同钢450m3高炉高[Ti]铁、高(Al2O3)渣炉况失常分析与处理

2008年全国炼铁技术交流会论文集1同钢450m3高炉高[Ti]铁、高(Al2O3)渣炉况失常分析与处理高社张润堂吴建军大同煤矿集团钢铁有限公司摘要对4#高炉炉况失常的原因、机理及处理过程进行了总结分析，认为铁中[Ti]、渣中(Al2O3)异常升高是炉况失常的主要原因，采用锰矿和净焦洗炉、堵风口恢复、疏松中心气流、控制炉温、碱度、炉外出净渣铁等措施，取得了较好效果。关键词高炉炉况失常分析处理1引言山西大同煤矿集团钢铁有限公司炼铁厂4#高炉有效容积450m3，自2004年10月18日点火开炉以来，因设备事故频发，原燃料成份波幅大，每年均有大的炉况失常，给全厂生产带来较大的负面影响。4#高炉自进入2007年后，由于不断采取强化措施，加强综合管理，各项经济技术指标逐月攀升，利用系数达到了3.3――3.4t/(m3d)，到6月下旬高炉日产量突破1600吨，其中23日产量达到1630.56吨，炉况稳定顺行。随着我国钢铁产量的增加，铁矿石进口量日趋紧张，价格不断上涨，为合理利用当地资源，增强企业竞争力，同钢提出了“低成本战略”思路，充分利用大同周边地区资源及价格较便宜的外粉（7月份地矿比例增加到80%），导致入炉料杂，铁中[Ti]、渣中(Al2O3)异常升高，铁水包粘结严重，炉缸不活，炉墙结厚，事前又没有一点防备，致使炉况失常。2炉况失常处理过程7月份前半月，高炉炉况处于稳定顺行的良好状态，各项生产指标均保持高的水平，具体指标见表1指标日期1518.4431991019261160312.5214294601001021260162712.611403.56453961018259160612.361471.5435991021261163312.361403.734371001012257164212.621455.9944786995253163012.441458.59451971019250162512.07煤比(kg/t)风温℃风压kPa风量m3/h焦炭灰份7893456产量（吨）焦比(kg/t)7月份中班，由于上密封胶圈烂，17：16休风1小时更换，同时更换14#弯头。复风后高炉开始加风，但明显感到高炉接受风量的能力较差，料线一直不动，20：20开始崩料，减风25kPa控制，顶压降至100kPa，矿批原来的20吨缩到18吨，布料角度同缩2度，由原来的αO935433，αC730.7628.7调整到αO933431，αC728.7626.7，逐步恢复炉况。18日白班10：44风口工作呆2008年全国炼铁技术交流会论文集2滞，料慢，崩料1.4－4.1米，11：43料线5.3米，补净焦27吨，布料角度调整为αO1330，αC1328.7。16：30料不动，高炉悬料，排风处理，坐料后，缩小料批，矿批调整到15吨，逐步加风恢复，到19日8：00，高炉风压、风量基本恢复正常，料批也逐步增加到18吨，布料调回原来的αO935433，αC730.7628.7，料线正常，料速50批。7月20日夜班，2：35开始崩料，2：55再次悬料，这次悬料后，炉况恢复困难，高炉不接受风压、风量，形成恶性悬料。3炉况失常的分析3.1铁中[Ti]高，炉缸萎缩为贯彻“低成本战略”，烧结厂合理配置资源，入烧原料以价格相对较低的当地精粉，红矿粉，低品位外粉为主，特别是进入7月份，当地精粉比例高达80%，随着原料配比的这一变化，首先发现异常的是铁水包。铁水包粘结严重，包容一天比一天小。这种现象在我厂历史上没有发生过，于是与兄弟单位联系，才知道是TiN、TiC合金。其次是高炉每遇休、排风，总有几个风口灌渣，严重的时候整个直吹管全部灌死。7月20日炉况恶化后，委托兄弟单位作了个化学分析，机烧中TiO2含量为1.4%，球团矿中TiO2含量为2.7%,，铁水中[Ti]含量为0.6%，也就是说，从7月份开始烧结矿大量配当地精粉后，炉缸工作开始变差，容积萎缩，炉身温度降低，炉墙结厚，见图1，高炉依然按照原来的操作方针进行调整，料柱透气变小，最终形成恶性炉况。图10100200300400111213212223日期温度标高15700标高16423标高17870标高197953.2渣中Al2O3高，流动性差同钢450m3高炉从7月中旬开始富氧后，煤比由原来的90kg/t增加到135kg/t，大同烟煤与无烟煤配比为1：2，致使煤粉的灰份高达25%，同煤钢铁因矿石品种较多，成份相差较大，煤粉的灰份不断上升，见图2。7月份中旬一周煤粉灰份20.821.4321.0326.6324.9526.352021222324252627111213141516灰份导致高炉渣中Al2O3含量上升，特别是2007年5月份以来，高炉渣中Al2O3含量异常升高，季平均17.6%，失常前的6月份平均18.47%，导致高炉炉渣粘度升高，流动性变差，炉况顺行程度被破坏2008年全国炼铁技术交流会论文集3甚至严重失常。3.3原燃料质量不稳定高炉生产要实现高产、优质、低耗、长寿、精料是基础，高炉对入炉原燃料有着相当严格的要求，当原燃料质量发生变化时，不可避免地会造成炉况波动。而我公司的原燃料因受市场大环境影响，质量一直不太理想，焦炭全部外购，吃百家饭，成份波动大，又因库存不足，混匀工作几乎没法做，焦炭一拉来就直接上仓，水份大，大量焦末入炉，严重影响着高炉的透气性，有关资料统计表明，入炉料粉末降低1%，高炉利用系数提高0.4%～0.5%焦比降代0.5%，机烧外面呈蜂窝状，灰白色，冷强度差，低温粉化严重。球团矿生球比例大，占26～32%，抗压强度低，不足800N/个，所配膨润土SiO2、Al2O3含量高，导致品位低，强度差。3.4操作方面炉况失常初期，操作细节把握不好，对炉况判断过于乐观。高炉因炉况波动而坐、崩料，大幅降压后恢复过快，且对低料线处理未引起足够重视，造成炉况进一步恶化。另外，正常操作中，对数据统计分析不够，对标准风速、实际风速、理论燃烧温度、鼓风动能、炉衬温度等基础数据未进行系统的统计、分析。4高钛铁、高铝渣工艺分析炉况恶化后，炼铁厂及时组织工程技术人员召开炉况分析会，并成立了攻关小组，查找原因，统一思想，制订操作方针，有目标、有次序地逐步恢复炉况。1高钛料反应机理铁精矿中的TiO2是以FeO·TiO2、2FeO·TiO、Fe2O3·TiO2的形式存在的，在高炉内约400℃时，这些矿物质就会变成TiO2，在高炉还原气氛和碳、氮存在下，TiO2被还原生成TiC；铁水对TiC、TiN的润湿角小，高炉内形成的铁滴很容易粘附碳、氮钛化物；钛的碳、氮化合物熔点很高，在接近炉壳、炉缸及炉底的低温区域，［Ti］高于其溶解度时，将以TiC和TiN固熔体结晶析出。粘稠物弥散于铁水中，炉温、碱度有较大波动时，铁水的粘度增加，流动性变差，在出渣出铁时不能全部流出炉外，随着渣、铁面的下降而接近炉衬，由于其熔点高，只能成半融状或固态，随着上部炉料的下降被挤压粘附在砖衬上或沉积在炉缸、炉底的砖缝内，并且炉缸砖衬受侵蚀愈严重，冷却壁与铁水愈接近，形成的难熔保护层愈厚，严重时易对炉缸造成堆积，影响炉况稳定顺行。2炉渣特性分析高炉渣成份以CaO、SiO2、Al2O3为主，但MgO在渣中对起到独特的作用，故以CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元相图来讨论炉渣的有关特性，以CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系熔化温度与初晶区相图可知：当Al2O3为10%时，CaO＜45%，SiO2＜65%，3%＜MgO＜20%的区域是一个低熔化温度区。该区域熔化温度都在1400℃以下，碱度以0.7到1.3，3%＜MgO＜20%的成份范围是黄长石（熔2008年全国炼铁技术交流会论文集4化温度1390℃）区，这是最适宜的高炉渣区域性。同钢高炉渣CaO、SiO2都在正常炉渣范围内，但Al2O3远远超过10%，始终在16%以上，最近波动到19%，R2则接近1.3，在CaO、SiO2波动时，熔化温度急剧升高达1540℃以上。从CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系粘度图可知：Al2O3为15%时，CaO不超过46%、R2＜1.2；Al2O3为20%时，CaO不超过42%、R2＜1.2，否则粘度将由0.5Pa·S大幅上升达1.5Pa·S以上。同钢高炉渣R2接近1.3，粘度值达1.5～2.0Pa·S，其对炉渣粘度影响是极大的，而炉渣从高炉顺利流出的最大粘度为2.0～2.5Pa·S，同钢高炉渣的这一特性，严重影响高炉排渣、排铁，致使高炉炉缸工作变差、局部堆积、炉况顺行程度差、炉前劳动强度大、生产被动，生产指标难以提高，无法进行高效生产。3铁水物理温度钒钛矿冶炼应保持物理“热”，化学“凉”，［Si］＋［Ti］应控制在0.4～0.6%，铁水物理温度应控制在1430～1470℃，为此应使用全风温、用喷煤量和富氧量来调剂炉况。为了更好地指导高炉操作，稳定炉温，在炉前增设了测温装置，每炉测量物理温度。这一点在［Si］＋［Ti］大幅度降低的情况下，为避免出现热结、大凉及炉缸冻结等生产事故，显得特别重要。渣中Al2O3高，在目前情况下，渣中Al2O3含量在9.4%左右，炉渣流动性基本能得到保证。为保证脱硫效果和充足的热焓，以做到物理“热”，化学“凉”，炉渣碱度宜适当提高，控制在1.1～1.2。另外，炉渣的性能与炉缸工作状态有很大的关系。当炉缸活跃，炉缸中生成的TiC、TiN就少，炉渣的流动性较好，相反，当炉缸状态较差，炉缸中生成的TiC、TiN就多，炉渣的流动性较差。5炉况失常的处理炼铁生产是一项复杂的系统工程，影响因素较多，炉况失常后在恢复时，更应多部门联动，多项措施并举，综合运用各种手段，以缩短时间，尽快地恢复到正常水平。5.1合理利用资源，优化配料结构因实施“低成本战略”，大量收购周边地区的精矿粉，致使铁中［Ti］异常升高，截止到8月份，进厂矿点有61家，质检部门压力大，不能一一作全面分析，大多只化验品位和SiO2含量，炉况失常后，引起公司的高度重视，开始对61家矿点一一排查，对含钛高的矿粉坚决予以取缔，钛负荷控制在吨铁18kg以下。渣中Al2O3高的来源主要有两项，一是球团矿配加的膨润土质量差，SiO2和Al2O3异常高；二是喷吹煤粉中无烟煤灰分高，公司已决定停吃山西清徐无烟煤，改吃宁夏及乌海的无烟煤，煤粉灰份基本能控制在14%以下，渣中Al2O3控制在17%以下。5.2处理过程2008年全国炼铁技术交流会论文集5这次炉况处理过程大致分为三个阶段：第一阶段，加净焦热处理阶段；第二阶段，综合焦中处理阶段；第三阶段，逐步恢复阶段。通过3个阶段的调整恢复，炉况逐步走向正常。第一阶段，加净焦热处理阶段由于原燃料条件变化后，质检部门化学成分未能及时反馈，高炉操作人员没有及时得到相关信息，所以在18日高炉出现连续崩料后，按气流失常处理，先后三次加净焦97吨，布料由双环变成单环，即由原来的αO935433，αC730.7628.7调整为αO1331，αC1329.7，矿批由18吨调到12吨，压量关系稍有缓和，便急于恢复风量，扩大矿批，增大矿角。由于高炉前一阶段一直稳定顺行，受高炉惯性的影响，焦中加焦反应后，个别小班还能够维持顺行，然而高炉恢复却出现了反复，上部加焦下部控风未能有效地抑制住连续崩料。第二阶段，综合集中处理阶段20日中班休风补焊溜槽人孔盖，送风时堵3#、7#、10#风口，同时加净焦40吨，矿批缩至8吨，负荷调到3.0。复风后只能在低风压状态下维持短暂的顺行，当风压加到一定程度后，吹出管道，料线不动一个阶段后又崩料，如此往复，一直处于恶性循环状态，而且透气性越来越差，料柱越来越死，高炉已不再吃风，恢复困难，统一认识后，决定分两步走，先消除炉墙结厚，第二步再处理炉缸堆积。为了争取时间，21日12：31打水控料线以消除结厚。打水控料线期间，顶压出现过三次冒尖，两次轻微爆震，当料线控到12米时休风，从爆炸门观察员，效果理想，炉墙结厚全部消除。19：00送风，堵3#、5#、7#、10#、12#风口加净焦21.3m3，矿批8吨，负荷退到2.4，布料αO16，αC