三低成本炼铁及技术保障

低成本炼铁及技术保障沙永志钢铁研究总院2009.8.101.前言•我国炼铁已占世界总产量的50%。•国内钢铁产能已严重过剩，并有恶化的趋势(08年产能6.6亿吨，国内表观消耗4.53亿吨。在建炼铁产能6840万吨)。•钢铁产品价格的竞争已进入白热化，并将惨烈地持续下去（09上半年，钢材出口平均离岸价：1090.46美元/t，进口到岸价：1138.65美元/t）。•低成本炼铁是钢铁企业竞争的核心。•先进技术是实现低成本炼铁的保障。中国及世界铁产量变化0200004000060000800001000001996199719981999200020012002200320042005200620072008年代产量，万吨中国全世界除中国外全国生产技术指标项目2004年2005年2006年2007年2008年全国生铁产量，万t2518533741404164694447100利用系数，t/m3d2.5162.6422.6752.6772.607燃料比，Kg/t526522516518532入炉焦比，Kg/t427412396392396喷煤比，Kg/t116124135137136热风温度，℃10741084110011251133入炉矿品位，%58.2158.0357.7857.7157.32炼铁工序能耗，Kgce/t466.2445.71430.59426.84427.722.建立全面低成本炼铁的指导思想(1)建立以成本核算为核心的炼铁指导方针(2)技术指标服从于经济指标(必要时为保经济指标要牺牲技术指标)(3)在低成本前提下，利用一切技术手段，维持生产的稳定和技术指标的现状及改善。3.实现低成本炼铁的措施3.1降低铁矿原料成本使用廉价矿:当地矿，进口褐铁矿，高Al2O3矿日本配加高达50%的褐铁矿澳大利亚高炉渣：Al2O3：17.5%印度Durgapur高炉炉渣含Al2O3：23%乌克兰典型烧结矿的品位是55%,SiO2:10%,碱度：1.3~1.4。球团品位60%,SiO2：9.6%,碱度:0.3~0.4。发挥中小高炉在原料适应上的优势。3.2经济合理的炉料结构中小高炉直接使用褐铁矿块矿合理炉料结构定义:指在一定时期和一定资源条件下，合理搭配烧结矿、球团矿和天然块矿，使炼铁获得最佳的技术经济效益（孔令坛）川崎千叶6号高炉:5153m3块矿:42.7%,烧结矿:57.3%3.3降低焦炭的成本•减少焦煤的配加量日本SCOPE21：50%非焦煤•接收适当灰分的低价焦炭印度：焦炭灰分：17~20%3.4降低喷吹用煤的采购成本•摆脱“喷吹煤”的概念（价格：850~950元/t（2009.7.2冶金报））•消除对煤挥发分含量的限制3.5降低燃料消耗和动力消耗（1）烧结降低固体燃耗，球团降低能耗（2）高炉降低焦比和燃料比（3）经济适宜的富氧率（4）降低各工序的动力（电、水、气、汽）消耗。3.6降低其它各种消耗（1）风口、喷枪等易损件，钻头钻杆等消耗件（2）炮泥，铁沟辅料等。（3.7降低固定资产投资费用）炼铁高固定资产投资导致吨铁分摊的折旧费用大幅上升。豪华的高炉要付出高成本的代价！4.低成本炼铁的技术保障4.1褐铁矿及高铝矿烧结（1）烧结杯试验确定不同配比的烧结指标和最佳水碳比。褐铁矿要求混合料的水分和配碳量增加，且对水分和配碳量的变化更敏感。（2）实现烧结混合料水分的准确测量A.推荐微波水分测量仪，已在马钢和鞍钢使用。B.推荐水分快速分析仪，解决混合料水分的定量调控。(3)提高烧结终点控制精度•在线测量混合料透气性指导烧结终点控制•在线测量烧结矿FeO含量控制燃料配比。（4）控制烧结矿MgO含量•将部分MgO转移到球团中，保证烧结矿质量。333843012345Time(h)Permeability(Nm?h)0510152025BurnThroughPointPosition(%)(5)废气循环烧结方法：将来自全部或选择部分风箱的烟气收集，循环返回到烧结料层。作用：废气中的有害成分将在再进入烧结层中被热分解或转化，二恶英和NOx会部分消除，粉尘和SOx会被烧结层捕获。烟气中的CO作为燃料使用，可降低固体燃耗。另外，循环减少了烟囱处排放的烟气量，降低了终端处理的负荷。LEEP低排放能量优化烧结工艺(LowEmisson&EnergyOptimisedSinterProcess)Exhaustgasrecycling效果：•=Fuelconsumptiondecreasedby13%•=Emissionsdecreasedbyupto80%4.2镁基球团生产技术目的：(1)提供高炉冶炼时所需的MgO(渣中8~12%,以平衡高AI2O3)(2)解决在烧结中加MgO所带来的烧结矿质量下降问题.(强度降低,还原度下降)(3)改善球团本身的性能(降低还原膨胀率,提高软化温度,缩小软化区间,提高熔滴温度)(4)组成新的炉料结构(低镁烧结矿+镁基球团),改进高炉操作,节能降耗.建议：针对各厂原料条件进行系统开发技术特点：•采用专用镁基添加剂，保证球团生球和焙烧球强度。•保证高炉入炉品位不下降。•炼铁效益显著。某钢铁厂生产试验:•球团MgO:从0.5%增加到1.68%•烧结矿MgO:从2.48%降低到1.97%结果:A.350m3高炉焦比降低13.5kg/t,B.450m3高炉焦比降低6.45kg/t4.3高炉喷吹烟煤•动力：烟煤和无烟煤差价•实例：国外许多，国内八钢等厂1990年，鞍钢4，5，6，9号高炉（1000m3）同时成功完成了喷吹烟煤试验，平均挥发分28~31%，最高38%。（高炉炼铁生产技术手册，P369）瑞典SSAB：39%挥发分，煤比：150~160kg/t八钢：27%挥发分，60%固定炭•需解决的问题（1）观念：A.喷吹烟煤是可以安全的.B.要允许喷吹烟煤后燃料比有所升高（热值低）。(2)喷煤系统安全措施主要危险源:煤粉的爆炸或燃烧3个条件:煤粉浓度、O2含量及火源。措施:A.防止系统出现火源B.控制系统的O2含量。O2含量上限:12%实际生产中，为更保险起见，某些企业该值控制在8%，或10%。(3)控制O2含量的措施①降低系统设备的漏风率，主要是给煤机处，布袋和粉仓之间；②控制烟气炉的助燃空气比例，减少多余O2带入量，避免使用空气作为掺冷介质；③监测热风炉废气的O2含量，设置烟气自循环系统.在热风炉废气O2含量高时，利用烟气自循环系统切断或减少热风炉废气的使用量。(4)消除积粉自燃①原因:当系统局部存在积粉时，煤粉与气氛中的O2进行氧化反应。缓慢氧化放出的热量如不及时散失，就会越积越多，使温度逐渐升高，当达到它的着火点时，不经点火就会引起自发的燃烧，会使温度升高，达到自燃。例:某火电站的制粉系统曾连续发生因自燃引起的多次爆炸，时间间隔约为120小时左右。②防止自燃的措施:消除系统的积粉点。A.所有制粉的煤粉管路系统应保持一定的角度，消除水平或低角度可能带来的积粉现象。B.煤粉仓应密闭，内表面应平整、光滑、无积粉死角。C.粉仓还应保持气氛监测（O2和CO含量），并具有足够的惰化设施。O2和CO分析仪①监测点A.烟气炉入口(热风炉废气,可选)B.磨机入口C.布袋出口D.粉仓②监测方式•多点循环(国内)•单点连续(国外)③测量环境A.系统高温(Max:400℃)B.高粉尘(易堵塞探头)C.高湿分(易结露)④测量要求长期稳定可靠(5)喷吹烟煤高炉冶炼特点•挥发分在风口分解耗热增加，理论燃烧温度下降。•喷煤的热滞后周期延长。•煤粉燃烧率增加。•带入炉内的氢含量增加，改善还原过程。•置换比可能下降（正常现象）。•对应措施：A.保持一定的理燃.B.固定煤比,用其它方法调炉温。C.其它建议:•各厂按喷吹烟煤的技术要求改造喷煤系统•根据喷煤的最佳经济效益来确定喷吹煤种4.4高炉混喷焦炉煤气(1)焦炉煤气产生量,成分及用途•生产1吨焦炭可产生约420m3的焦炉煤气。•成分:50~60%H2，~25%CH4，~10%CO•热值：17600kJ/Nm3。•用途:烧焦炉,掺烧高炉热风炉，各种加热炉,烧结点火，燃烧发电。(2)喷吹焦炉煤气的优点•节约焦炭•改进炉内还原、•减少炼铁CO2排放。•提高焦炉煤气的利用价值A.美国钢铁公司(USSTEEL)•美国钢铁公司MONVALLEY厂的两座高炉（工作容积1598m3和1381m3）自1994年起一直喷吹焦炉煤气。•2005年的喷吹总量为14.16万吨,吨铁喷吹量约65kg(150m3/t).•该厂曾报道喷吹焦炉煤气后,降低了天燃气喷吹量,消除了焦炉煤气的放空燃烧,减少了能源成本,年节省开支超过610万美元。工作内容:•对焦炉煤气进行了必要的净化处理.•安装了3台900马力的压缩机，将焦炉煤气压力从10psig提高到55psig(磅/吋2)（0.7kg/cm2到3.8kg/cm2），•对高炉风口进行了必要的改造。(3)国内外状况图1.美国钢铁公司焦炉煤气喷吹系统图B.奥钢联LINZ厂•喷吹焦炉煤气替代重油(2002年二季度起)•压缩机处理量:35000Nm3/h,5bar•两座高炉喷吹(BF5,BF6,炉缸直径8m)•效果:A.喷吹量12500Nm3/h,(50kg/t)B.将重油消耗从70kg/t降低到20kg/t•采用双喷枪BOFCOGBF5BF6喷枪喷枪压缩机混合器气体冷却器风圈风圈35,000m3(S.T.P.)/h5.0bar（4）喷吹方式•根据可使用的焦炉煤气量，采取与煤混合喷吹的方式，即设置某些风口喷焦炉煤气，其余仍喷煤。焦炉煤气来源A：附近独立焦化企业的富裕焦炉煤气B：联合钢铁企业平衡出的焦炉煤气普遍存在供应紧张的情况，但有节约的潜力：•焦化烘炉的焦炉煤气(用高炉煤气置换)•烧热风炉的焦炉煤气（用预热的方法弥补）•烧结点火焦炉煤气（用高炉煤气替换）•烧加热炉可替换的焦炉煤气•燃烧发电的焦炉煤气（价值低，停止使用）(5)高炉喷吹焦炉煤气的可行性•技术上可行，且易于实施•经济上合理（焦炉煤气的最有价值使用方法）A.发电:仅利用了焦炉煤气的部分热能，而且，由于电价是基于烧煤的火力发电计算，用焦炉煤气发电的效益不好。B.生产直接还原铁：消耗量大，需要有高品位块矿或球团供应。在钢铁厂内部无大量剩余焦炉煤气。C.生产甲醇：消耗量巨大（2300m3/t),价格还受由石油等主要原料生产的甲醇的价格控制，其收益率无法得到充分保障。D.制氢：产量有限（1000m3/h),价格竞争，市场不确定。E.高炉喷吹：替代的焦炭价值高，焦炉煤气的能量利用率高，高炉的消化能力大和灵活性强（与喷煤结合）。4.5加强高炉监测控制(1)鼓风湿分的监测与控制作用：•增加高炉有效控制手段，促进高炉顺行。•有利于保持高煤比操作•实现高风温运行使用方式：A.自然湿分操作.B.恒湿操作C.调湿操作.关键：A.测量准确B.调节范围小C.严格连锁保护(2)铁口连续测温意义:•更准确和全面反映炉缸热状态及炉缸渣铁均匀性.(尤其是储铁式主沟的大高炉)插入电偶测温在关键时可信度下降(3)风口监测功能：•监测风口工作状态(焦炭活跃程度、风口亮度)；•监测喷煤情况(喷煤均匀性、煤粉燃烧状况、喷枪位置及状态)；•准确测量风口内燃烧温度，记录历史趋势；•监测大量下生料、涌渣、喷枪及风口磨损等异常炉况。是必备设备,非锦上添花4.6减少动力及易损易耗件消耗例1:制粉主排风机的变频改造例2:喷煤枪材质和结构改造例3:降低开铁口钻头钻杆消耗5.结语(1)低成本炼铁对企业的盈亏起关键的作用.(2)实现低成本炼铁的主要措施是降低原料成本（使用廉价矿和焦化增加非粘结煤的配比，喷吹烟煤等）、以及降低燃料比和动力及易损件消耗。(3)采用新技术和加强生产过程控制对实现稳定的低成本生产是至关重要的。(4)中小高炉在低成本炼铁生产上仍将大有作为。谢谢大家！