腹煤氣址的方法,而高頂壓是減少爐內煤氣體積的4要手段。如表4所示.通過提高富織率.標態(tài)爐腹煤氣址有一定提高，但是實際爐腹煤氣ht反而略有降低,同時高爐產ht提高。表4標態(tài)爐腹煤氣指數(shù)與實際爐腹煤氣指數(shù)控制Table4Controloflx>sh)>asvolumeatstandardstateandworkingconditionH期麻趴氣(mmin1)京軾率/%壞態(tài)爐腹煤3<mmin)林態(tài)爐股煤，指數(shù)(mmin1)實際爐脫煤yv(mmin:)實際爐IW煤&

26、#39;(指數(shù)/(mmin1)利用系故(tm'd)2020-0277386.041044056.791203565.462.2892020-0877157.221067258.05II98965.212.3152.4.2高爐強化技術措施和效果通過研究發(fā)現(xiàn)：(1)進風購一定的條件下.富氧率提高1%高爐總壓差降低5%；(2)頂壓提高10kPa,高爐總壓差降低2.3%。因此.以不提高實際爐腹煤氣指數(shù)為衡址標準將高富氧高頂壓作為主要強化技術措施提升冶煉強度.可控制高爐壓是處于合理區(qū)間。圖6所示為工況條件下實際爐腹煤'(指數(shù)衣征冶煉強度.通過提高富氧率和頂壓操作.在:控制實際爐腹煤氣指數(shù)

27、穩(wěn)定的條件卜.可提腹入爐風釵ht從而進一步提高高爐產最。2.5渣系綜合控制技術對應高比例球團冶煉.渣ht大幅降低會影響爐內脫疏和排堿能力.強化脫硫和排堿是高比例球團冶煉的重要環(huán)節(jié)。為了兼顧脫硫和排堿,建立.適合于高比例球團冶煉的造渣制度.高爐爐渣二元堿度/<控制在1.15±0.02.同時提高爐渣w(Mg()/w(AL(X)到0.600.65,鐵水溫度不低于1500*C.以保障A爐渣的脫硫能力.鐵水中硫的質bt分數(shù)控制在0.05%以內.排堿率為80%左右。290rsCMa1400010913000210()00側a唁物對%冊的*'876。<衫xisUOOO10()0

28、013000(a)產VIk關系:(I.)產ht甫稅率關系.圖6產量-頂壓和產量-富氯強化冶煉關系Fig.6RelationshipIwtwcenpr<Mluctivilyandtoppressure”rrichoxygenrateforintensifiedsmelting3 高球比爐料低碳效果3.1高球比高爐冶煉效果2019年開始.高爐逐步提高球團礦比例。圖7所示為高爐總球比和堿性球比例變化情況,最高總球團比例達到59%.最高堿性球團比例達到11%.月均球球比例達到57.8%月均堿性球團比例達到36%。高爐大球團比例冶煉期間實現(xiàn)爐況穩(wěn)定順彳f.平均產ht為12793t/d(含檢修).鐵

29、水中硅的平均質量分數(shù)為0.34%.鐵水溫度在1500r以上.如圖8所示。圖9聽示為高球團比例冶煉期間高爐焦比、燃料比情況。在此期間，高爐平均焦比為289kg/t,平o煤比l"'睥，史'"''購3圖7高爐入爐球團比例變化Fig.7Change<>rmassratioforpvlletintoBF圖9高球比冶煉期間焦比、燃料比及煤比情況Fig.9Chanyofcokeratio,c<»alratioandfuelratioduringhighpelletratiosmelting。<標企部冬is?衫整14000130001200011(MX)3.2高球比爐料低碳效果根據球團替代燒結燃料消耗廿省和高爐燃料比降低兩方面比較爐料結構變化前后的碳排放降低程度.見去5.實施高球比后鐵前系統(tǒng)合計噸鐵碳減排HOkg/t.碳減排率為8.6%。4 結論1000002'AAAAAA口期圖8高球比冶煉期間高爐產量及鐵水硅質量分數(shù)Fig.8Changeofhotmetalyieldandmassfractionofsiliconinmoltenironduringhighpelletr