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首钢股份3号高炉高球团矿配比冶炼试验

2022-05-25 15:47:06

来源:冶金信息装备网

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首钢股份3号高炉(4000m3)主要采用66%高碱度烧结矿+27%普通酸性球团矿+7%块矿的炉料结构。烧结矿生产能耗高、气体污染物排放多,且迁安境内铁矿石资源多为贫矿,选矿所得精矿粉粒度较细,更适合生产球团矿,且大比例球团矿冶炼具有高品位、低渣比、低能耗、低排放的特点,节能、环保优势明显。根据公司生产经营计划和资源平衡安排,3号高炉于2019年8月4日开展高球团矿配比冶炼试验。球团矿比例由27%提高到38%后,由于球团矿堆角小,易滚动,软熔温度低的缺点,影响了高炉煤气流分布,造成炉况波动。通过各种调整,实现了球团矿在炉内布料平台的准确控制,改善煤气流分布,保证了高炉稳定顺行。

高球团矿配比对高炉冶炼的影响

与烧结矿相比,球团矿具有含铁品位高、 粒度均匀、 冷态强度高、FeO含量低等优点,但是球团矿的缺点也十分明显:

(1)球团矿堆角小,易滚动。随着球团矿比例不断增加,这种滚动更为明显,从而使得料面形状难以稳定,煤气稳定性降低。

(2)球团矿受热还原时容易发生膨胀,影响高炉下料的均匀性,进而影响高炉炉况的稳定。

(3)球团矿的软熔温度较低,在炉料下降过程中,过早的软化造成软熔区间变宽,软熔带变厚,且软培带根部整体上移,使得料柱的透气性恶化,高炉压差升高,影响煤气流分布。

(4)球团矿比例提高后,含铁炉料的粒度降低,与焦炭层的“界面效应”增加,影响高炉的顺行状况 。

主要原料成分及性能

普通酸性球团矿高温冶金性能较差,难以满足大高炉高球团矿配比冶炼试验的要求。经 与公司协调, 给3号高炉调配京唐碱性球团矿,采用烧结矿配加京唐碱性球团矿、 酸性球团矿、 生矿的炉料结构。试验用主要原料成分及性能见表1。与普通酸性球团矿相比,京唐碱性球团矿的还原膨胀率降低到平均17.4%,成品球1014mm粒级比例达到77%。球团矿质量的改善,为高炉高球团矿配比冶炼试验提供了有力支撑。

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高球团矿配比冶炼试验

3.1试验简况

3号高炉高球团矿配比冶炼试验,计划采用两步走策略:

(1)以提高球团矿比例为主,不过分追求技术经济指标,给冶炼试验创造宽松条件。

(2)球团矿比例达到45%后,通过优化高炉操作制度改善技术经济指标。实际上,由于京唐碱性球团矿断供,球团矿比例只提高至38%。试验期间球团矿比例的变化如图1所示。

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理论上,高品位球团矿比例提高后,炉料整体品位提高,渣比降低,高炉燃料比应该下降。但实际上,由于球团矿比例提高后,煤气流分布不稳定,热负荷频繁波动,炉温波动大,燃料比并没有降低,而略有所上升,从512—516kg/t上升至517—525/t。试验期间,燃料比及入炉焦比的变化如图2所示。

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3.2主要操作参数的变化

3号高炉高球团矿配比冶炼试验期间,重点观察了煤气流分布、Z值、W值、软水差、透气性指数等操作参数的变化。

(1)煤气利用率

由图3可知,球团矿比例提高后,煤气利用率变化明显,煤气稳定性变差。其主要原因是:布料时球团矿频繁滚动,料面不稳定,造成煤气流不稳;球团矿受还原时容易发生膨胀,料柱透气性恶化,炉况波动。

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(2)Z值、W值

试验前期,随着球团矿比例逐步提高,高炉中心温度逐渐降低,中心加重,Z值震荡走低。中后期调整,中心渐开,Z值升高。试验中期适度发展边沿气流,高炉的W值逐渐走高。试验后期稳定边沿,W值趋于平稳。3号高炉Z值和W值变化如图4所示。

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(3)上部软水温差

由图5可看出,试验前期球团矿比例提高,高炉上部软水温差升高,表明边沿气流发展,炉身中下部渣皮脱落严重,炉墙温度升高。试验中后期边沿气流趋稳定,上部软水温差震荡下降。

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(4)透气性指数

由图6可看出,随着球团矿比例逐步提高,高炉透气性指数趋小。试验后期,球团矿比例≥35%,并持续6天后,高炉透气性指数急剧减小,说明大比例配吃球团矿,对高炉透气性的影响有一定的累积效应,这种累积效应在大高炉冶炼中尤为明显。主要是球团矿比例提高后,含铁炉料与焦炭层的“界面效应”累积增加,加之大高炉的冶炼“惯性”,料柱透气性严重恶化。

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3.3高炉操作的调整

(1)原燃料调整

球团矿比例提高后,炉渣(Al2O3)含量上升幅度较大,(MgO)含量呈下降趋势。为改善炉渣流动性,将烧结矿(MgO)含量适当上调,炉渣中(MgO、Al2O3)和炉渣碱度控制在合理范围。试验前后高炉炉渣中(MgO)、(Al2O3)、镁铝比及碱度的变化如图7所示。由图可知,炉渣镁铝比、碱度均基本稳定。

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试验期间,保持焦炭质量稳定,入炉一级焦比例≥75%,波动要小。烧结矿以自产烧结矿为主,保持烧结矿质量稳定,不配吃外购烧结矿,二烧比例英≥85%,不发生大的波动。加强现场取样管理,确保原燃料质量不发生大的波动。加强原燃料筛分力度,减少粉末入炉。

(2)操作制度调整

根据相关操作参数变化,炉内操作制度也做出了相应调整。

一是调整料罐放料方式

球团矿易滚动,在布料时容易滚向中心漏斗和边沿炉墙处,使中心和边沿两股气流均有所减弱,不利于炉况顺行。为此:

①调整放料延时,适当延长球团矿在N1皮带上的长度,使球团矿与烧结矿充分混匀;

②调整料罐放料顺序,尽量将球团矿放在矿料批中段,布料时球团矿落在矿石环带的中,烧结矿分布在矿石环带两端,减少球团矿往边沿和中心滚动,减轻对软熔带和煤气分布的影响。

二是调整装料制度(见表2)

试验初期,球团矿比例<30%,对高炉煤气流影响并不明显。考虑到球团矿使软熔带上移,造成中心气流受抑制,布料以拓宽焦炭平台为主,让 矿 料批中的球团矿布在矿石环带中间,疏松中心气流为主。球团矿比例提高至32%,由于球团矿易滚动的特性, 料面形状开始不稳定,十字测温中心温度下降。将焦炭布料挡位6的2圈焦炭改为挡位6、7各1圈焦炭,中心挡位焦炭不变,稳定焦炭平台。试验后期, 球团矿比例≥35%边沿气流趋发展,中心气流不足,采用适当发展中心气流、稳定边沿气流的装料制度。布料调整为焦炭中心挡位7、8不动,其余矿焦挡位角度整体外移0.5°。

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三是调整送风制度

送风制度决定了风口回旋区的大小、 形状和煤气流的一次分布, 对活跃炉缸起着重要作用。试验后期,球团矿比例≥35%,中心气流受压制严重,边沿气流发展。为吹透中心,加大了实际风速,保证实际风速≥260m/s,以提高鼓风动能,活跃中心炉缸。

四是调整热制度

球团矿比例≥35%后,高炉操作炉型变化明显,软溶带根部整体上移, 炉腹到炉身下部渣皮脱落严重,热负荷频繁波动,试验期间高炉炉温和物理热控制在中上,力求稳定,减少波动 。

(3)认真做好炉前出铁工作,加强外围设备的点检和维护。球团矿比例提高后,边沿气流发展, 炉墙频繁的脱落,尤其是下部炉墙脱落,也直接或间接造成了铁口卡铁流现象变多,使得铁口不见渣、见渣晚、见渣后断流的次数有所增加。因此, 必须把握好出铁节奏,保证重叠,杜绝间隔出铁,保证渣铁出净。同时,要加强外围设备的点检和维护,杜绝因设备故障影响髙炉整体生产。

小结

本次试验,首钢股份3号高炉进行了持续18天的烧结矿配加碱性团矿、酸性球团矿、 生矿的冶炼探索,最高球团矿比例达到38%,并持续了6天。试验验证了球团矿质量是髙球团矿比例冶炼是否成功的关键,基本掌握了高炉高球团矿配比冶炼时操作制度的调整规律,为后续高球团矿配比冶炼生产的连续稳定积累了宝贵经验。

(1)试验证明,球团矿比例<30%,对高顺行影响不大。球团矿比例≥35%,高炉操作炉型变化明显,煤气流分布不稳。通过调整料罐放料方式,实现了球团矿在炉内布料平台上的准确控制,稳定了煤气流分布,改善了煤气利用率。

(2)布料调整上,球团矿比例<32%,以拓宽、稳定焦炭平台为主,稳定煤气流。球团矿比例≥35%, 以“发展中心,稳定边沿” 为主,活跃炉缸,力保顺行。

(3)球团矿比例≥35%,高炉中心气流受到抑制,采用了加大实际风速,提高鼓风动能的操作对策,保证了中心煤气通路。

(4)球团矿比例提高后,热负荷频繁波动,炉温起伏明显,燃料比略有所上升。