天鋼2000m3高爐提高噴煤比分析

蘇慶杰

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠,天津300301）

1 引言

天鋼2000 m3高爐設(shè)有3個(gè)鐵口，28個(gè)風(fēng)口，采用新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，微孔碳磚－陶瓷杯綜合爐底、爐缸結(jié)構(gòu)。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：高爐有效容積2000 m3，年平均利用系數(shù) 2.0 t/m3·d，焦比 370～400 kg/t Fe，煤比200 kg/t Fe，富氧率0.90%，綜燃比520 kg/t Fe，熱風(fēng)溫度1150～1200 ℃，爐頂壓力 0.2 MPa。

2 噴煤影響因素

針對(duì)目前原燃料價(jià)格上漲過(guò)快，煉鐵成本上升的現(xiàn)狀，各鋼鐵企業(yè)都積極采取措施降本增效。降低焦比，提高煤比就是其中一項(xiàng)重要措施。但是隨著噴煤比的不斷提高，煤粉燃燒率就受到一定限制，因此需要分析提高煤粉燃燒率的限制因素，采取相應(yīng)措施，提高利用率，從而提高煤粉置換比。

當(dāng)1#高爐煤氣超過(guò)165 kg/t時(shí)，燃料比反而升高，無(wú)法達(dá)到“提高煤比降低成本”的目的。針對(duì)以上情況，結(jié)合1#高爐現(xiàn)有條件，通過(guò)對(duì)影響噴煤的限制性環(huán)節(jié)原燃料條件、爐缸熱量以及高爐操作進(jìn)行分析。煤比升高燃料比趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

2.1 爐缸熱量

高爐煉鐵爐缸必須保證充沛的熱量，才能使鐵礦石被還原，渣鐵順利進(jìn)行分離。通常我們生產(chǎn)上用風(fēng)口前焦炭的理論燃燒溫度來(lái)代表爐缸熱量是否充沛。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般把理論燃燒溫度在2100～2300℃范圍內(nèi)視為正常值。需要采取保持爐缸溫度的具體辦法是：

（1）風(fēng)溫因素。理論上風(fēng)溫提高100℃，爐缸溫度上升80℃，允許噴煤35 kg/t。1#高爐3座外燃式熱風(fēng)爐采取了雙預(yù)熱制度，預(yù)熱后煤氣和助燃空氣可以達(dá)到250℃，風(fēng)溫可以保證在1230℃以上，最高1260℃。

（2）富氧率。根據(jù)計(jì)算富氧率每提高1%，風(fēng)口前焦炭的理論燃燒溫度大概將會(huì)上升40℃左右，允許噴煤15 kg/t。1#高爐受外圍限產(chǎn)影響，富氧率在2%左右，在國(guó)內(nèi)高爐中水平較低，一定程度上限制了噴煤量。

（3）鼓風(fēng)濕度。理論上濕度降低1 g/m3，理論燃燒溫度升高6℃，允許噴煤4 kg/t。由于天津夏季空氣濕度較大，高爐沒(méi)有相應(yīng)的脫濕設(shè)備，濕度大消耗一定爐缸熱量，對(duì)噴煤有一定影響。

2.2 提高煤粉燃燒率技術(shù)

圖1 煤比升高燃料比趨勢(shì)圖

煤粉噴入爐缸燃燒經(jīng)歷煤粉加熱分解、揮發(fā)分燃燒和結(jié)焦與殘焦燃燒3個(gè)階段，在高爐內(nèi)不能充分燃燒的煤粉將會(huì)隨著煤氣流向上運(yùn)動(dòng)，部分進(jìn)入軟熔帶中使高爐壓差升高，部分逸出爐外，使高爐煤氣除塵灰中的含碳量增多或者燒損增大。所以說(shuō)，除塵灰中燒損變大，說(shuō)明煤粉燃燒率變差，反之也成立。

天鋼現(xiàn)階段采取的提高煤粉燃燒率的技術(shù)措施有以下幾個(gè)方面：

（1）大噴煤的同時(shí)進(jìn)行富氧鼓風(fēng)：富氧給風(fēng)口前焦炭燃燒提供了氧氣助燃劑，又提高了爐缸的溫度?，F(xiàn)階段天鋼煤比在160 kg/t的水平，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)富氧率應(yīng)在2%以上。如果噴煤比超過(guò)180 kg/t時(shí)，富氧率應(yīng)該在3%以上。

（2）較高熱風(fēng)溫度：由于使用了煤氣和助燃空氣雙預(yù)熱技術(shù)，熱風(fēng)溫度在1220℃以上，并且持續(xù)穩(wěn)定。

（3）提高爐頂煤氣壓力。提高爐頂壓力可以有效降低煤氣的流速，延長(zhǎng)煤粉在爐內(nèi)停留和燃燒的時(shí)間。天鋼爐頂壓力由原先的180 kPa提高到了195 kPa，有利于煤粉的充分燃燒。

（4）在煤粉中添加助燃劑。在高爐噴煤中添加劑中含有Ba、Ca、Cr等多種稀土元素，不僅降低了煤粉表面的著火溫度，而且提高了煤粉中碳的活性，進(jìn)而提高噴煤燃燒效率，使天鋼突破了煤比超過(guò)160 kg/t，高爐壓差升高，燃料比也升高的瓶頸。

（5）適當(dāng)提高煤粉的比表面積：我們要求煤粉粒度小于200目必須大于80%。煤粉粒度越細(xì)，燃燒效果越好。

2.3 天鋼采取的提高煤焦置換比技術(shù)

（1）提高噴吹煤粉的質(zhì)量。天鋼使用的噴吹煤粉的品種較多，高爐要求煤粉固定碳含量要大于75%、灰分低于10%、含硫量低于0.8%。煤粉中含有K2O+Na2O總量要小于2.5 kg/t，由于K、Na在高爐內(nèi)會(huì)造成堿金屬循環(huán)和富集，造成高爐壓差升高和焦炭強(qiáng)度變差，從而限制了高爐噴煤量的提高。

（2）用煙煤和無(wú)煙煤混合噴吹技術(shù)有利于提高煤焦置換比。無(wú)煙煤揮發(fā)性低，燃燒性差，但是發(fā)熱值高；煙煤揮發(fā)性高，燃燒性好，成本較無(wú)煙煤低，但是它的發(fā)熱值低。煙煤含水分較高，進(jìn)入風(fēng)口后將爆裂，很好地促進(jìn)煤粉的分解和燃燒?，F(xiàn)階段天鋼煙煤配比在60%，無(wú)煙煤配比為40%。

（3）均勻噴吹技術(shù)。高爐所有28個(gè)風(fēng)口的噴煤流量要實(shí)現(xiàn)均勻和穩(wěn)定。高爐均勻噴吹煤粉，會(huì)使高爐每個(gè)風(fēng)口的鼓風(fēng)動(dòng)能一致，初始煤氣分布均勻穩(wěn)定，有利于高爐的順行和穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)煤焦置換比的提高。

3 現(xiàn)有原燃料條件

3.1 入爐品位

煤氣阻力最大的地方為軟熔帶，入爐品位降低，渣量增加使煤氣阻力增加。1#高爐入爐品位在54%，渣比達(dá)到420 kg/t以上，爐內(nèi)透氣性變差，壓差升高。高爐入爐品味和壓差趨勢(shì)圖見(jiàn)圖2。

圖2 高爐入爐品位和壓差趨勢(shì)圖

3.2 焦炭的質(zhì)量

焦炭的質(zhì)量決定了高爐的順行和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。焦炭在高爐內(nèi)有料柱骨架的作用。在高噴煤比、渣比高、焦層薄的條件下，焦炭的料柱骨架的作用就更加明顯了。焦炭的質(zhì)量決定了高爐順行水平，從而影響高爐噴煤比的提高。天鋼1#高爐使用3種焦炭。天鋼1#高爐焦炭使用情況見(jiàn)表1。

可以看出，華鑫焦熱性能不好，但最近三煤氣焦質(zhì)量不穩(wěn)定，差時(shí)還不如華鑫熱性能好，水分和成分波動(dòng)大，煤比達(dá)到160 kg/t以上是困難的。

3.3 鐵礦石的成分和冶金性能

鐵礦石的鐵品位和堿度的波動(dòng)會(huì)造成渣量變化和渣系的波動(dòng)，爐渣堿度的升高會(huì)導(dǎo)致黏度升高，加之渣量的增大會(huì)導(dǎo)致渣鐵流動(dòng)性下降，軟熔帶透氣性惡化，高爐壓差升高，焦比上升，也會(huì)限制了高爐的噴煤比水平的高低。鐵礦石的熔化性溫度、軟化溫度區(qū)間、熔滴特性和還原性是鐵礦石冶金性能好壞的重要指標(biāo)[1]。高爐燒結(jié)礦和球團(tuán)熱性能見(jiàn)表2。

表1 天鋼1#高爐焦炭使用情況 /%

表2 高爐燒結(jié)礦和球團(tuán)熱性能

4 優(yōu)化高爐操作技術(shù)會(huì)有效地提高爐料透氣性，為大噴煤創(chuàng)造好的條件

4.1 大礦批裝料

高爐裝料采取大礦批裝料。在高強(qiáng)度冶煉下，保證了焦炭料層厚度在0.5 m以上，同時(shí)減少了爐內(nèi)下料次數(shù)，使?fàn)t內(nèi)氣流穩(wěn)定，保證了軟熔帶焦炭的厚度和氣窗作用，使高爐透氣性好轉(zhuǎn)，爐況穩(wěn)定。天鋼2000 m3高爐現(xiàn)在礦批47 t。

4.2 合理的鼓風(fēng)動(dòng)能

適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能和合理的布料制度可以實(shí)現(xiàn)高爐內(nèi)初始煤氣流分布均勻，并且能夠吹透中心死料柱，保證了中心氣流的暢通。合理的鼓風(fēng)動(dòng)能使?fàn)t缸活躍和氣流穩(wěn)定，有利于煤粉在爐內(nèi)充分燃燒，減少未燃煤粉阻塞料柱透氣性。天鋼1#高爐風(fēng)口長(zhǎng)度由原來(lái)的470 mm逐步過(guò)渡到500 mm。特別是在大噴煤后，焦比降低，焦炭負(fù)荷增加，中心不易吹透，邊緣氣流發(fā)展，軟融帶根部位置較高且波動(dòng)大的情況下，就更加要發(fā)展中心，天鋼采取的就是增加風(fēng)口長(zhǎng)度、適當(dāng)縮小風(fēng)口面積、增大中心焦炭數(shù)量，加大邊緣負(fù)荷，焦礦層同時(shí)外移平鋪的方法，有利于穩(wěn)定邊緣氣流，開(kāi)放中心氣流,。經(jīng)過(guò)幾年的摸索，天鋼摸索出了原燃料惡化時(shí)自己的布料經(jīng)驗(yàn)，即在爐喉形成了焦平臺(tái)+漏斗+中心焦的料面模型。富氧噴煤后爐頂十字測(cè)溫曲線見(jiàn)圖3。

4.3 加強(qiáng)細(xì)節(jié)管理

穩(wěn)定操作是提高噴煤比的基礎(chǔ)。要求工長(zhǎng)提前判斷爐況走向，穩(wěn)定爐溫堿度，每小時(shí)煤量調(diào)整只能調(diào)整一次且不超過(guò)2 t。通過(guò)加強(qiáng)細(xì)節(jié)管理，將爐況的不穩(wěn)定因素減少到最低，有利于噴煤量的提高。

4.4 改造鐵口設(shè)備

圖3 富氧噴煤后爐頂十字測(cè)溫曲線

積極組織好爐前出鐵工作。在高煤比、渣量大、焦炭負(fù)荷重的條件下，爐缸透氣、透液性惡化，下部壓差不斷升高，及時(shí)出凈渣鐵顯得尤為重要。所以高爐積極組織好出鐵工作，建立了鐵口深度控制在2700～3000 mm、1 h不下渣及時(shí)打開(kāi)第二個(gè)鐵口重疊出鐵、積極改造鐵口設(shè)備保證一次性開(kāi)口成功率等考核嚴(yán)格的制度，確保了高爐及時(shí)出凈渣鐵，為高爐的穩(wěn)定和順行，大噴煤量創(chuàng)造了良好的外圍條件。

5 小結(jié)

天鋼的焦炭和煤粉都是外購(gòu)的，質(zhì)量不穩(wěn)定。特別是焦炭種類(lèi)多，灰分高在13%～14%，熱性能差。煤粉灰分也在10%以上，煤量超過(guò)165 kg/t后，大量未燃煤粉惡化爐缸的透氣性，爐內(nèi)壓差上升。

在煤比超過(guò)165 kg/t后，出現(xiàn)焦比不降，燃料比反而升高的現(xiàn)象，主要原因是煤焦置換比下降。

煤粉種類(lèi)多，灰分和發(fā)熱值變化大，加之配煤不準(zhǔn)確，導(dǎo)致工長(zhǎng)在操作煤量時(shí)熱滯后時(shí)間不能準(zhǔn)確把握。

結(jié)合1#高爐現(xiàn)有情況，煤比不易超過(guò)165 kg/t。因?yàn)閷?shí)際的各種因素都造成煤粉燃燒率低，煤焦置換比達(dá)不到很好效果，也導(dǎo)致除塵灰燒損升高（60%以上），出現(xiàn)煤比高、焦比高、燃料比高的現(xiàn)狀。

[1]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.