董征科 宋吉涛 李鹏超 张青华 董洪臣

(临沂江鑫钢铁有限公司)

摘 要：对江鑫钢铁3、4号高炉超大矿批冶炼的生产实践进行了总结。阐明了矿批确定的几种主要方式,并重点阐述了超大矿批条件下的基本操作制度攻关。3、4号高炉使用超大矿批冶炼后,利用系数由2018年1月的3.72提高到5月的4.01,焦比下降28.4kg/t,燃料比下降26.6kg/;此外,炉况整体稳定性提高,消除了因冶强高而亏料线现象,降低了高炉操作的难度。

关键词：高炉；矿批；燃料比；批重特征数；装料制度

 江鑫钢铁3、4号高炉(1080m³)分别于2012年11月10日、26日点火开炉。2016年5月前,受制于原燃料条件,高炉炉况稳定性较差。之后原燃料条件得到改善,各项技术经济指标得以提升,单炉产量稳定在4000 t/d左右。受斜桥上料能力限制,在现有工艺条件下产量无法进一步提高。2018年4月,对4号高炉进行60t超大矿批攻关,攻关期间炉况稳定,在综合品位下降的条件下,取得了较好的生产效果。

1  原燃料条件及炉况

(1)原燃料条件。

江鑫钢铁原料结构为75%自产烧结矿+8%外购球团矿+17%进口块矿。烧结矿转鼓指数74% ~76% ;球团矿品位62% ~64% ;块矿主要以巴西块、南非块、PB块为主,品位在62%左右。焦炭结构为60%自产焦炭+40%外购焦炭,全部为捣固干熄焦,其质量指标见表1;喷煤结构为80%国产无烟煤+15%低灰烟煤+5%焦化除尘灰。

(2)炉况。2018年4月前,高炉主要使用40t的大矿批冶炼,生产以产量为核心,兼顾燃料比、煤比。高炉操作制度以下部高煤气量、高风速,上部以“平台+漏斗”的大矿批装料制度,寻求高产低耗的最佳平衡点。期间炉况表现为:

①大风量、高风压、高煤气量、高冶强。高炉风量3000 ~3 100 m3/min,风压390 ~400kPa,顶压210~ 220 kPa,富氧量9000 m3/h,炉腹煤气量4100 m3/min左右,炉腹煤气指数高达90 m/min,单炉日产量4000 ~4200t/d。

②小风口、高风速、高鼓风动能。高炉20个风口以Φ115 mm x450 mm风口为主,进风面积0.2114 m2,风速260 ~ 270 m/s,鼓风动能110~120kj/s。

③大矿批+深料线。上料采用五车制(三车矿两车焦)的上料模式,矿批固定在40t,日常负荷靠变动焦批来调剂,以追求高产量。常用的料制为C323303282262232201   O312293273252。

④炉况运行稳定性尚可,每班料批控制在58 ~59批/班(最大能力60批/班),受上料能力影响,时有亏料线现象,亏料线后易出现煤气流波动。

2  超大矿批批重的确定

在高炉容积和焦炭负荷一定的条件下,高炉矿批越大焦批越大,块状带矿焦层数越少,炉内的“界面效应”明显减少。同时,块状带矿焦层厚度增加意味着软熔带内“焦窗”厚度增加。从块状带“界面效应”减少和软熔带“焦窗”厚度增加的角度来讲使用超大矿批有利于高炉改善透气性,促进稳定顺行状态。但块状带矿层厚度的增加也会加重边沿和中心负荷,恶化炉内透气性。因此,在扩大矿批的同时,稳定边沿和中心负荷是超大矿批能否使用的关键。

矿批的确定主要有以下几种方式:

(1)矿石批重与炉喉直径有密切的关系,按本高炉经验公式选择矿批1,1000m3级高炉批重应为23.76~32.41。由于近年来原燃料条件的整体改善,经验公式计算出的矿批明显偏小,不能适应现代高炉炼铁正常生产的要求。

(2)根据《高炉炼铁工程设计规范》(GB50427-2015)确定,1000 m3级高炉最大矿石批重应为40t左右,接近炉顶26m3料罐最大的装矿量,为目前CC OOO上料模式的最大上料能力。若继续扩大矿批,需对上料及布料工艺进行优化,即由CC OOO变为CCC OO OO,此时对应的矿石批重应为60t左右。

(3)批重特征数[2),炉料批重在很大程度上决定煤气流分布。在布料矩阵不变的情况下,炉料批重的变化,尤其是矿石批重的变化,对炉况的属性和炉料的透气性分布影响极大。按照文献的方法得到批重特征数与批重的关系如图1所示(Yc为中心厚度; Yb为边沿厚度;Yp为平台厚度)。由图1可知,矿石批重(临界批重+临界批重增加值)在17t左右为激变区与缓变区的拐点,矿石批重在30t左右为缓变区与微变区的拐点。因此,矿石批重由40t增加至60t时,批重特征数变化不大,这为1000m³级高炉使用60t超大矿批提供了理论支持。

图1  矿石批重的特征曲线

3、4号高炉炉顶料罐容积26 m3,料车容积8.5m3,以平均矿石和焦炭的体积密度分别为1.9t/m3和0.55t/m3测算,单车最大装矿量为16.15t(不包括焦丁)、装焦量为4.68t ;单罐最大装矿量为49.4t,装焦量为14.3t 经实际测试,料车和料罐最大装焦量分别为4.6t和14t,与测算数据基本一致。

60t超大矿批大焦炭负荷4.5,焦批13t,因此上料模式确定为3车焦4车矿,即CCC↓OO↓OO↓60t矿分4车上料，分2罐布料；焦批13t，分3车上料。装料设备完全满足60t超大矿批工艺要求。

3  基本操作制度攻关

(1)维持“高风速、高煤气量”的高强度冶炼。

3、4号高炉近年来持续维持“高风速、高煤气量”的高强度冶炼,实际风速260 ~270 m/s,鼓风动能110~120kJ/s,炉腹煤气量4100 m3/min左右,炉腹煤气量指数90m3/min左右。高炉长期稳定顺行并维持高产量、中等消耗的水平,3、4号高炉操作参数分别见表2.3。

文献[4]认为,在现有各种原燃料条件下,操作较好高炉的炉腹煤气量指数在58-66 m/min。但是,从近年来江鑫钢铁高炉运行情况来看,“高风速、高煤气量”的操作模式适应目前的生产条件。

(2)提高炉温、活跃炉缸、提高高炉的适应性。

高炉热制度直接反映了炉缸工作状态。针对江鑫钢铁高炉渣中高A12O3 (16%左右)的现象,适当上提炉温,提高铁水温度。铁水[Si]由之前的0.2%~0.4%提高至0.3% ~0.5% ,铁水温度由1460℃提高至1480℃以上,将以铁水[Si]量作为炉温依据的操作模式变为以铁水温度为炉温依据的操作模式。

(3)优化现有装料制度。3.4号高炉使用超大矿批后,炉喉矿、焦层厚度显著增加, Yb、Yc.值同时增加（见表4）中心和边沿两股气流将受到抑制。因此,装料制度调整以侧重于发展中心和边沿两股气流,以改善料柱的透气性,装料制度的优化过程见表5。

4  生产效果

3、4号高炉使用超大矿批冶炼后,利用系数由2018年1月的3.72提高到5月的4.01,两座高炉日产量提高了620 t/d,同时,高炉焦比下降28.4kg/t,燃料比下降26.6kg/t(见表6)。

此外,使用超大矿批后,炉况整体稳定性提高,消除了因冶强高而亏料线现象,降低了高炉操作的难度。

5  结语

(1)在一定原燃料基础上,使用超大矿批技术手段,可实现1000 m3级高炉长期高冶强、低燃料比稳定生产。

(2)使用超大矿批技术时,第1罐与第2罐矿石可采用不同批重,布料矩阵等调节手段更为丰富, 为炉况稳定顺行、生产指标持续改进创造了技术条件。

(3)高炉产量提高后,势必造成炉缸耐材侵蚀加剧,高产状态下的高炉长寿问题应作为后续技术进步的重点。

6  参考文献

[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京:治金工业出版社.

[2] 刘云彩高炉布料规律[M].第4版,北京:冶金工业出版社2012：68.

[3] 张波,杜鹏宇.炉料批重对高炉炉况调节操作的影响[C]//中国金属学会.2012年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会论文集. 北京:中国金属学会,2012:516-522.

[4] 项钟庸,王筱留,等,高炉设计-炼铁工艺设计理论与实践[M] .第2版·北京:冶金工业出版社,2014:170.