一種以熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法與流程
2023-07-09 12:54:36 1
本發明屬於鋼鐵工業中煉鐵技術領域，特別涉及一種以熱固結含碳球團作為部分爐料，結合採用高爐下部調劑手段的操作方法。
背景技術：
隨著社會的不斷進步發展，冶金領域的技術及裝備也呈現出了較大變化，出現了一些新的工藝技術，特別是在鐵前領域，如大規模化的氣基、煤基還原等新的工藝，這些技術，在進入二十一世紀的這幾年，得到了飛速的發展。但隨著鋼鐵產能過剩，加上經歷復甦乏力，成本就成為企業間的核心競爭力，就現階段冶金生產工藝來講，從資源性、經濟性和可操作性上來看，高爐是作為最主要的煉鐵工藝，依舊是不可取代的，全球80％以上鐵水仍然是通過高爐煉鐵得到的，且高爐工藝依然存在進一步改善的技術空間。近幾年，隨著資源條件的惡化及市場原因，出現了一些有別於傳統爐料的新形式的爐料，如含碳球團、鐵焦、冷壓球團、固結球團等等，這些新型爐料的出現，將過去一些不能應用於高爐的一些原料做成高爐用爐料，如劣質煤粉、赤泥等等，改變了過去傳統的高爐爐料形式，也將奠定了下一代爐料的發展方向，使得高爐工藝仍然在不斷的進步發展過程中，並在固有優勢的基礎上，重新煥發出勃勃發展生機。從國內外高爐生產工藝上來看，根據自身實際情況和資源條件，這些企業都形成了具有自身特色的爐料搭配結構，如中國企業大多採用高鹼度燒結礦、酸性球團礦並輔以部分高品位塊礦為主的爐料結構，而國外一些企業則採用燒結礦配加塊礦、或者是自熔性球團為主的入爐爐料結構，並在此基礎上，形成了具有自身特色的高爐操作方法，並都取得了不錯的應用效果。
對比這些傳統高爐用爐料，這些新形式的爐料，如含碳球團，如何最終在高爐內得到合理的應用，是現實中冶金工作者必須要面臨的一道棘手難題。而關於熱固結含碳球團如何用於高爐，國內外文獻資料都鮮見報導，即使少量的提及到這些爐料的使用，如熱固結含碳球團的利用，也是大部分是視其為一種簡單的普通球團，採取與其它普通球團一樣的入爐方式，並未對其入爐後進行深入研究，從機理和高爐操作制度變化上解決含碳球團入爐的問題，我國是較早提出含碳球團這種新型爐料的國家之一，有許多的院校及企業研發機構從事此領域 方面的研究與試驗工作，如遼寧科技大學、東北大學，他們通過採用實驗室或者半工業化的小型試驗，得出熱固結含碳球團作為高爐爐料，其高爐操作制度有別於傳統爐料入爐的操作理念的重要結論，一些企業也曾經嘗試在小型高爐上開展頂裝入爐類似的實驗，雖取得一定效果，但由於試驗用高爐有效爐容過小，僅為幾個立方米，對於大型高爐使用熱固結含碳球團這種新型的爐料，並無太大的實際借鑑意義。現代企業，大多數轉而都採取轉底爐等工藝進行生產，雖效果上不錯，但同時問題也是顯而易見的，就是能耗過高，經濟上不划算，而高爐作為能源利用最高的生產容器之一，採用什麼樣的手段和措施，使熱固結含碳球團在國內外大型高爐得到最為合理的使用，是眼下冶金工作者最為關注的問題之一。
目前仍未有較為成熟的熱固結含碳球團在高爐內的使用技術。在已有條件的基礎上，未能實現熱固結含碳球團利用技術上的重大突破。
技術方案
本發明所要解決的技術問題是依據未來高爐採用新型爐料發展趨勢的需要，提供一種新型爐料即熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法，按照此方法進行高爐操作生產，能夠在高爐生產過程中合理利用新型的爐料熱固結含碳球團，使高爐達到穩定順行，低耗長壽，同時又可以降低煉鐵生產成本，做到經濟性冶煉。
1、一種以熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法，其特徵在於：熱固結含碳球團作為高爐用部分原料，在原有高爐設計基礎上的溜槽傾角，向外延A°；將熱固結含碳球團單獨作為一種爐料入爐，加入質量百分比例不允許超過爐料質量百分比例的30％，入爐焦炭量減少質量百分比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的C；並增加下部爐缸風口長度，風口長度增加比例與熱固結含碳球團加入量佔總爐料質量百分比例之間兩者呈現PL線性對應關係；採用爐頂料罐裝料方式裝料後，採用無料鍾旋轉溜槽布料方式進行將熱固結含碳球團布置到爐喉邊緣處，而非布置到高爐中心，同時熱固結含碳球團在爐喉邊緣處的布料圈數不得超過5圈，爐喉邊緣處布料量不得超過熱固結含碳球團入爐量的1/3；在熱固結含碳球團入爐的同時，調整下部操作制度，增加鼓風量，鼓入風量增加比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的BW；減少煤粉噴吹量，噴吹煤粉量減少比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的SC；增加鼓風中含氧量，含氧量增加比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的CO，增加熱風溫度，熱風溫度增加比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的ST，增加爐渣鹼度，鹼度增加比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的AI。
其溜槽傾角外延角度按下述公式進行：A°＝0.5°+HCCB×K1；入爐焦炭減少質量百分比例按下述公式進行：C＝HCCB×K2；風口長度增加比例按下述公式進行：PL＝HCCB×K3；鼓入風量增加比例按下述公式進行：BW＝HCCB×K4；噴吹煤粉量減少比例按下述公式進行： SC＝HCCB×K5；含氧量增加比例按下述公式進行：CO＝HCCB×K6；熱風溫度增加比按下述公式進行：ST＝HCCB×K7；爐渣鹼度增加比例按下述公式進行：AI＝HCCB×K8。
式中：
HCCB：熱固結含碳球團加入質量百分比例，％；A°：溜槽傾角外延角度，°，K1，係數，取值範圍6～12；C：入爐焦炭減少質量百分比例，％，K2，係數，取值範圍0.2～0.4；PL：風口長度增加比例，％，K3，係數，取值範圍0.2～0.4；BW：鼓入風量增加比例，％，K4，係數，取值範圍0.2～0.4；SC：噴吹煤粉量減少比例，％，K5，係數，取值範圍0.1～0.4；CO：含氧量增加比例，％，K6，係數，取值範圍0.6～1.0；ST：熱風溫度增加比例，％，K7，係數，取值範圍0.1～0.3；AI：爐渣鹼度增加比例，％，K8，係數，取值範圍0.05～0.2。
2、一種以熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法，其特徵在於：熱固結含碳球團作為高爐用部分原料，在原有高爐設計基礎上的溜槽傾角，向外延A°；與入爐冶金焦炭混裝，混裝時，熱固結含碳球團加入質量百分比例不超過總爐料的C；並增加下部爐缸風口長度，風口長度增加比例與熱固結含碳球團加入量佔總爐料質量百分比例之間兩者呈現PL線性對應關係；採用爐頂料罐裝料方式裝料後，採用無料鍾旋轉溜槽布料方式進行將熱固結含碳球團布置中心焦炭料柱位置，而非布置到爐喉邊緣處或者爐喉與中心焦炭柱之間；同時礦石在爐喉邊緣處處的布料圈數不得超過3圈；爐喉邊緣處礦石處不得超過礦石入爐量的1/3；在熱固結含碳球團入爐的同時，調整下部操作制度，增加鼓風量，鼓入風量增加比例為熱固結含碳球團加入質量百分比例的BW；減少煤粉噴吹量，噴吹煤粉量減少範圍為熱固結含碳球團加入質量百分比例的SC；增加鼓風中含氧量，含氧量增加範圍為熱固結含碳球團加入質量百分比例的CO，增加熱風溫度，熱風溫度增加範圍為熱固結含碳球團加入質量百分比例的ST，增加爐渣鹼度，鹼度增加範圍為熱固結含碳球團加入質量百分比例的AI。
其溜槽傾角外延角度按下述公式進行：A°＝0.5°+HCCB×K1；入爐焦炭減少質量百分比例按下述公式進行：C＝HCCB×K2；風口長度增加比例按下述公式進行：PL＝HCCB×K3；鼓入風量增加比例按下述公式進行：BW＝HCCB×K4；噴吹煤粉量減少比例按下述公式進行：SC＝HCCB×K5；含氧量增加比例按下述公式進行：CO＝HCCB×K6；熱風溫度增加比按下述公式進行：ST＝HCCB×K7；爐渣鹼度增加比例按下述公式進行：AI＝HCCB×K8。
式中：
HCCB：熱固結含碳球團加入質量百分比例，％；A°：溜槽傾角外延角度，°，K1，係數，取值範圍5～11；C：入爐焦炭減少質量百分比例，％，K2，係數，取值範圍0.2～0.3；PL：風口長度增加比例，％，K3，係數，取值範圍0.2～0.4；BW：鼓入風量增加比例，％，K4，係數，取值範圍0.1～0.3；SC：噴吹煤粉量減少比例，％，K5，係數，取值範圍0.1～0.3；CO：含氧量增加比例，％，K6，係數，取值範圍0.6～1.0；ST：熱風溫度增加比例， ％，K7，係數，取值範圍0.1～0.3；AI：爐渣鹼度增加比例，％，K8，係數，取值範圍0.05～0.2。
其中，熱固結含碳球團中金屬鐵質量百分含量5～20％，金屬化率為5～40％，殘碳質量百分含量小於70％，其它元素質量之和百分含量小於30％；入爐粒度控制範圍為8～25cm，抗壓強度大於1500N/個，熱態膨脹係數小於20％。
其中，溜槽傾角向外延伸，用於礦石布置到爐喉邊緣處，增加爐喉邊緣處礦石用量，適當加重邊緣，減少熱固結含碳球團加入後邊緣煤氣流衝刷強度。
其中，增加爐缸風口長度，用於吹活中心焦炭料柱，增加熱風在爐內穿透性；增加入爐鼓風量，用改善高爐死料柱的透氣性，改善高爐順行狀態。
其中，由於熱固結含碳球團中含碳的因素，減少高爐煤粉噴吹量，用於減少燃料比，降低燃料消耗；增加鼓風中含氧量，用於改進煤粉燃燒情況，降低燃料消耗，同時減少爐腹煤氣量的發生。
其中，增加熱風溫度，用於增加入爐熱量，改善煤粉燃燒情況。
其中，由於熱固結含碳球團入爐致使爐料中硫含量增加，增加爐渣鹼度，用於改善高爐脫硫能力，改善高爐操作狀態。
按照此方法進行高爐操作，能夠較為合理的利用新型爐料熱固結含碳球團，同時又可以達到高爐穩定順行、低耗長壽的目的，其中，採用此方法操作高爐後，高爐所生產噸鐵燃料消耗降低2公斤以上，噸鐵生產成本下降4元以上。
具體實施方式
下面通過一些實施例對本發明進一步說明。
下面結合具體實施例進行說明：
1實施例1(某鋼鐵廠1080m3高爐為例說明)
1.1熱固結含碳球團性能
熱固結含碳球團基礎理化性能見表1。
表1熱固結含碳球團性能，％
一種以熱固結含碳作為部分爐料的高爐操作方法，取熱固結含碳球團作為一種單獨入爐的爐料，而不與其它種類爐料混裝入爐，所使用的熱固結含碳球團基礎理化性能分析見表1，進行高爐冶煉。
1.2爐料搭配形式
高爐入爐的爐料搭配形式見表2。
表2爐料搭配形式，％
視熱固結含碳球團作為一種獨立的爐料，溜槽傾角向外擴延2°，將熱固結含碳球團裝入料倉，通過主皮帶運送到高爐爐頂料罐，通過無料鍾布料器和旋轉溜槽按發明要求的布料制度布置到指定位置後，其它爐料入爐按照指定裝料制度入爐，進行高爐冶煉，其中，爐料搭配形式按照入爐爐料質量百分比來確定，其中燒結礦為56.0％，球團礦為16.0％，塊礦為4.0％，熱固結含碳球團為4.0％，普通冶金焦炭為20.0％。
1.3操作制度的變化
高爐操作制度變化見表3。
表3操作制度變化
將熱固結含碳球團作為一種獨立的爐料投放入高爐中，為適應新型爐料的入爐冶煉工作，高爐操作制度需要發生相應變化，其中在原有高爐基礎上，風口長度增加12cm、風量增加77m3/min，富氧率增加0.02％、噴煤比減少2.0kg/t、風溫提高26℃、爐渣鹼度相應提高，相應採取壓重邊緣操作制度，以適應新的高爐操作制度。
1.4高爐實施效果
高爐採用熱固結含碳球團作為部分爐料後，高爐的冶煉效果見表4。
表4高爐實施後效果
當熱固結含碳球團作為部分高爐用爐料後，採用此方法進行高爐冶煉，可以取得產量提高，燃料比降低，煤氣利用率改善，達到高爐穩定順行，最終取得降低煉鐵生產成本效果和目的。
2實施例2(某鋼鐵廠1080m3高爐為例說明)
2.1熱固結含碳球團性能
熱固結含碳球團基礎理化性能見表5。
表5熱固結含碳球團性能，％
一種以熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法，採取熱固結含碳球團與焦炭混裝的方式入爐，所使用的熱固結含碳球團基礎理化性能分析見表5，進行高爐冶煉。
2.2爐料搭配形式
高爐入爐的爐料搭配形式見表6。
表6爐料搭配形式，％
將熱固結含碳球團與焦炭混裝裝入料倉，溜槽傾角向外擴延4°，通過主皮帶運送到高爐爐頂料罐，通過無料鍾布料器和旋轉溜槽按發明要求的布料制度布置到指定位置後，其它爐料入爐按照指定裝料制度入爐，進行高爐冶煉，其中，爐料搭配形式按照入爐爐料質量百分比來確定，其中燒結礦為56.0％，球團礦為10.0％，塊礦為4.0％，熱固結含碳球團為10.0％，普通冶金焦炭為20.0％。
2.3操作制度的變化
高爐操作制度變化見表7。
表7操作制度變化
將熱固結含碳球團與焦炭混裝投放入高爐中，為適應新型爐料的入爐冶煉工作，高爐操作制度需要發生相應變化，其中在原有高爐基礎上，風口長度增加16cm、風量增加70m3/min，富氧率增加0.04％、噴煤比減少3.5kg/t、熱風溫度增加30℃，爐渣鹼度相應提高，相應採取加大中心加焦的操著制度，以適應新的高爐操作制度。
2.4高爐實施效果
高爐採用熱固結含碳球團作為部分爐料後，高爐的冶煉效果見表8。
表8高爐實施後效果
當熱固結含碳球團作為部分高爐用爐料後，採用此方法進行高爐冶煉，可以取得產量提高，燃料比降低，煤氣利用率改善，達到高爐穩定順行，最終取得降低煉鐵生產成本效果和目的。
3實施例3(某鋼鐵廠2600m3高爐為例說明)
3熱固結含碳球團性能
熱固結含碳球團基礎理化性能見表9。
表9熱固結含碳球團性能，％
一種以熱固結含碳作為部分爐料的高爐操作方法，取熱固結含碳球團作為一種單獨入爐的爐料，而不與其它種類爐料混裝入爐，所使用的熱固結含碳球團基礎理化性能分析見表9，進行高爐冶煉。
3.2爐料搭配形式
高爐入爐的爐料搭配形式見表10。
表10爐料搭配形式，％
視熱固結含碳球團作為一種獨立的爐料，溜槽傾角向外擴延3°，將熱固結含碳球團裝入料倉，通過主皮帶運送到高爐爐頂料罐，通過無料鍾布料器和旋轉溜槽按發明要求的布料制度布置到指定位置後，其它爐料入爐按照指定裝料制度入爐，進行高爐冶煉，其中，爐料搭配形式按照入爐爐料質量百分比來確定，其中燒結礦為50.0％，球團礦為0.0％，塊礦為0.0％，熱固結含碳球團為30.0％，普通冶金焦炭為20.0％。
3.3操作制度的變化
高爐操作制度變化見表11。
表11操作制度變化
將熱固結含碳球團作為一種獨立的爐料投放入高爐中，為適應新型爐料的入爐冶煉工作，高爐操作制度需要發生相應變化，其中在原有高爐基礎上，風口長度增加15cm、風量增加126m3/min，富氧率增加0.07％、噴煤比減少8.0kg/t、風溫提高25℃、爐渣鹼度相應提高，相應採取壓重邊緣操作制度，以適應新的高爐操作制度。
3.4高爐實施效果
高爐採用熱固結含碳球團作為部分爐料後，高爐的冶煉效果見表12。
表12高爐實施後效果
當熱固結含碳球團作為部分高爐用爐料後，採用此方法進行高爐冶煉，可以取得產量提高，燃料比降低，煤氣利用率改善，達到高爐穩定順行，最終取得降低煉鐵生產成本效果和目的。
4實施例4(某鋼鐵廠2600m3高爐為例說明)
4.1熱固結含碳球團性能
熱固結含碳球團基礎理化性能見表13。
表13熱固結含碳球團性能，％
一種以熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法，採取熱固結含碳球團與焦炭混裝的方式入爐，所使用的熱固結含碳球團基礎理化性能分析見表13，進行高爐冶煉。
4.2爐料搭配形式
爐入爐的爐料搭配形式見表14。
表14爐料搭配形式，％
將熱固結含碳球團與焦炭混裝裝入料倉，溜槽傾角向外擴延3°，通過主皮帶運送到高爐爐頂料罐，通過無料鍾布料器和旋轉溜槽按發明要求的布料制度布置到指定位置後，其它爐料入爐按照指定裝料制度入爐，進行高爐冶煉，其中，爐料搭配形式按照入爐爐料質量百分比來確定，其中燒結礦為56.0％，球團礦為0.0％，塊礦為4.0％，熱固結含碳球團為20.0％，普通冶金焦炭為20.0％。
4.3操作制度的變化
高爐操作制度變化見表15。
表15操作制度變化
將熱固結含碳球團與焦炭混裝投放入高爐中，為適應新型爐料的入爐冶煉工作，高爐操作制度需要發生相應變化，其中在原有高爐基礎上，風口長度增加20cm、風量增加110m3/min，富氧率增加0.10％、噴煤比減少5.0kg/t、熱風溫度增加35℃，爐渣鹼度相應提高，相應採取加大中心加焦的操著制度，以適應新的高爐操作制度。
4.4高爐實施效果
高爐採用熱固結含碳球團作為部分爐料後，高爐的冶煉效果見表16。
表16高爐實施後效果
當以熱固結含碳球團作為部分高爐用爐料後，採用此方法進行高爐冶煉，可以取得產量提高，燃料比降低，煤氣利用率改善，達到高爐穩定順行，最終取得降低煉鐵生產成本的目的。
5實施例5(某鋼鐵廠3800m3高爐為例說明)
5.1熱固結含碳球團性能
熱固結含碳球團基礎理化性能見表17。
表17熱固結含碳球團性能，％
一種以熱固結含碳作為部分爐料的高爐操作方法，取熱固結含碳球團作為一種單獨入爐的爐料，而不與其它種類爐料混裝入爐，所使用的熱固結含碳球團基礎理化性能分析見表17，進行高爐冶煉。
5.2爐料搭配形式
高爐入爐的爐料搭配形式見表18。
表18爐料搭配形式，％
視熱固結含碳球團作為一種獨立的爐料，溜槽傾角向外擴延4°，將熱固結含碳球團裝入料倉，通過主皮帶運送到高爐爐頂料罐，通過無料鍾布料器和旋轉溜槽按發明要求的布料制度布置到指定位置後，其它爐料入爐按照指定裝料制度入爐，進行高爐冶煉，其中，爐料搭配形式按照入爐爐料質量百分比來確定，其中燒結礦為45.0％，球團礦為10.0％，塊礦為5.0％，熱固結含碳球團為20.0％，普通冶金焦炭為20.0％。
5.3操作制度的變化
高爐操作制度變化見表19。
表19操作制度變化
將熱固結含碳球團作為一種獨立的爐料投放入高爐中，為適應新型爐料的入爐冶煉工作，高爐操作制度需要發生相應變化，其中在原有高爐基礎上，風口長度增加15cm、風量增加160m3/min，富氧率增加0.14％、噴煤比減少6.0kg/t、風溫提高27℃、爐渣鹼度相應提高，相應採取壓重邊緣操作制度，以適應新的高爐操作制度。
5.4高爐實施效果
高爐採用熱固結含碳球團作為部分爐料後，高爐的冶煉效果見表20。
表20高爐實施後效果
當以熱固結含碳球團作為部分高爐用爐料後，採用此方法進行高爐冶煉，可以取得產量提高，燃料比降低，煤氣利用率改善，達到高爐穩定順行，最終取得降低煉鐵生產成本的目的。
6實施例6(某鋼鐵廠3800m3高爐為例說明)
熱固結含碳球團基礎理化性能見表21。
表21熱固結含碳球團性能，％
一種以熱固結含碳球團作為部分爐料的高爐操作方法，採取熱固結含碳球團與焦炭混裝的方式入爐，所使用的熱固結含碳球團基礎理化性能分析見表21，進行高爐冶煉。
6.2爐料搭配形式
爐入爐的爐料搭配形式見表22。
表22爐料搭配形式，％
將熱固結含碳球團與焦炭混裝裝入料倉，溜槽傾角向外擴延2.5°，通過主皮帶運送到高爐爐頂料罐，通過無料鍾布料器和旋轉溜槽按發明要求的布料制度布置到指定位置後，其它爐料入爐按照指定裝料制度入爐，進行高爐冶煉，其中，爐料搭配形式按照入爐爐料質量百分比來確定，其中燒結礦為60.0％，球團礦為5.0％，塊礦為0.0％，熱固結含碳球團為10.0％，普通冶金焦炭為20.0％。
6.3操作制度的變化
高爐操作制度變化見表23。
表23操作制度變化
將熱固結含碳球團與焦炭混裝投放入高爐中，為適應新型爐料的入爐冶煉工作，高爐操作制度需要發生相應變化，其中在原有高爐基礎上，風口長度增加25cm、風量增加120m3/min，富氧率增加0.10％、噴煤比減少8.0kg/t、熱風溫度增加20℃，爐渣鹼度相應提高，相應採取加大中心加焦的操著制度，以適應新的高爐操作制度。
6.4高爐實施效果
高爐採用熱固結含碳球團作為部分爐料後，高爐的冶煉效果見表24。
表24高爐實施後效果
當以熱固結含碳球團作為部分高爐用爐料後，採用此方法進行高爐冶煉，可以取得產量提高，燃料比降低，煤氣利用率改善，達到高爐穩定順行，最終取得降低煉鐵生產成本的目的。