八鋼COREX主要工藝技術(shù)改進(jìn)

楊成波，鄒慶峰

（寶鋼集團(tuán)八鋼鐵公司煉鐵分公司）

寶鋼羅涇煉鐵廠的COREX-3000是當(dāng)今世界上最大生產(chǎn)規(guī)模的熔融還原煉鐵裝置。羅涇COREX經(jīng)過投產(chǎn)4年多來的生產(chǎn)操作摸索和工藝技術(shù)驗(yàn)證，基本掌握了COREX熔融還原煉鐵的相關(guān)工藝和生產(chǎn)技術(shù)。羅涇1#COREX于2012年7月整體遷建至八鋼，在充分消化、吸取羅涇一期、二期工程COREX的設(shè)計(jì)、制造、施工和生產(chǎn)操作、運(yùn)營維護(hù)和技術(shù)改造的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在保證原有設(shè)施設(shè)計(jì)能力的前提下，優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，這些改進(jìn)涉及COREX爐的各個方面。

1 八鋼COREX-3000的改進(jìn)

1.1 礦煤槽及上料系統(tǒng)的改進(jìn)

為了提高入爐原料的質(zhì)量，八鋼COREX原料篩分系統(tǒng)增加了礦煤全量篩分及稱量漏斗，在原料入爐前最大程度減少粉末，以防止COREX豎爐粘接及氣化爐GGD管堵塞現(xiàn)象的發(fā)生；優(yōu)化礦煤槽布置將槽下上料皮帶機(jī)落地布置，槽頂標(biāo)高由35m改為29.35m；減少了一個平臺，增設(shè)中間匯總料斗,匹配垂直皮帶上料能力；結(jié)合八鋼冬季生產(chǎn)特點(diǎn)，垂直皮帶設(shè)暖風(fēng)加熱爐并將爐頂水平皮帶封閉。

1.2 還原豎爐的改進(jìn)

1.2.1 增設(shè)豎爐機(jī)械探尺

COREX豎爐頂上料由爐頂?shù)?個放射性料位計(jì)控制信號，當(dāng)料位計(jì)LIR04609顯示60%或料位計(jì)LIR04610顯示70%，開始放下一批料，相當(dāng)于豎爐能夠自動控制的料線只有2個點(diǎn)。高爐料線控制是由機(jī)械探尺探料線，可根據(jù)爐況及工藝需求靈活定料線，更有利于對爐況的控制。為了改善COREX豎爐料線控制不靈活的弊端，增加調(diào)控豎爐爐況手段，將COREX豎爐爐頂?shù)?個放射性料位計(jì)取消，參照高爐增設(shè)2個機(jī)械探尺。

1.2.2 AGD管道優(yōu)化

寶鋼2#COREX爐針對1#COREX爐豎爐的煤氣利用率不高，金屬化率低，豎爐容易粘結(jié)的缺點(diǎn)，在爐設(shè)計(jì)安裝過程中在豎爐圍管區(qū)域增設(shè)了AGD管道，并增設(shè)了30個清灰孔方便對圍管的清堵。寶鋼2#COREX爐豎爐圍管區(qū)域經(jīng)改造安裝了AGD管后，豎爐內(nèi)還原煤氣分布有所改善，豎爐金屬化率上升使得燃料比和焦比的消耗明顯下降，但由于豎爐圍管進(jìn)氣量被AGD分走了部分，造成豎爐圍管前端的鼓風(fēng)動能進(jìn)一步下降，2#COREX投產(chǎn)后豎爐圍管堵塞頻度較1#COREX爐明顯上升[1]。八鋼COREX在寶鋼2#COREX基礎(chǔ)上對AGD管道進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化：設(shè)一根AGD管，按與煤氣入口成90°方向布置并取消豎爐80個圍管清灰孔。另外，為提高圍管前段的鼓風(fēng)動能將圍管煤氣孔尺寸縮小為230×170（mm）。

1.2.3 豎爐頂部增加放散閥

寶鋼COREX的煤氣系統(tǒng)放散是通過放散塔。低于塔體118m的高度，而且其放散的路徑要全部經(jīng)過煤氣洗滌處理系統(tǒng)，管路長,系統(tǒng)死角多，容易產(chǎn)生死煤氣區(qū)域。根據(jù)寶鋼實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合高爐爐頂?shù)姆派⒐に?，為預(yù)防煤氣管道出現(xiàn)爆鳴事故，在頂煤氣上升管道最高點(diǎn)加裝一高位放散閥到118m平臺。在豎爐頂部檢修時，煤氣系統(tǒng)吹掃結(jié)束后打開豎爐頂部放散閥使存在豎爐頂部空間的煤氣快速通過此閥排向大氣，防止豎爐產(chǎn)生的混合煤氣進(jìn)入煤氣系統(tǒng)下游管道，以確保系統(tǒng)安全。

1.3 氣化爐優(yōu)化

1.3.1 銅冷卻壁冷卻水增設(shè)旁路

在寶鋼的兩座COREX爐氣化爐第5、6段冷卻壁為銅冷卻壁（其余冷卻壁為鑄鐵冷卻壁），冷卻壁的冷卻方式為串聯(lián)，冷卻水流量為3650m3/h[2]。因銅冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)是鑄鐵的l2～l5倍，所以銅冷卻壁采用和鑄鐵冷卻壁串聯(lián)并以同樣的冷卻水流量來冷卻的方式存在問題，在羅涇1#COREX拆除的過程中也發(fā)現(xiàn)銅冷卻壁上有結(jié)瘤的情況，事實(shí)證明原來冷冷卻壁的冷卻強(qiáng)度太大。為此八鋼COREX在5、6段和7、8段冷卻壁之間新增了兩趟環(huán)管（兩趟環(huán)管之間增加4個旁通（一個象限一個），前5段冷卻壁的冷卻水全部重新匯集到新增的環(huán)管中，然后在從環(huán)管中引水冷卻6、7段冷卻壁；第7段冷卻壁的出水在匯集到新增的環(huán)管中，然后再從環(huán)管中引水冷卻8、9、10段冷卻壁。

1.3.2 到GGD的冷煤氣位置管道下移

COREX在寶鋼的實(shí)際生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)發(fā)生煤氣管道容易發(fā)生堵塞的情況，發(fā)生煤氣管道堵塞后清堵工作非常困難，且耗時很長。針對這一缺點(diǎn)八鋼COREX將冷煤氣添加管道下移，如圖1所示。

1.3.3 氣化爐耐材設(shè)計(jì)改進(jìn)

耐材全部國產(chǎn)化。取消原來的爐缸陶瓷杯，設(shè)計(jì)改為單層陶瓷墊增加爐底、爐缸碳磚厚度（爐底碳磚由三層改為四層，取消的陶瓷杯壁由碳磚代替），加深死鐵層至2172mm，加長鐵口通道至3082mm，鐵口耐材參照高爐改為組合磚形式。爐缸侵蝕模型改為高爐模型，爐底、爐缸熱電偶布置方式改為成熟的高爐模式。另外，氣化爐安全煤氣管道設(shè)旁通接至爐頂，便于短期休風(fēng)時氣化爐作業(yè)。

1.4 煤氣系統(tǒng)改進(jìn)

1.4.1 采用重力除塵及干式布袋除塵

寶鋼COREX-3000的頂煤氣處理系統(tǒng)是濕法洗滌，這需要大量的水進(jìn)行洗滌和降溫。因新疆自然條件所限，結(jié)合八鋼的氣候和水資源條件八鋼COREX頂煤氣處理改為重力除塵加干式布袋除塵，這樣不但簡化了塔架的布置，還減少了煤氣工藝水用，可減少1座沉淀池，減少占地面積，降低投資成本。干法除塵煤氣出口溫度有所提高，為后面煤氣的高效利用創(chuàng)造條件。為解決采用干法除塵后頂煤氣溫度過高的問題，在豎爐爐頂和重力除塵中部設(shè)置了兩套霧化打水降溫裝置。

1.4.2 提高輸出煤氣利用率

與傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝相比，COREX煉鐵工藝可以不建焦化廠和燒結(jié)廠，而且COREX煉鐵工藝輸出煤氣熱值較高爐爐頂煤氣大約高一倍。如何利用好輸出煤氣將是COREX工藝降本增效的一個努力方向。寶鋼COREX在正常生產(chǎn)時輸出煤氣約每小時30萬m3，除部分用于CCPP發(fā)電外，其余都經(jīng)過TRT發(fā)電；八鋼COREX將寶鋼采用的濕式非全量TRT改為干式全量TRT，以便更有效的對煤氣進(jìn)行余壓、余熱回收，提高煤氣利用率，并將CCPP改為氣動制氧—利用COREX爐煤氣產(chǎn)生蒸汽拖動制氧和冬季供暖，多余蒸汽送往汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，減少能源轉(zhuǎn)換次數(shù)、提高經(jīng)濟(jì)效益。

1.5 其他工藝改進(jìn)

八鋼COREX在設(shè)計(jì)和建設(shè)過程還進(jìn)行了以下工藝技術(shù)改進(jìn)：

（1）主溝加深、加寬，渣、鐵鉤耐材由預(yù)制件改為澆筑，加大渣溝角度至8%。

（2）增加一個水渣沖制箱并加大轉(zhuǎn)鼓電機(jī)功率，并加大轉(zhuǎn)鼓電機(jī)功率。

（3）礦煤槽區(qū)域新增一臺除塵器，增加除塵能力。

（4）槽下增加翻料皮帶和粉礦倉，取消垂直皮帶事故皮帶和事故回收倉。

（5）結(jié)合新疆氣候條件增加水渣區(qū)域熱風(fēng)加熱爐，并將101轉(zhuǎn)運(yùn)站和水渣成品槽改為混凝土結(jié)構(gòu)。

（6）爐頂除塵灰外排，減少粉塵進(jìn)入氣化爐等。

2 八鋼COREX今后努力方向

2.1 原燃料的控制優(yōu)化

寶鋼COREX生產(chǎn)實(shí)踐表明，COREX爐對原料的粉化率和塊煤的粒度要求較高。八鋼COREX投產(chǎn)后要加強(qiáng)對原燃料篩分、干燥和槽位的科學(xué)管理，嚴(yán)格控制入爐原料的粒度和水分值，減少入爐原燃料的粉化率。此外加快COREX用配礦和配煤研究，特別是加大提高燒結(jié)礦使用量的研究，結(jié)合八鋼實(shí)際生產(chǎn)情況開拓和豐富用煤資源，并尋求性價比高的礦和煤，以降低用礦和用煤成本。

2.2 進(jìn)一步提高煤氣利用率

COREX工藝的經(jīng)濟(jì)性與其煤氣利用有很大關(guān)系，提高COREX輸出煤氣的利用率可以大大降低COREX煉鐵的成本。COREX輸出煤氣，含有大量一氧化碳和氫氣，雜質(zhì)含量低，熱值高，是一種高質(zhì)量煤氣。COREX煤氣主要用于高爐噴吹、直接還原、發(fā)電、燃料介質(zhì)、化工領(lǐng)域、生產(chǎn)蒸汽等[4]，目前應(yīng)用最為廣泛的是將豎爐頂煤氣或輸出煤氣脫除CO2，然后加壓作為冷煤氣經(jīng)由發(fā)生煤氣管進(jìn)入豎爐再循環(huán)或在脫除CO2后經(jīng)換熱器和加熱爐加熱，再次成為熱還原煤氣，進(jìn)入MIDREX豎爐生產(chǎn)DRI—（VPSA）[3]。八鋼COREX煤氣資源的高效利用將是又一個努力的方向。

2.3 COREX+高爐模式的綜合煉鐵系統(tǒng)的優(yōu)化

充分利用COREX和高爐兩種工藝的特點(diǎn)，結(jié)合八鋼資源特點(diǎn)做到優(yōu)勢互補(bǔ)，使整個煉鐵廠鐵水成本最低。如：COREX篩下的煤粉用于高爐噴煤，八鋼高爐使用的篩下小焦用于COREX使用等。八鋼煉鐵原燃料的互補(bǔ)再利用也是今后降本增效的一個方向。

3 結(jié)束語

COREX工藝至今只有三十多年的歷史，和高爐相比還有很長的路要走，在生產(chǎn)工藝上還有很多地方需要不斷地改進(jìn)和優(yōu)化；COREX工藝產(chǎn)大量高質(zhì)量的煤氣，怎樣綜合高效利用好這些煤氣將是COREX工藝降本增效的一個要以關(guān)注。所以，COREX煉鐵工藝要取得關(guān)鍵性的突破必須持續(xù)的對其生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)。

[1]林金嘉.寶鋼COREX-3000的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和改進(jìn)方向.

[2]李曉清.COREXC3000冷卻系統(tǒng)工藝特點(diǎn)介紹.

[3]K.Venkataraman,E.C.Wanat,L.D.Schmidt，etal.Steam Reforming of Methane and Water-Gasshift in Catalytic Wall Reactors,2000.3.

[4]徐國群.COREX工藝輸出煤氣綜合利用.上海冶金[J],2005,（3）.