011-天津钢管直接还原铁生产回顾与炼钢应用陶江善

陶江善天津奥沃冶金技术咨询有限公司中国直接还原网介绍了天津钢管煤基回转窑直接还原铁生产线的生产运行情况，以及还原铁产品质量及其在炼钢中应用。回转窑直接还原铁生产能够实现工艺优化、设备高效、环境友好、产品优良的稳步发展。炼钢厂使用实践表明：海绵铁是一种有效稀释钢种残余元素的清洁原料，海绵铁的加入对冶炼电耗、周期存在一定影响，最优加入量在总配料量的20%（30～35吨/炉）。一、天津钢管直接还原铁生产情况回顾二、直接还原铁在炼钢厂中的使用天津钢管煤基回转窑直接还原生产线是原冶金部“九五”重大科技攻关项目，全套设备技术从英国戴维公司（DAVY）引进，设计年产直接还原铁30万吨，建有两条φ5×80ｍ的回转窑生产线，是我国最大的煤基回转窑还原铁生产基地，由于采用了国外先进工艺技术和关键设备，其生产水平和自动控制系统世界一流。该项目于1993年9月通过国家级审批，95年完成工厂设计，96年9月完成设备安装，1996年11月直接还原铁项目开始热负荷试车，1997年10月完成了对外合同规定的技术性能指标的考核，1999年4月，直接还原铁工程项目通过了国家总体验收。2008年10月，因国外长协矿合同终止，缺乏优质低价原料供应而停产至今。天津钢管还原铁厂投产初期，使用进口南非块矿作为回转窑原料，为拓宽原料渠道，在我国铁矿石资源不能满足生产需求的情况下，天津钢管还原铁厂积极寻找适合还原铁生产的原材料，经过多次工业试验，使用秘鲁球团矿、巴西球团矿生产直接还原铁获得了成功。生产的直接还原铁主要供天津钢管炼钢厂150t电炉炼钢需要，由于天津钢管还原铁厂的稳定供应，改变了以往天津钢管直接还原铁进口的历史，全部改用国产还原铁产品。天津钢管还原铁厂投产运行的10年多时间里，还原铁产品产量逐年增加，质量稳步提高。回转窑直接还原是一项要求原燃料条件较高的工艺，需要“精料入窑，精心操作”，是一项看似简单，实则复杂的工艺技术。天津钢管还原铁厂以进口铁矿石（或高品位氧化球团矿）和陕西神府煤相匹配在大型回转窑上进行工业生产，经过10余年的生产实践和探索改造，走出了一条“引进－消化－改造－创新”的道路。天津钢管回转窑生产线主要工艺技术及关键设备由英国DAVY公司引进，设计能力为单窑年产15万吨直接还原铁。通过不懈努力，海绵铁产量逐年提高。2003年全年DRI产量达到28.55万吨，2004年达到超设计能力33.23万吨的水平，2005年31.42万吨，2006年21.23万吨，2007年预计生产22万吨，受原料、工艺操作、设备稳定等多方面因素影响，在2004年各项技术经济指标达到或超过设计水平，过程比较漫长。工厂从事海绵铁生产人员50人，加上设备维护及管理人员，从事海绵铁生产的职工不足100人。历年来主要生产指标见下表：历年来主要生产指标见下表：2005年以后海绵铁产量出现下降趋势，这主要是由于2005年1月24日公司自建的750M3高炉投产，公司两座超高功率电弧炉（2005年上半年建成投产一座90吨电炉）实现铁水热装。150吨电炉配加的海绵铁量由每炉50吨下降到30吨，海绵铁生产处于限产状态。表1天津钢管还原铁厂历年直接还原铁产量及物耗指标项目年份DRI产量Wt矿耗Kg/t煤耗Kg/t电耗Kwh/t金属化率%备注19976.02149095091.319988.3915701040143.392.6199910.615601026155.693.8200013.581466930161.993.7200111.251440970133.692.3200222.04144691911492.8200328.55148086895.8693.1200433.23149090086.7592.21200531.42148990090.1291.87200621.23148690089.4691.4200721.0157090011991.32200815.0159088014091.72.1历年来主要生产指标表2天津钢管还原铁厂直接还原铁成分指标表2.2主要产品质量指标成份TFe金属化率SPSiO2+AL2O3堆积密度(T/m3)Sn/Bi/Pb/B/As粒度(mm)%≥92≥92＜0.03＜0.055＜4.02.1～2.40.00058-203、主要生产操作改造经验天津钢管还原铁厂在生产过程中对原设计中诸多不适应生产的工艺和设备问题，从工厂热试起就持续进行技术改造，为保证生产稳定，提高产品质量，降低生产成本，改善工厂环境起了重要作用。3.1工艺方面3.1.1原料从块矿改为球团基于公司钢管产品高质量的特殊要求，在坚持精料方针的同时，为了拓宽原料供应渠道，降低生产成本，对原料——铁矿石、煤的使用进行过多次试验。回转窑早期使用南非块矿时，因矿石中有一部分粒度偏大不符合工艺要求，需要再破碎处理，同时，矿石本身含粉量较多，生产中矿耗增加，生产成本升高。且块矿含铁量与进口球团矿相比较低（TFe=66%），脉石含量高（SIO2+AL2O3约为4%），DRI用于炼钢厂生产时渣量较大，冶炼电耗增高，因而，使得电炉加入量受到限制，通常每炉配入量只有30吨左右，还原铁厂一座窑的产量基本上就满足了炼钢的用量。2003年5月份，还原铁厂开始使用世界上优质的直接还原用矿----巴西球团矿生产海绵铁，其含铁量高（TFe约68%），脉石含量低（SIO2+AL2O3约2%），DRI在电炉使用后收到了良好的效果，每炉钢的DRI配入量可达到50吨，从而保证了还原铁厂两条窑可以同时满负荷生产。3.1.2还原用煤选择还原用煤的选择对煤基海绵铁的生产至关重要，也可以说是决定性的因素。从1998年开始，在多次进行火力模型模拟实验的基础上，先后在回转窑上进行了巴西块矿、秘鲁球团矿、巴西球团矿、配加神府煤原煤、水洗煤及甘肃华亭原煤等多次工业性实验，积累了大量的选煤经验与科学数据，为优化生产，降低生产成本开辟了新的原料渠道。3.1.3配煤比例调整在以往大量实验及不断总结生产实践的基础上，还原铁厂认为外方工艺设计中对加入煤与喷吹煤的比例存在不合理性，造成工艺不稳定及煤耗偏高的问题。2003年还原铁厂又独立完成了回转窑喷煤系统的改造，使回转窑配煤比例更加合理，操作更加稳定，煤耗显著下降，2008年还原铁厂将对该系统进行再一次的改造，到时工艺将更加合理，回转窑运行将更加稳定。3.1.4回转窑烟气除尘输灰系统改造回转窑烟气布袋除尘的粉尘原设计由螺旋输送机经斗式提升机送入灰仓，然后落地排放。运行中设备故障频繁，粉尘泄漏严重，极大地妨碍生产的连续性和造成严重的环境污染。前后三年，历经几次改造失败的教训，2001年改用惰性气体管式密封输灰方式，改造最终取得成功。这种输灰方式，设备运行可靠，维护量小，安全可靠，灰尘在密封状态输送进储灰仓，出仓排放的粉尘经过加湿机加湿后直接装车外运，长期困扰生产连续性及环境污染的问题得到彻底解决，2008年还原铁厂将对整个烟气除尘系统进行再次改造，进而实现烟气与二氧化硫排放双达标，彻底实现海绵铁的清洁生产。3.2设备方面3.2.1回转窑和冷却筒密封改造回转窑和冷却筒的端部密封，原设计采用气动干油摩擦密封方式，使用中发现其密封使用效果差，设备维护量大和油脂耗量大，润滑用干油在高温下极易燃烧，火灾险情时常发生，同时烟尘泄漏造成的环境污染比较严重，威胁生产及员人的身体健康。通过考察咨询，我们采用美国SVEDALA公司的技术，于1997年底先后将两座回转窑和冷却筒的密封改成金属叶片和陶瓷纤维毡组合的形式，5年多来生产运行证明，这一改造非常成功，不但完全满足工艺要求，而且一年可节省直接费用近上千万元，同时此区域内的工作环境得到了根本的改善，火灾隐患彻底杜绝，现在所有的密封材料已全部实现国产化，运行费用进一步降低，此项技术已在全国直接还原及氧化球团生产行业被普遍采用。3.2.2回转窑出格栅改造回转窑卸料端原有格栅，虽采用耐热钢材但在冷热交换的环境下极易变形，窑内有结圈物排出时易引起格栅堵料事故，需停窑人工清理，既增加了工人的劳动强度同时产生极大的安全隐患。格栅改成水冷梁型式，并且相应的对冷却筒排料设备进行了配套改造，其投资少，运行可靠，大大简化了日常清理窑内结圈物(俗称“扒大块”)的操作，可提高窑的作业率约5%，对回转窑的连续稳定运行，提高产量，减轻工人的劳动强度作用很大，并保证了工厂余热发电机组稳定均衡地发电、供汽。此外，大块矿石破碎生产线的改造，合格粒度供煤，回转窑喷煤系统及余热锅炉关键设备等共１１０多个改造项目先后实施，其中一些改造项目在国内外同类工厂中首次采用，从而使得ＤＲＣ法工艺技术更加完善，为正在发展的我国煤基会转窑生产探索了一些经验。经过以上改造，回转窑作业率从2000年时不到70%到2004年稳定在97%以上，生产成本显著降低。十几年来，公司先后投资近千万元不停顿的进行了环境治理。先后改造了１１套小型不袋除尘器；改造粉尘加湿机，消除了粉尘的污染。还原铁厂11年的海绵铁生产过程鉴定了“引进－消化－改造－创新”道路的成功，海绵铁生产从投产初期厂区内红粉黑灰漫天飞扬、附近居民告状、环保部门亮黄牌的境地，向着工艺更优化、设备更高效、环境更美好、产品更优良的方向稳步发展。4还原铁产品在150吨电炉炼钢厂中应用天津钢管集团股份有限公司炼钢厂在投产初期使用全废钢进行冶炼，每炉加料3次，冶炼周期较长且“五害”元素含量较高，每天冶炼10炉左右。为提高冶炼速度，降低钢中“五害”元素含量，炼钢厂使用了进口的海绵铁进行冶炼，1996年11月份，公司直接还原铁厂正式投入生产。海绵铁通过电炉高位料仓，经炉盖第五孔，连续加入炉内，从而减少了1次加料时间，缩短了冶炼周期。2003年炼钢厂开始采用热兑铁水工艺，实现了“废钢+铁水+海绵铁”的一蓝料冶炼操作，冶炼速度大幅度提高，2004年实现年产120万吨合格坯。4.1海绵铁最优加入量的确定⑴2004年，炼钢厂具备了废钢、铁水、海绵铁三大料型进行配料的条件，为了取得高效的产能和低廉的制造成本，炼钢厂以优化配料作为切入点，降低冶炼成本。⑵在铁水固定（单罐重～40吨）的情况下，通过加入不同量的海绵铁进行冶炼过程指标测算，以低电耗、短周期为最终确定最优海绵铁加入量。方案1废钢+铁水+海绵铁（1870炉数据统计）方案2废钢+海绵铁（1300炉数据统计）4.2配料方案确定通过上面的对比，以最优节电和最短周期为指标，认为海绵铁加入量控制在30～35吨/炉为最优。为应对铁水或海绵铁供应不及时造成断料的现象，特制定三大类配料方案，其中一种为全废钢配料，另两种为使用海绵铁配料（“废钢+海绵铁”和“废钢+铁水+海绵铁”）。注：上表未注明废钢量范围相按±5控制注：上表未注明废钢量范围相按±5控制4.3海绵铁对冶炼过程指标的影响⑴炼钢厂使用的海绵铁是利用回转窑直接还原而成，金属化率高，残余杂质含量低。⑵海绵铁参与配料能够有效稀释钢中残余元素和有害物质。下面针对以上三种配料方案进行比较。下表为炼钢厂使用海绵铁指标。注：上表未注明废钢量范围相按±5控制4.3.1电耗对比（4000炉数据统计）注：㈠通过上图，每种配料方案的电耗在总体上控制比较平。㈡全废钢电耗最高，废钢+海绵铁电耗次之，废钢+铁水+海绵铁电耗最低。4.3.2周期对比（4000炉数据统计）注：㈠通过上图，每种配料方案的冶炼周期在总体上控制比较平稳，偶尔出现波动。㈡全废钢周期最高，因加料次数多，废钢+海绵铁周期次之，废钢+铁水+海绵铁周期最低，因铁水带入一部分物理热。4.3.3五害（As+Sn）元素残余对比（2100炉数据统计）注：㈠通过上图，每种配料方案的五害在总体上控制比较平稳，废钢+铁水+海绵铁方案波动较大，主要因铁水量时有波动。㈡全废钢五害残余最高，废钢+海绵铁五害残余次之，废钢+铁水+海绵铁五害残余最低。㈢主要因铁水、海绵铁残余杂质低，有效稀释钢中残余元素。4.3.4Cu元素残余对比（3000炉数据统计）