提高高炉喷煤比的关键技术研究与应用

更新时间:2023-05-27 03:53:16 阅读: 评论:0

总第305期
202丨年第5期HEBEI METALLURGY
Total No. 305 2021,N u m b e r5
提高高炉喷煤比的关键技术研究与应用
王小艾\姜鑫2,田晓文3,李洋3,陈傻3
(1.河钢集团钢研总院,河北石家庄050023;2.东北大学,辽宁沈阳110000;3.河钢集团宣钢公司,河北宣化075100 )
摘要:为解决2 500 m3髙炉稳定性差、煤比低、焦比高的技术难题,早日实现提煤降焦,河钢宣钢与河钢 钢研和东北大学合作,针对高炉冶炼过程中原燃料中碱金属及其行为、喷吹煤粉和焦炭性能以及矿焦混 装方式等因素对高炉透气性的影响开展了全面研究。开发了髙炉碱负荷-煤粉-焦炭的交互作用理论 体系,并在2 500 m3高炉上进行了规模化应用。结果显示:髙炉煤比提高40 kg/t H M,焦比降低 33 kg/tH M,经济技术指标显著提高。
关键词:高炉;碱金属;喷煤比;焦比
中图分类号:TF053 文献标志码:B 文章编号:1006 -5008(2021)05 -0049-06
d oi:10. ki. 13 -1172.2021.0510
RESEARCH AND APPLICATION OF KEY TECHNOLOGY
TO IMPROVE THE CX)AL INJECTION RATIO OF BLAST FURNACE Wang Xiaoai1, Jiang Xin2,Tian Xiaowen3,Li Yang3,Chen Jun3
(1. H B I S G r o u p T e c h n o l o g y Rearch Institute, Shijiazhuang, Hebei, 050023;2. Northeast University, S h e n y a n g,Liaoning, 110000;3. H B I S G r o u p Xuansteel C o m p a n y,X u a n h u a,Hebei, 075100)
Abstract:In order to solve the technical problems of poor stability, l o w c o k e ratio and high c o k e ratio of 2 500m3blast furnace, H B I S Xuansteel,cooperated with H B I S G r o u p T e c h n o l g y Rearch Institute and Northeast University, study o n the influence of alkali metals in r a w materials and fuels, properties of pulver­ized coal and c oke injection, a n d m ixing m o d e of ore a n d c oke o n gas permeability of blast furnace. I t devel­o p e d the interaction theory system of blast furnace alkali load - pulverized coal -c o k e,a n d the large scale a p­plication h a d b ee n applied in 2 500 m
3blast furnace. T h e results s h o w e d that the coal ratio of blast furnace w a s incread b y 40 kg/t H M,the coke ratio w a s decread b y33 kg/t H M,and the e c o n o m i c and technical indexes w a e r significantly improved.
Key W ords:blast furnace;alkali metals;coal injection ratio; joule ratio
〇引言
长期以来,河钢宣钢2座2 500 m3高炉存在着 压差高、喷煤比低、焦比高、炉况稳定性差的问题,尤 其是高焦比、低喷煤比导致高炉经济技术指标与先进企业差距较大。经过多次攻关调整,整体经济技 术指标与炉况稳定性得到一定改善,但仍不理想。为突破技术瓶颈,河钢宣钢与河钢钢研和东北大学合作,针对炼铁原燃料性能、高炉透气性影响因素、收稿日期:2020 - 12 -20
作者简介:王小艾(1971 -),男,正高级T程师,1993年毕业于东北
大学钢铁冶金专业,现在河钢集团钢研总院主要从事炼铁技术研究,E - mail :wangxiaoai@ hbisco. com 碱金属-焦炭的相互作用机理及规律等开展了全面 研究,明确了影响指标提升的关键因素及其内在联系,找出了煤比难以提高的原因,为提高煤比指明了 方向。
|关键技术研究
通过试验、数据分析及与行业内其他高炉对比发现,喷吹煤粉的基础性能(如,化学成分、输送性 能、可磨性、燃烧性、爆炸性等),铁料及配矿因素,并不是影响高炉指标提升的关键因素[|]。同时还 发现高炉碱金属富集、焦炭热性能及其与碱金属的交互作用行为、高炉透气性等因素是影响高炉喷煤比提高的关键;矿焦混装及其方式对料柱透气性影响显著;并探究出一定碱负荷条件下焦比与煤比的
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总第305期HEBEI METALLURGY
对应关系。
1.1碱金属来源及其影响 1.1.1喊金属来源及负荷
原燃料中碱金属含量如图1 ~6所示。可以看 出,河钢宣钢所用焦炭的碱金属含量并不高,高炉中 的碱金属主要来自矿石和煤粉。由于碱金属对高炉 料柱透气性及经济技术指标影响较大,要想保证高 炉的透气性,就必须降低矿石和煤粉的碱金属带入 量。2018年下半年以前,河钢宣钢高炉碱负荷在行
业中处于偏高水平。随着对喷煤比影响因素的深人 研究,逐步意识到改变原料条件、降低碱负荷的重要 性和紧迫性。从2018年下半年起,逐步将碱负荷降 低至2.0 kg /tHM 以下。
0.40
糖冬瓜
0.32
| 0.24
9, 0.16
0.08
0    4 8 12 16 20
煤粉代号
图1
煤粉中K 20 + Na20含置
Fig. 1
K 20 + N a 20 content in pulverized coal
0.16 -------------------------
晒灰分法_光谱法
阳曲 赵城文峰
H 钢 A n 钢
焦炭种类
注:H 钢、A n 钢为行业有代表性企业,其余为河钢宣钢用焦炭
图2焦炭中K 20+N a 20含置
Fig. 2 K 20 + N a 20 content in coke
图3含铁原料中K 20+N a 20含置
Fig. 3 K 20 + N a 2〇 content in iron - bearing raw material
图4 2017年至2019年6月高炉K 20负荷
Fig. 4 K 20 load of blast furnace from 2017 to June 2019
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河北冶金
202丨年第5期
0    4 8 12    4 8 12 4
月份
图6
2017年至2019年6月高炉K 20 + Na20负荷
Fig. 6 K 20 + N a 20 load of blast furnace from 2017 to June 2019
1.1.2焦炭热性能及与碱金属交互行为
焦炭反应性及反应后强度检测结果如表1
所示。
表1
焦炭反应性及反应后强度
Tab. 1
Cok e  reactivity and strength after reaction
焦炭
试验数据/g
试验指标/%
m
m i m  > !0反应性C R I 反应后强度C S R
河钢宣钢一炼焦200.00152.8097.9023.6064.07河钢宣钢三炼焦
200.00151.2099.3024.4065.67阳曲焦炭200.61126.9451.8236.7240.82赵城焦炭200.95140.5973.1330.0452.02文峰焦炭200.97157.9593.9821.4159.50H 钢自产焦200.26169.47118.515.3869.92A n 钢自产焦
200.54
169.61
121.98
15.42
71.92
两种自产焦性能比较稳定,但与H 钢和A n 钢 限制河钢宣钢提煤降焦的影响因素之一。外购焦整(行业内典型企业)焦炭质量相比仍有差距,这正是
体质量比自产焦差,不利于保证高炉透气性和受风
2 400
2 000
_ 1 600
£
x
§ 1 200
z
800
400
4 000
图  5 2017年至2019年6月高炉N a 20负荷
Fig. 5 N a 20 load of blast furnace from 2017 to June 2019
000000
00
2 4
数学试卷家长评语6
8
3 2 1(a u.H l -s .v q B z +o ^
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受煤能力。要想提煤降焦,需要提高入炉焦炭质量,碱后焦炭的热态性能进行了试验:21。k2o含量及 改善软熔带透气性。焦炭的热态性能指标变化情况如表2所示。
为考察碱金属行为对焦炭热性能的影响,对浸
表2浸碱后焦炭的反应性及反应后强度
Tab. 2 Reactivity and strength of coke after alkali leaching
焦炭
溶液k2o焦炭k2o试验数据/g试验指标/%
含量/%含量/%m m,m>10C R I C S R
00.055200.00152.8097.9023.6064.07
一炼焦50.733200.50134.3085.9033.0263.96
10  1.269199.80110.4065.4044.7559.24
00.037200.61126.9451.8236.7240.82
阳曲焦炭
20.229200.30115.5054.2042.3446.93
00.041200.95140.5973.1330.0452.02
赵城焦炭
20. 145199.80134.2077.1032.8357.45
00.051200.97157.9593.9821.4159.50
文峰焦炭
20.337200.40145.8076.6027.2552.54
从试验结果可以看出,质量越好的焦炭,抗碱能 力越差。因此,在提高焦炭质量的情况下,一定要注 意控制碱负荷,否则即使焦炭质量提高了,喷煤比也 难以提高,这也是该研究提出的提煤降焦的重要技术措施之一。
1.1.3浸碱后焦炭热性能及与碱金属交互行为
读论语有感碱金属是焦炭溶损反应的催化剂,随着焦炭浸 碱量的增加,焦炭反应性都明显增加;CSR有降低,但也有的变化不大。其根本原因主要是焦炭与C02发生的溶损反应属于气-固类非均相反应,是通过 (:02和焦炭表面上活化点不断反应来完成。目前,普遍接受的溶损反应过程机理是“内扩散控制”和“界面反应控制”两类。因此,CSR有降低也有变化 不大的本质原因由焦炭溶损反应的限制性环节决定的。孟母三迁告诉我们什么道理
对于质量较好的焦炭,溶损反应过程由“界面 反应控制”。该过程为一级不可逆反应,气化反应 速率可由相界面反应或局部反应控制的Mckewan 方程(1)表示。这种情况下c o2可以扩散至焦炭颗 粒内部,使得c o2在焦炭表面和内部同时发生反应,从而破坏焦炭的内部结构。碱金属含量越高,对 焦炭内部结构的破坏越强,反应后强度CSR降低越 明显。
1—(1—尺)1/3 =k f(1)
式中,/?---反应半径,cm;
k----反应常数;
t---反应时间,min。
界面反应控制时反应体系c o2气体浓度分布如图7所示。
未反应核
径向距离
图7界面化学反应控制时C02气体浓度分布
Fig. 7 C02 concentration distributions
under the control of interfacial chemical reaction
对于质量较差的焦炭,如外进焦炭,溶损反应过 程由“内扩散控制”,该扩散过程符合菲克定律,反 应速率可由Ginstling - Brounshtein方程(2 )或者 Jander方程(3)表示。这种情况下,由于焦炭本身溶 损反应速度比较快,再加上碱金属的催化作用,使得 C02难以扩散至焦炭颗粒内部,对焦炭的内部结构 影响较小。因此,碱金属含量越高,焦炭反应性越高,但反应主要发生在表面,对内部结构破坏较小,而实验过程中的高温加热对焦炭内部结构又提供一 次高温结焦的作用(为提高产量和降低成本,焦炭 生产过程中存在着结焦温度或结焦时间不够的现象,产生了部分质量较差的生焦),因此质量较差的 焦炭浸碱后反应后强度CSR变化不大(略微升高)。
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河北冶金
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•2/3/?-(I  -R ):kt
(2)
新鲜造句[1 - (1 -/〇丨’3]2 =kf
(3)
1.2矿焦混装对料柱透气性影响及其加入方式
生产实践证明,熔滴性能可准确反映软熔带透 气性的变化情况。
1.2. 1
熔滴性能分析
试验加人的焦丁量按计算溶损反应碳消耗量的 40%与矿石混合加人。熔滴试验对比如图8和表3所示。
12
T S 温度上升。矿焦混装的方式焦炭中的灰分会以 Si 02形式进人初渣中,使得初渣碱度降低,使熔点
初渣降低,而且液相量增加显著,这是矿焦混装TD  降低的根本原因[3]。
1.2.2混装焦丁加入量的控制
焦丁的加人量由高炉直接还原度决定的,即有 多少碳发生溶损反应。发生溶损反应的碳,来源于 焦丁或大块焦,其消耗量是固定的。没有焦丁时,就 与大块焦反应。试验证明,焦丁的加入量可取溶损 反应碳量的0.4 ~0. 7倍系数,其余由未燃煤粉和大 块焦参加反应,这样加人的焦丁不会影响焦窗透气
性。实际生产中需要结合生产数据定量分析[4]。
1.2.3 混装焦丁加入粒度的控制
焦丁粒度不易太大,否则易造成分布不均,并在 块状带发生偏析。建议焦丁粒度下限为7 ~8 mm  (5 mm 筛子),上限为25 mm ,在进人软溶带前必须 消耗掉,否则变成焦粉,初渣变粘。
1.3碱负荷-焦比-煤比关系
基于原燃料条件和生产大数据统计,得出焦比 和煤比的关系式,用于计算一定碱负荷条件下对应 的焦比与煤比[5]。
焦比=碱负荷 x 0.022 8 +264.31 (4)煤比=碱负荷 x  ( -0.027) +256.63
(5)
2 技术措施
2.1控制碱金属富集
河钢宣钢从控制含铁原料和煤粉碱金属含量入 手,同时综合考虑冶金性能降低碱负荷。通过一段 时期控制,碱金属富集得到了有效改善。近年来河 钢宣钢高炉的碱金属平衡分析如图9所示。
2018年
2019年给妈妈的一封信600字
3 000
2 000
1 000
5 10 15 20 25图9
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高炉的碱金属平衡分析(收入-支出)
Fig. 9 Alkali metal balance analysis of blast furnace ( revenue - expenditure)
35
1 000 1 200 1 400 1 600
温度rc
图8
熔滴试验结果
Fig. 8 Droplet test results
表  3 矿焦混装熔滴试验结果
Tab. 3 Droplet test results of mixed ore and coke
试验方案T s/t T D /t T D -T s/t
A P /k P a 滴落量/g 无矿焦混装1 3121 51920711.35188.98矿焦混装
1 324
1 480
156
7.30
220.50
通过矿焦混装,压差降低了 36%,说明矿焦混 装对于改善熔滴性能以及料柱透气性效果明显。由 于焦炭混人烧结矿中,会发生碳的熔损反应,提高气 氛还原势,FeO 含量降低,渣的熔点提高,从而导致
4 000
111
00
/•¥ 液
金字旁各00
00
(S H -V S V O
C S 'Z +O ^S ^I Y ^
53

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