宣钢8号高炉低硅冶炼操作实践

2008年全国炼铁技术交流会论文集1宣钢8号高炉低硅冶炼操作实践郭金海顾爱军（宣钢炼铁厂）摘要：近年来，宣钢8号高炉（1350m3）随着原燃料条件改善，操作制度的不断改进，同时不断提高喷煤比，实现了低硅冶炼。生铁含硅量的降低促进了高炉燃料比的降低和产量水平的提高。关键词：低硅冶炼操作措施1前言低硅冶炼是一项降焦增效的节能技术，它主要是通过调整高炉操作制度降低铁水中的硅含量，以达到减少焦炭等原燃料消耗的目的。[Si]降低后，不但使燃料比降低，使产量相应提高，且由于[Si]降低后，炉缸热储备相应减少，实际煤气体积减小，煤气上升浮力降低，再结合上下部调剂，改善煤气分布，中心开放活跃，为加风创造条件，允许提高冶强，从而增加产量。按照理论计算，铁水中硅含量每降低0.1%，生产1吨铁水减少焦炭消耗约4kg、铁产量增加近3%。同时，还可以减少下一道炼钢工序中氧气等能源的消耗。宣钢8号高炉（1350m3）自1998年5月大修以来，生铁含硅量从投产初期的1.22%逐年下降，近年日常控制[Si]稳定在0.30%～0.40%之间。由于低硅冶炼操作，促进了8号高炉综合燃比的降低和利用系数的提高，效果十分显著。表18号高炉主要操作参数时间日期利用系数t/(m3.d)焦比kg/t煤比kg/t［Si］%［S］%渣R2倍入炉品位%一级品率%风温℃19991.952457740.450.0171.0954.0394.64100720001.9904031230.450.0171.0954.6596.77101120012.0923901350.400.0201.0856.0792.77102820022.1023891450.390.0221.1157.5192.80102520031.9193831470.520.0231.1257.4790.76101820042.0593821500.380.0311.1256.6563.39107820052.2053591510.360.0241.1556.9392.53116720062.1003681430.390.0261.1755.4584.92115820072.0654041370.430.0271.1755.2972.3510842高炉冶炼低硅铁的机理分析根据炼铁理论高炉内SiO2的还原发生在滴落带，对应的主要部位是炉腹，而在炉缸下部渣和铁接触界面上进行的反应是铁中硅的再氧化。滴落带硅还原分两步，首先是SiO2与焦炭中的C产生气化反应：SiO2+C=SiO+CO↑，然后SiO在上升过程中通过滴落带与渗碳的铁滴相遇产生反应：SiO+[C]=[Si]+CO↑；SiO2主要来源于焦炭和煤粉灰份及炉渣中的SiO2，从灰份中还原出来的硅量约占总量的53%，从炉渣中还原的硅量约占总量的47%。根据上式对影响硅还原的因素分析，冶炼控制低硅生铁的主要条件是：2008年全国炼铁技术交流会论文集21)采用成份稳定、还原性能好熔化温度高的炉料，炉料成分稳定熔化温度高，不但能扩大块状带区域、减少高温区域热量消耗使软熔带下移、缩短硅的还原路程；而且又能使铁水保持较高温度而获得低硅低硫高温铁水。尤其是高MgO（使炉渣MgO=9～12%）和高碱度烧结矿，有较高的软化和熔化温度，其生成的初渣可吸收风口区域的SiO2，降低硅的反应强度，并能改善炉渣流动性，提高炉渣脱硫能力，有利于稳定顺行炉况和获得低硅低硫生铁。2)合理的操作制度正确运用上下部调剂，改善煤气分布和活跃炉缸工作稳顺炉况；不但是优质、低耗、高产和长寿的主要手段，也是冶炼低硅低硫生铁的必要条件。如控制和稳定较低的炉缸温度抑制硅的还原；采用较高的炉渣碱度可减少硅的还原，增强炉渣脱硫能力和获得较高的炉渣熔化温度；在喷煤情况下采用较高风温，使高温区下移减少硅的还原和充足渣铁物理热，而利于冶炼低硫生铁。3)具体降低硅还原因素，一是降低燃料比和提高炉料品位降低炉料SiO2；二是提高顶压和风压，以提高Pco；三是提高高炉利用系数；四是合理煤气分布降低软融带位置，以降低滴落带高度缩短铁滴下降的路程。3低硅冶炼的措施3.1控制适宜的理论燃烧温度生铁含硅量是炉缸温度的主要标志之一。SiO2是比较稳定的化合物，用CO作还原剂是很难还原的，因此硅都是在高温区由焦炭直接还原，并且吸收大量的热，还原1kg硅所需热量是从FeO中还原1kg铁的8倍。因此，在炉渣成份一定的情况下，炉缸温度基本决定了生铁的含Si量。风口回旋区的主要热态指标是理论燃烧温度，它不仅影响炉缸温度，而且影响软熔带形状、煤气流分布和还原反应。控制理论燃烧温度主要通过喷煤量、风温和富氧来实现。随着高炉煤比的提高，煤粉燃烧裂解吸热增加，理论燃烧温度值降低，可直接减少SiO的发生量，降低SiO在随煤气上升过程中与滴下的铁水相遇发生还原反应使铁水含［Si］增加的概率，因此，喷煤量的增加有利于生铁含硅量的降低。理论燃烧温度的降低会导致炉缸物理热不足，渣铁流动性变差，所以，煤比提高时，理论燃烧温度值的降低必须通过提高风温和适当富氧来弥补，不仅使低硅冶炼得以正常进行，还可保证液态渣铁充分加热，炉缸热交换和还原反应正常进行。但理论燃烧温度过高，容易引起风口回旋区煤气急剧膨胀和SiO气化速度加快，导致炉缸不活。通过不断实践，8号高炉理论燃烧温度一般控制在2150～2250℃。表28号高炉2007年理论燃烧温度情况1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月风温℃101111181118111211411136112311131056105610221008富氧率%2.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.12.5煤比kg/t106156135132151153150149114135123129T理2220219522412239222422172212220422382192219521862008年全国炼铁技术交流会论文集33.2控制适宜的鼓风动能鼓风动能是控制炉缸初始煤气流分布的重要控制参数。风口回旋区的长度直接影响炉缸径向温度分布。在生铁含硅水平一定时，鼓风动能随着煤比和利用系数的提高而增加。风口面积是鼓风动能的主要调剂手段，8号高炉主要通过调整好φ120mm、φ130mm两种风口的布局，合理使用450mm和500mm两种长度的风口，调整好进风面积，确保炉缸工作均匀活跃，气流分布合理。8号高炉鼓风动能控制在8000～10000kgm/s，实际风速控制在220～250m/s。各种原因造成的长时间减风或控制冶强操作，则考虑调整基本操作制度，维持全炉压差在130～150kPa，保持适宜的鼓风动能和风速，保证高炉顺行。3.3选择合理的装料制度8号高炉采用并罐无料钟炉顶往复式多环布料。上部布料方式逐步由))34(3)36(2K36(3)38(2)34(1))34(1)32(2)38(2)36(2J38(1)40(2调整至))34(3)38(2K38(3)40(2)35(1))35(1)32(2)41(2)38(2J41(1)44(2，在内环矿、焦角不变情况下，通过外扬中、外环矿、焦角，将矿、焦角差拉大，实现了炉料在炉喉径向的平铺。后续根据炉况表现又将外环矿角扬至41～42°，走矿半往复式布料。为进一步稳定炉况，2004年6月将矿批由27t直接扩至33t，增加炉喉截面焦、矿层厚度，促进煤气流的稳定，取得了很好的效果。2005年10月以来，宣钢实行低成本战略原料条件劣化，突出表现在入炉品位低、渣量增大，另外入炉钛负荷升高。8#高炉通过上部扩大矿批拉大角差，尽可能提高CO2水平，下部扩大风口面积，保持合理的鼓风动能，坚持高碱度、低〔Si〕冶炼，确保炉况顺行。为克服并罐交替下料引起的炉料堆尖偏差问题，坚持定期倒罐制度，坚持6小时倒罐一次，并提高布料准确率，减少炉料偏析，克服并罐下料引起的煤气在圆周方向的不均匀现象。3.4提高烧结矿的碱度低硅冶炼要求烧结矿熔滴温度高一些，软熔区间窄一些。高碱度烧结矿具有还原粉化率低、强度好、滴落开始温度高的特点，对降低软熔带高度，改善铁氧化物的还原气氛，降低硅的还原有明显效果。8号高炉入炉烧结矿碱度由1999年的1.90倍逐步提高到2007年2.39倍。随着烧结矿碱度的提高，烧结矿中SiO2含量也相应下降，为低硅冶炼创造了条件。3.5选择合适的造渣制度生铁含硅量与造渣制度是密不可分的，炉渣中高含量的CaO不但能保证铁水的正常脱硫，而且能提高炉渣的熔化性温度，以保持炉缸充足的物理热，同时还有降低SiO2活度、降低SiO的挥发量及间接脱［Si］的作用。8号高炉在喷煤量逐渐提高的同时，炉渣R2从1.09提高到1.17，既有利于生铁脱硅，又能提高硫在渣铁间的分配系数。3.6精心操作，提高炉温控制水平2008年全国炼铁技术交流会论文集4冶炼低硅生铁时，稍有疏忽，容易出现炉温向凉现象。在操作中，时刻关注风量和风压的变化及料速的快慢，据此来掌握炉温的发展趋势，并尽快采取相应措施，防止炉温大幅度波动，降低硅偏差。特别强调稳定料速，因为料速是炉温变化的标志，把握料速稳定是炉温稳定的重要措施，如料快，及时调剂，必要时减风控制。为严格控制[Si]及铁水温度，制定了《8号高炉关于煤粉、加焦、负荷调剂的有关规定》。8#高炉正常控制[Si]=0.25~0.40%，铁温≥1450℃；[Si]0.25%为低炉温，[Si]0.20%为超低炉温。正常调剂顺序：煤粉→加焦→负荷→风量（在混风全关情况下），对不同程度的低[Si]及低铁水温度制定了相应的增煤、加焦标准，严格执行。当渣铁热量不足，流动性差，炉况吃风困难时考虑调整基本操作制度。若因渣碱度低导致铁温不足，在执行加焦、轻负荷规定的同时还要及时调整渣碱度控制参数，确保渣碱度尽快到位。4结语1）降低生铁含硅量是高炉冶炼一项重要的节能增产技术，既可降低高炉燃料比，又可提高利用系数。2）低硅冶炼是高炉生产技术水平的综合体现，原燃料保证、操作水平、生产管理等各方面工作都要到位。3）采用喷煤、高风温操作，有利于高炉低硅冶炼。4）确保炉况顺行，改善煤气利用，保证渣铁热量充沛，是低硅冶炼的必要条件。