邯宝2#高炉炉况失常原因分析及对策.docx
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邯宝2#高炉炉况失常原因分析及对策
邯宝2#高炉炉况失常原因分析及对策
王磊,王宗德
(河北钢铁集团邯钢邯宝公司 炼铁厂)
摘 要:
通过炉况波动的异常现象分析,结合各种入炉原燃料成分及冶金性能的变化,确定了影响高炉炉况变化的主要原因及改善措施,促进了炉况的快速恢复,且针对此原因制定了合理的应对措施。
关 键 词:
高炉;原燃料;成分;冶金性能
1 概述
邯宝炼铁厂2#3200m3高炉于2009年4月21日开炉,经过4年的生产实践,高炉各项操作制度日趋完善,炉况稳定顺行,各项技术经济指标稳步增长。
但步入2013年之后,炉况稳定性逐渐走差,尤其在2013年2月份,炉况恶化明显,近乎失常,主要技术经济指标较2012年明显退步。
表1为邯宝2#高炉开炉以来各年及2013年各项技术指标的变化。
表1 2#高炉2009年以来主要技术经济指标
日期
利用系数,
t/m3•d
焦比,
kg/t
煤比,
kg/t
焦丁比,
kg/t
燃料比,
kg/t
渣铁比,
kg/t
风温,
℃
入炉品位,
%
2009年
1.933
390.7
111.5
32.27
534.9
317
1147
58.58
2010年
2.342
323.2
147.0
35.5
505.6
312
1202
58.57
2011年
2.374
333.0
126.7
43.8
503.5
309
1201
58.38
2012年
2.401
310.7
148.2
45.0
503.8
312
1200
57.74
2013.1
2.407
327.2
120.1
44.2
491.5
308
1200
57.85
2013.2
2.349
352.9
95.5
49.1
497.5
315
1192
58.00
2013.3
2.314
347.3
111.4
44.2
502.9
310
1196
57.80
2013.4
2.433
325.0
130.4
45.5
500.8
315
1207
57.88
2 高炉炉况变化及调整
2012年邯宝炼铁厂2#高炉取得了较好的技术经济指标,但进入2013年后,受钢铁市场形势影响,邯钢铁前各工序开始实行降本增效措施,无论是从焦化配煤结构还是从原料混匀料配比结构都有不同程度的变化。
受原料质量变差影响,炉况稳定性较差,技术经济指标从1月份开始下滑,进入2月份,炉况仍有恶化趋势。
至2月18日至23日,在各种操作制度未变化的前提下,高炉炉内气流紊乱,风氧萎靡,边缘气流频繁,悬崩料频繁,炉况失常。
炉内采取大幅度退负荷对策,尤其23日高炉近乎全焦冶炼且布料制度改加中心焦仍未好转,造成技术指标大幅度下降。
表2为2012年邯宝2#高炉日常操作参数。
表2 2012年邯宝2#高炉日常操作参数
日期
风量,
m3/min
富氧率,
%
热风压力,
kPa
压差,
kPa
顶温,
℃
顶压,
%
ηco,
%
[Si],
%
水温差,
℃
1
5866
1.82
375
158
121
220
50.6
0.38
3.4
2
5952
1.68
380
160
118
220
51.2
0.36
3.3
3
5977
1.77
382
162
127
220
50.5
0.37
3.5
4
5968
1.86
377
159
129
218
50.6
0.38
3.2
5
6015
2.04
386
161
145
225
49.9
0.35
3.2
6
6030
2.14
386
162
143
225
50.2
0.36
3.2
7
6030
1.77
384
161
132
223
50.2
0.36
3.4
8
6048
1.88
384
159
135
225
50.8
0.34
3.2
9
6015
1.50
386
161
139
225
51.7
0.34
3.1
10
6008
1.34
384
159
153
225
51.4
0.34
2.8
11
5934
1.32
384
160
153
224
50.7
0.34
3.1
12
5867
1.32
386
161
138
225
51.0
0.34
3.4
3 炉况波动原因分析
3.1 高炉操作制度的变化
邯宝炼铁厂2#高炉布料制度采用平台加漏斗的布料形式,矿石平台宽度控制在炉喉半径的1/3左右,焦炭平台维持在2米左右,稍宽于矿石平台,形成中心开放边缘适当发展的装料形式,其基本装料制度为:
C
,O
。
由于布料制度取消了中心焦,必须要有足够的中心气流,下部送风制度采取维持适宜的风口面积,保持较高的风速和鼓风动能,实际风速保持在260-270m/s,鼓风动能在14000-15000kg•m/s之间[1]。
表3为近期2#高炉主要操作制度。
表3 2#高炉主要操作制度
日期
典型布料矩阵
矿批
,t
焦批
t
焦炭
负荷
风口面积
m2
实际风速
m/s
11月
C
O
97.7
18.3
5.339
0.4247
266.5
12月
C
O
96.8
18.6
5.204
0.4247
260.2
1月
C
O
94.3
19.5
4.836
0.4247
264.3
2月
C
O
90.2
19.8
4.556
0.4247
257.7
3月
C
O
90.5
19.1
4.738
0.4247
263.6
4月
C
O
92.4
18.3
5.049
0.4247
267.5
通过2#高炉近期炉况操作制度的调整变化,可以发现2#高炉在2012年12月调整布料矩阵后,各种操作制度基本无太大的变化,焦炭负荷的变化也是随着炉况的接受能力而变化的,所以操作制度不是炉况失常的主要原因。
3.2 焦炭质量变化
邯宝炼铁厂使用的焦炭为自产干熄焦和外进湿焦,若干熄焦检修可临时配吃自产湿焦,配吃比例及各焦炭质量分析见表4-6。
表4 近期干熄焦成分及性能
日期
灰分
硫分
挥发份
M40
M10
CSR
CRI
11月
12.23
0.81
1.10
88.75
5.69
69.40
22.18
12月
12.28
0.90
1.20
88.30
5.82
70.38
21.40
1月
12.44
0.91
1.20
88.93
5.86
71.01
21.78
2月
12.50
0.80
1.21
88.84
5.57
70.52
22.07
3月
12.51
0.85
1.19
88.11
5.89
69.22
22.73
4月
12.48
0.82
1.26
88.83
5.70
70.25
21.81
表5 近期外进湿焦成分及性能
日期
灰分
硫分
挥发份
M40
M10
CSR
CRI
11月
11.68
0.60
1.26
85.30
6.70
70.97
21.55
12月
11.77
0.66
1.29
85.25
6.89
69.88
23.88
1月
11.78
0.62
1.29
85.24
6.79
70.11
23.23
2月
11.76
0.62
1.34
85.18
6.78
68.70
23.91
3月
12.02
0.65
1.34
85.16
6.79
68.52
23.35
4月
11.87
0.62
1.32
85.25
6.78
68.47
23.35
表6 焦炭配比结构
日期
自产干焦
外进焦
自产湿焦
11月
88
11.4
0.6
12月
81
13.1
5.9
1月
81.8
16.6
1.6
2月
83.6
15.2
1.2
3月
62.5
21.4
16.1
4月
76.8
18.7
4.5
通过近期焦炭质量数据分析,2月之前,因消化自产湿焦库存,配吃少量自产湿焦,3月份因干熄焦检修,自产湿焦比例较高。
此外,从各类焦炭的冷、热态强度来看,干焦、外进焦质量变化不大,即使是在炉况失常的2月份,仅外进焦热强度稍差,其余质量分析均无太大波动。
因此,可分析出焦炭质量并不是造成本次炉况失常的主要原因。
3.3 入炉含铁料质量变化
邯宝炼铁厂供高炉铁矿主要有自产烧结矿、自产球团矿、生矿为进口澳矿,炉料结构基本维持在烧结矿:
球团矿:
澳矿=73%:
10%:
17%左右。
邯宝炼铁厂供高炉烧结矿为本厂烧结车间两台360m2烧结机生产,1#烧结机供1#高炉,2#烧结机供2#高炉,混匀料同堆,两台烧结机烧结矿质量基本相同。
球团为邯钢自产酸性球团,质量较为稳定,通过抽查,未发现明显变化。
澳矿质量亦较为稳定。
表7为近期烧结矿质量指标。
表7 近期烧结矿质量指标
日期
TFe,%
FeO,%
R2
转鼓,%
RDI(+3.15),%
返矿率,%
11月
56.89
8.36
2.16
80.17
97.87
8.03
12月
56.91
8.39
2.20
80.20
97.32
8.37
1月
56.58
8.43
2.16
80.03
96.20
8.09
2月
56.64
8.46
2.14
80.22
93.73
8.12
3月
56.65
8.35
2.11
80.16
96.87
7.74
4月
56.77
8.29
2.08
80.10
97.90
8.14
通过分析烧结矿主要质量指标可知,烧结矿主要指标均未有太大的波动,但从低温还原粉化率指标来看(见表8),在2月份低温还原粉化率偏低,通常正常低温还原粉化率(+3.15)在97%以上,2月份平均仅93.73%,可能是造成炉况波动的主要原因。
表8 对比抽查烧结矿低温还原粉化性能
日期
喷洒CaCl2
未喷洒CaCl2
+6.3%
+3.15%
-0.5%
+6.3%
+3.15%
-0.5%
2012.12.6
97.99
98.33
1.14
75.05
90.06
2.74
2012.12.20
96.08
98.07
0.87
77.82
90.65
2.29
2013.1.15
97.57
98.52
0.71
46.12
73.65
7.31
2013.2.14
82.64
90.85
3.38
53.39
80.89
2.11
2013.2.23
83.2
90.52
2.67
46.33
75.34
6.26
表9 烧结矿和球团矿的荷重软化性能
日期
烧结矿荷重软化温度,℃
球团矿荷重软化温度,℃
软化开始
软化结束
软化区间
软化开始
软化结束
软化区间
2012.1.29
1014.5
1097.1
82.6
1008.4
1042.2
33.8
2012.6.3
1064.6
1173.2
108.6
1011.5
1074.2
62.7
2012.11.1
1043.4
1161.7
118.3
1020.8
1060.2
39.4
2013.1.4
1050.1
1181.8
131.7
1027.9
1066.9
39
2013.1.31
1060.8
1185.3
124.5
1037.4
1073.2
35.8
2013.2.19
1071.7
1215.6
143.9
1041.9
1079.6
37.7
通过2#高炉炉料结构及各种入炉料的质量变化分析,加上重点分析2月份烧结矿低温还原粉化率以及荷重软化性能与其它时间正常值的比较可看出,进入2013年以后,由于配料结构的变化,导致烧结矿的荷重软化性能有较大的变化(见表9)。
2013年以前,软化区间在120℃以下,进入2013年后,软化区间均在120℃以上,尤其是在2月份炉况失常的时期,软化区间达到了143.9℃,可直接造成炉内软熔带透气透液性差,从而影响炉况。
由此可知,2月份得出烧结矿热态冶金性能的恶化应是导致炉况波动的主要原因。
4 烧结矿质量变差原因分析
通过对烧结矿生产工序了解,工序操作参数维持原状,从2月份开始烧结料层透气性急剧恶化,不得已料层减薄,维持生产,表明原燃料质量的变化对烧结生产亦产生较大的影响。
对烧结所用混匀料配料情况进行统计,2013年至3月初,共配混匀料9堆,分析发现含铁矿配料变化小,最大的变化在于混匀料中除尘灰的配比变化。
表10为2013年各堆混匀料除尘灰配比及混匀料中碱金属含量。
表10 2013年各堆混匀料除尘灰配比及对应烧结矿中碱金属含量
堆号
炼铁除尘灰,%
炼钢除尘灰,%
总灰比,%
K2O,%
Na2O,%
ZnO,%
碱金属总量,%
1
1.34
2.07
3.41
0.117
0.073
0.024
0.214
2
2.48
1.28
3.76
0.123
0.075
0.027
0.224
3
2.17
1.40
3.57
0.130
0.074
0.027
0.231
4
1.63
2.24
3.87
0.129
0.075
0.027
0.231
5
2.16
2.96
5.11
0.139
0.077
0.026
0.242
6
2.99
1.74
4.74
0.133
0.075
0.019
0.227
7
2.56
3.57
6.14
0.150
0.076
0.023
0.250
8
0.96
1.92
2.88
0.125
0.071
0.015
0.211
9
1.97
1.62
3.59
0.113
0.071
0.017
0.201
表11 除尘灰的化学成分
原料
TFe
%
SiO2
%
CaO
%
MgO
%
Al2O3,%
TiO2
%
K2O
%
Na2O
%
ZnO
%
碱金属总量
%
炼铁灰
58.50
3.30
1.80
0.50
1.30
0.08
0.7
0.15
0.4
1.25
炼钢灰
61.00
2.00
6.80
2.50
1.30
0.06
0.9
0.3
0.15
1.35
通过对混匀料中除尘灰含量的统计分析(见表11),得知在2月份使用的混匀料中,除尘灰含量分别达到了5.11%,4.74%,6.14%,而去年平均水平在3%左右。
众所周知,除尘灰中含有大量的有害元素及碱金属,碱金属化合物在随着炉料下降的过程中被还原,形成碱金属蒸汽随高炉煤气上升。
向上运动过程中,K蒸汽在烧结矿中形成低熔点的K2SiO2等硅酸盐,使烧结矿变松软,熔点降低,因此导致高炉冶炼时软熔带上升,熔融层加厚,煤气阻力大,在炉温波动时易形成管道及炉瘤[2]。
与此同时,碱金属促成的凝结物掉落炉缸,降低炉缸温度,造成炉缸堆积。
此外,钾、钠等碱金属对焦炭的碳溶反应起正催化作用,而且钾的催化作用高于钠。
焦炭在反应后引起气孔壁迅速变薄,致其反应后强度急剧下降,焦炭块度减小产生较多的碎焦和焦粉,从而使高炉的透气性变差,影响高炉的生产[3]。
2#高炉正是由于入炉料中碱负荷高,使高炉出现上述征兆时往往压差升高崩悬料次数增多,渣、铁流动性变坏,引起炉况失常。
从邯宝两座高炉先后恶化的结果来看,原料质量变差是导致高炉稳定性较差和指标下滑的主要原因。
23日烧结矿换堆后,采用除尘灰配比为3.03%的混匀料,24日8:
00下达后,炉况明显好转,之后逐步加负荷,产量、指标明显上升。
5 结论
(1)通过详细分析近期高炉原燃料的成分、性能变化,得出焦炭并非造成炉况恶化的唯一原因,烧结矿冶金性能,尤其是热态性能的变化是造成炉况恶化的主要原因。
(2)在目前大力降本增效的前提下,加强对混匀料配料结构的监管,尤其是要严格控制除尘灰配比,从邯宝炼铁实际配比来看,可以保持配比在3%左右,不影响炉况,尽力严格控制在3.5%以下。
(3)重视碱金属在高炉内行为及对高炉炉况的影响,加强管理控制,若分析碱负荷过高,炉内可以采取适当措施排碱,减少碱负荷。
(4)为保持高炉顺行稳定,做好高炉定期计划性排碱,并采取相应合适的高炉操作制度以利于排碱。
参 考 文 献:
[1] 卢建光,刘志朝等.邯钢西区炼铁厂2#高炉低燃料比冶炼实践[C].2010年全国炼铁新技术运用及节能减排研讨会,2010,143-146.
[2] 谢刚,付涛.碱金属对高炉生产的危害分析及控制[J].黑龙江冶金,2011,(3):
50-51.
[3] 伍世辉,刘三林等.韶钢6号高炉碱金属的危害及其控制[J].南方金属,2009,
(2):
38-40.
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