降低高爐煉鐵燃料比的技術(shù)工藝研究

郭艷軍

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠， 山東 濟(jì)南 271104）

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，冶金行業(yè)中的煉鐵系統(tǒng)的能源消耗量占據(jù)能源總消耗量的70%左右，可見，煉鐵系統(tǒng)在冶金生產(chǎn)全過程占據(jù)始終占據(jù)著主導(dǎo)位置。而燃料比作為表征煤化程度的一個(gè)重要指標(biāo)，比值越高，能源消耗量越大，比值越低，能源消耗量也將大幅降低，因此，降低燃料比是冶金企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一條有效路徑。

1 降低高爐煉鐵燃燒比的重要意義

高爐利用系數(shù)作為衡量高爐煉鐵生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，利用系數(shù)的數(shù)值越高，代表高爐的生產(chǎn)率越高，給企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益也就越高，而高爐利用系數(shù)的計(jì)算公式是冶煉強(qiáng)度與煉鐵燃料比的比值，要想提升高爐的利用系數(shù)數(shù)值，可以采取提高冶煉強(qiáng)度或者降低燃料比的方法。但是提高冶煉強(qiáng)度需要企業(yè)配備大功率風(fēng)機(jī)，以增加高爐進(jìn)風(fēng)量，這不僅給冶金企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)，也大幅增加了能源消耗量，這與節(jié)能降耗的國(guó)家大政方針相背離，也不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。比如以大型高爐為例，噸鐵消耗的風(fēng)量一般在1 200 m3以下，燃燒1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤需要2.5 m3的風(fēng)量，而鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生1 m3的風(fēng)量則需要消耗0.85 kg 的標(biāo)準(zhǔn)煤，這樣一來，煉鐵燃料比就大幅升高，反而對(duì)高爐利用系數(shù)的提升產(chǎn)生不利影響。因此，出于綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與節(jié)能降耗等多方面因素的考慮，冶金企業(yè)應(yīng)當(dāng)采取降低燃料比的方法，以提升高爐的利用系數(shù)，為冶金企業(yè)的產(chǎn)能提高、效益增長(zhǎng)保駕護(hù)航。

2 降低高爐煉鐵燃料比的技術(shù)工藝

2.1 實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫，提高噴煤比

高爐煉鐵所需熱量來自于爐內(nèi)燃料燃燒時(shí)釋放的熱量以及鼓風(fēng)機(jī)吹入的風(fēng)熱，如果鼓風(fēng)機(jī)吹入的風(fēng)熱越高，煤粉的燃燒率就越高，燃料比將大幅下降，同時(shí)，噴煤比得到提升，不但節(jié)省了大量燃料，而且也減少了投入成本[1]。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，風(fēng)溫每升高100 ℃，高爐煉鐵燃料比就會(huì)降低 15～25 kg/t，風(fēng)口理論燃燒溫度也將提高70 ℃。由此可見，提高爐內(nèi)風(fēng)溫能夠使?fàn)t內(nèi)的軟熔區(qū)間變窄，高軟融帶下降，改善高爐料的透氣性，是冶金企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效一項(xiàng)重要的技術(shù)工藝。

2.2 提升原料質(zhì)量，采用精料工藝

高爐煉鐵的精料工藝可以用九個(gè)字來形容，即：高、熟、凈、勻、小、穩(wěn)、少、好、低?！案摺笔侵高x取的鐵礦石品位要高，燒結(jié)礦與球團(tuán)礦的強(qiáng)度要高，燒結(jié)礦的堿度要高?！笆臁笔侵甘炝?，就是將鐵礦粉制成強(qiáng)度高、冶金性能好的塊狀料，主要包括燒結(jié)礦熟料與球團(tuán)礦熟料?！皟簟笔菍⑶驁F(tuán)礦中小于5 mm 的粉礦篩除干凈，以提高冶煉強(qiáng)度?！皠颉笔侵笩Y(jié)礦的粒度要保持均勻，粒度直徑介于6～50 mm 之間。“小”是指嚴(yán)禁大塊徑的燒結(jié)礦入爐，入爐的燒結(jié)礦粒度要小、要均勻?！胺€(wěn)”是指入爐原燃料的物理與化學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定?！吧佟笔侵歌F礦石中的有害雜質(zhì)要少，尤其是K、Na 的含量必須嚴(yán)格予以控制?！昂谩笔侵歌F礦石應(yīng)當(dāng)具有良好的化學(xué)還原性、軟化性以及較好的熔滴性?！暗汀笔侵笩Y(jié)礦中氧化鐵的含量要低，以確保燒結(jié)礦具有良好的還原性。

目前，隨著冶金行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型高爐的保有量日漸增多，因此，對(duì)焦炭熱反應(yīng)性與反應(yīng)后的強(qiáng)度提出了更高的要求，其中焦炭的熱反應(yīng)性CRI≤26%，反應(yīng)后的強(qiáng)度CSR≥66%，這就需要冶金企業(yè)在高爐冶煉過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，貫徹和實(shí)施精料方針，是降低煉鐵能耗與生產(chǎn)成本的重要舉措。

2.3 提高爐頂壓力，降低爐內(nèi)壓差

在高爐煉鐵過程中，如果提高爐頂壓力，能夠使高溫煤氣在爐內(nèi)的滯留時(shí)間延長(zhǎng)，而鐵礦石與煤氣之間的接觸時(shí)間就會(huì)增加，在這種情況之下，爐內(nèi)礦料所需要的熱量值就會(huì)增加，進(jìn)而加速礦料之間的化學(xué)還原反應(yīng)速度。同時(shí)，提高爐頂壓力還能有效降低高溫煤氣流的流動(dòng)速度，使煉鐵流程中產(chǎn)生的爐塵吹出量大幅減少，進(jìn)而增加煤氣流在爐內(nèi)的溫度，這就大大減少了燃料用量。以爐頂壓力提高10 kPa為例，高爐煉鐵能夠增產(chǎn)1.9%，焦比下降3%左右，對(duì)煉制低硅鐵具有較好的效果。另外，采用增壓技術(shù)工藝后，能夠加速一氧化碳向二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)速度，對(duì)降低煉鐵燃料比起到積極的助推作用[2]。

2.4 提高煤氣中二氧化碳含量

提高煤氣中二氧化碳的含量能夠加快鐵礦石的間接還原反應(yīng)速度，當(dāng)煤氣中二氧化碳的含量提高0.5 個(gè)百分點(diǎn)，煉鐵燃料比將下降10 kg/t，主要實(shí)現(xiàn)措施是優(yōu)化爐內(nèi)煤氣流分布，合理布料，使鼓風(fēng)吹入的熱風(fēng)所帶有的熱量及時(shí)傳遞給爐料，以提升鐵礦石之間的間接還原度。對(duì)于冶金企業(yè)來說，可以采用無料鐘爐頂裝料設(shè)備，使布料形式呈現(xiàn)出多樣化，在上料時(shí)，應(yīng)保證球團(tuán)礦與塊礦分布在爐內(nèi)的中間環(huán)帶，以減少小焦塊對(duì)煤氣流分布和中心死焦柱透氣、透液性的影響。如果高爐的容積為2 000 m3，爐內(nèi)煤氣二氧化碳的含量需要達(dá)到22%～24%。

2.5 提高鼓風(fēng)富氧率

提高富氧率既可以提高高爐煉鐵產(chǎn)量，而且能夠大幅降低燃料比。由于入爐風(fēng)量的減少以及鼓風(fēng)氧氣濃度的增加，爐體內(nèi)煤氣中的一氧化碳濃度增加，進(jìn)而提升了單位體積與單位生鐵的爐腹煤氣的熱能以及化學(xué)能，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。據(jù)實(shí)踐操作驗(yàn)證，當(dāng)鼓中的富氧率每提高1%時(shí)，高爐煉鐵的燃料比就會(huì)下降0.5%，而煉鐵產(chǎn)量將增加4.76%，這就大大降低了噸鐵的熱損耗，同時(shí)，富氧能夠有效抑制爐內(nèi)煤氣的產(chǎn)出量，隨煤氣帶走的熱量損失也相應(yīng)減少。但是，值得注意的是如果鼓風(fēng)富氧率提升到上限值時(shí)，應(yīng)會(huì)被爐腹內(nèi)煤氣量上限值所牽制，如果在這種情況下繼續(xù)增加富氧率，則不會(huì)產(chǎn)生增產(chǎn)的效果，因此，富氧率的增加值一般控制在4%～5%左右。

2.6 降低鼓風(fēng)濕度，提高爐內(nèi)溫度

受到晝夜溫差與季節(jié)變化溫差的影響，鼓風(fēng)中的水分含量也會(huì)發(fā)生不同的變化，導(dǎo)致高爐內(nèi)的爐溫波動(dòng)幅度較大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，采取降低鼓風(fēng)濕度的工藝方法，能夠有效改善高爐內(nèi)環(huán)境，提高爐內(nèi)溫度，有效降低煉鐵燃料比，同時(shí)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量也具有一定的促進(jìn)作用。據(jù)有關(guān)資料顯示，鼓風(fēng)濕度每降低1 g/m3時(shí)，高爐煉鐵燃料比就相應(yīng)降低0.8～1.0 kg/t 左右，尤其對(duì)晝夜溫差較大的地區(qū)來說，燃料比的降低幅度更加顯著。

2.7 采用低硅冶煉工藝

采用低硅冶煉工藝能夠有效降低燃料比以及生產(chǎn)成本，同時(shí)，能夠滿足少渣冶煉的需要，降低高爐鐵水中的含硅量也是脫磷工藝的必要技術(shù)條件。低硅冶煉工藝可以借助于以下幾方面來實(shí)現(xiàn)，第一是控制硅的來源，減少爐料中二氧化硅的含量，減少煤與焦炭中的灰分。第二是有效抑制鐵水的吸硅量，由于鐵水吸硅的過程主要在爐內(nèi)滴落帶完成，因此，可以采用控制爐料結(jié)構(gòu)與軟熔帶高度等方法，減少鐵水的吸硅量。第三是加快高爐缸的脫硅反應(yīng)速度，主要針對(duì)爐渣內(nèi)堿性度與氧化鎂含量的調(diào)整，對(duì)鐵水中二氧化硅的活性度進(jìn)行有效控制，以達(dá)到低硅冶煉的目的。

3 結(jié)語

降低高爐煉鐵燃料比的技術(shù)工藝類型較多，而采取的這些技術(shù)工藝措施都是以節(jié)能降耗、節(jié)本增效為最終目的，因此，對(duì)于冶金企業(yè)來說，在高爐冶煉過程中，應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化技術(shù)工藝流程，創(chuàng)新工藝方法，并積極借鑒先進(jìn)的技術(shù)工藝，在降低煉鐵燃料比的同時(shí)，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，促進(jìn)企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。