降低高爐煉鐵工序能耗的措施

1、 畢業(yè)論文 降低高爐煉鐵工序能耗的措施 1.1煉鐵工業(yè)的發(fā)展 20世紀(jì)50年代，人們對(duì)高爐冶煉提出了以原料為基礎(chǔ)，采用大風(fēng)量、高溫等技術(shù)手段的操作方針，使煉鐵技術(shù)有了新的進(jìn)步。1959年我國(guó)太鋼、本鋼高爐突破中等冶煉強(qiáng)度的制約，把冶煉強(qiáng)度提高到1.11.3t焦/（m3.d），開(kāi)創(chuàng)了世界高冶煉強(qiáng)度的先例，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出高爐強(qiáng)化理論（吹透強(qiáng)化，上下部調(diào)劑），促進(jìn)了高爐煉鐵學(xué)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代以來(lái)，高爐煉鐵技術(shù)朝著大型、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、清潔的方向發(fā)展。各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有明顯提高，入爐綜合焦比510540kg/t鐵，個(gè)別高爐降至480kg/t鐵以下，達(dá)到世界先進(jìn)水平。1.2降低能耗的

2、理論根據(jù)眾所周知，高爐冶煉產(chǎn)量與消耗的三個(gè)重要指標(biāo)效容積利用系數(shù)（v）、冶煉強(qiáng)度（i）和焦比（k）之間有著如下關(guān)系：v=i/k顯然，利用系數(shù)的提高，也即高爐產(chǎn)量的增加，存在著四種途徑：（1）冶煉強(qiáng)度保持不變，不斷地降低焦比；（2）焦比保持不變，冶煉強(qiáng)度逐步提高；（3）隨著冶煉強(qiáng)度的逐步提高，焦比有所下降；（4）隨著冶煉強(qiáng)度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶煉強(qiáng)度增長(zhǎng)的幅度大。在高爐煉鐵的發(fā)展史上，這四種途徑都被應(yīng)用過(guò)，應(yīng)當(dāng)指出在最后一種情況下，產(chǎn)量增長(zhǎng)很少，而且是在犧牲昂貴的焦炭的消耗中取得的，一旦在冶煉強(qiáng)度提高的過(guò)程中，焦比升高的速率超過(guò)冶煉強(qiáng)度提高的速率，則產(chǎn)量不但得不到增加，

3、反而會(huì)降低。因此，冶煉強(qiáng)度對(duì)焦比的影響，成為高爐冶煉增產(chǎn)的關(guān)鍵。 在高爐冶煉的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，人們通過(guò)研究總結(jié)出冶煉強(qiáng)度與焦比的關(guān)系，在一定的冶煉條件下，存在著一個(gè)與最低焦比相對(duì)應(yīng)的最合適的冶煉強(qiáng)度i適。當(dāng)冶煉強(qiáng)度低于或高于i適時(shí)，焦比將升高，而產(chǎn)量稍遲后，開(kāi)始逐漸降低。這種規(guī)律反映了高爐內(nèi)煤氣和爐料兩流股間的復(fù)雜傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象。在冶煉強(qiáng)度很低時(shí)，風(fēng)量及相應(yīng)產(chǎn)生的煤氣量均小，流速低，動(dòng)壓頭很小，造成煤氣沿爐子截面分布極不均勻，表現(xiàn)為邊緣氣流過(guò)分發(fā)展，煤氣與礦石不能很好地接觸，結(jié)果煤氣的熱能和化學(xué)能不能得到充分利用，爐頂煤氣中co2含量低，溫度高，而進(jìn)入高溫區(qū)的爐料因還原不充分，直接還原發(fā)展，消

4、耗了大量寶貴的高溫?zé)崃?，因此焦比很高。隨著冶煉強(qiáng)度的提高，風(fēng)量、煤氣量相應(yīng)增加，煤氣的速度也增大，從而改變了煤氣流的流動(dòng)狀態(tài)，由層流轉(zhuǎn)為湍流，風(fēng)口前循環(huán)區(qū)的出現(xiàn)，大大改善了煤氣流分布和煤氣與爐料之間的接觸，煤氣流的熱能和化學(xué)能利用改善，間接還原的發(fā)展減少了下部高溫區(qū)熱量的消耗，從而焦比明顯下降，直到與最適宜冶煉強(qiáng)度i適相對(duì)應(yīng)的最低焦比值。之后冶煉強(qiáng)度繼續(xù)提高，煤氣量的增加進(jìn)一步提高了煤氣流速，這將帶來(lái)疊加性的煤氣流分布，導(dǎo)致中心過(guò)吹或管道行程，在煤氣流速過(guò)大時(shí)，它的壓頭損失可變得與爐料的有效質(zhì)量相等或超過(guò)有效質(zhì)量，爐料就停止下降而出現(xiàn)懸料。所有這些將引起還原過(guò)程惡化，爐頂煤氣溫度升高，爐況惡化

5、，最終表現(xiàn)為焦比升高。針對(duì)具體生產(chǎn)條件，確定與最低焦比相適應(yīng)的冶煉強(qiáng)度，使高爐順行，穩(wěn)定地高產(chǎn)。然而高爐的冶煉條件是可以改變的，隨著技術(shù)的進(jìn)步，例如加強(qiáng)原料準(zhǔn)備，采取合理的爐料結(jié)構(gòu)，提高爐頂煤氣壓力，使用綜合鼓風(fēng)，改造設(shè)備等，高爐操作條件大大改善。與改善了的條件相應(yīng)的冶煉強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高，而焦比不會(huì)提高，相反與之相對(duì)應(yīng)的最低焦比也進(jìn)一步提高，這就是世界各國(guó)幾十年來(lái)冶煉強(qiáng)度不斷提高，焦比也降低的原因。但是，在任何生產(chǎn)技術(shù)水平上，當(dāng)冶煉條件一定時(shí)，冶煉強(qiáng)度i與焦比k之間始終保持著極值關(guān)系，決不可以得出產(chǎn)量是與冶煉強(qiáng)度成正比地增長(zhǎng)的簡(jiǎn)單結(jié)論，而盲目追求高冶煉強(qiáng)度。超越冶煉條件允許的過(guò)高冶煉強(qiáng)度將使

6、焦比大幅上升。上述有關(guān)高爐冶煉重要技術(shù)指標(biāo)ki間的關(guān)系還未解決經(jīng)濟(jì)效益最佳的冶煉強(qiáng)度問(wèn)題。在對(duì)鋼鐵的需求大于供給的條件下，實(shí)踐表明，盡管焦比的消耗對(duì)生鐵成本有著很大影響，但在一定的操作情況下，產(chǎn)品的最低成本并不是在最低焦比相對(duì)應(yīng)的冶煉強(qiáng)度下，而是在略高的情況下取得的。所以出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)樽罡弋a(chǎn)量是在比最低焦比相對(duì)應(yīng)的冶煉強(qiáng)度稍高的情況下達(dá)到的。隨著產(chǎn)量的提高，單位生鐵成本中不隨時(shí)間變化的費(fèi)用總和不斷降低。在k=f(i)曲線的最低值附近，隨著冶煉強(qiáng)度的提高，焦比上升的較緩慢，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)多消耗焦炭的費(fèi)用能被節(jié)省下的加工費(fèi)用全部補(bǔ)償，而且還有富余。實(shí)踐還表明，經(jīng)濟(jì)上最合算的產(chǎn)量，并不是生鐵成本

7、最低時(shí)的產(chǎn)量，而是略高于這個(gè)最低產(chǎn)量。1.3降低工序能耗主攻方向由于焦炭資源的缺乏和日益減少，焦炭?jī)r(jià)格逐年上漲，節(jié)約焦炭以成為降低工序能耗主攻方向 。而節(jié)約焦炭實(shí)際就是降低焦比。焦比既是消耗指標(biāo)又是重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是指冶煉單位生鐵所消耗的干焦量，kg/t。降低焦比的措施有多種，包括改善原、燃料質(zhì)量和高爐冶煉過(guò)程，降低焦比；從風(fēng)口噴吹輔助燃料，代替部分焦炭；尋求焦炭代替品（型焦）；開(kāi)發(fā)少用焦炭或不用焦炭的煉鐵工藝等。其中精料是降低焦比的基礎(chǔ)，高爐的基本操作制度是降低焦比的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而高風(fēng)溫、噴吹燃料、富氧和高壓操作是降低焦比即降低原燃料的消耗的主要措施。 本文通過(guò)國(guó)豐煉鐵廠450m3高爐提高

8、風(fēng)溫、改善原料質(zhì)量、 優(yōu)化操作、噴吹煤粉、富氧鼓風(fēng)、高壓操作等實(shí)踐，從理論上闡述了各種降低高爐工序能耗的措施。降低高爐燃料消耗和提高利用系數(shù)是煉鐵工作者追求的目標(biāo)。不斷地進(jìn)行試驗(yàn)和研究，通過(guò)近幾年對(duì)煉鐵生產(chǎn)的逐步摸索和煉鐵設(shè)備的不斷改進(jìn)在降低燃料消耗上取得了較為顯著的成績(jī)。在低燃料消耗的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷地強(qiáng)化冶煉，高爐的利用系數(shù)也有所突破。為中小高爐的生存和發(fā)展?fàn)幦〉搅溯^大的空間?，F(xiàn)就降低高爐燃料消耗途徑進(jìn)行初步探討。2降低高爐燃料消耗途徑2.1優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)，使用精料2000年以前，原料結(jié)構(gòu)基本為80%燒結(jié)礦、10%球團(tuán)、10%生礦，由于當(dāng)時(shí)燒結(jié)礦強(qiáng)度只有（小轉(zhuǎn)鼓）5060%，且球團(tuán)含粉達(dá)30

9、%，生球團(tuán)強(qiáng)度很差，致使高爐頻繁懸料和塌料（易引起爐涼），臨時(shí)補(bǔ)焦量增加，爐況波動(dòng)大，燃料消耗高且煤比上不去，2007年以后，高爐爐料結(jié)構(gòu)基本調(diào)整為78%燒結(jié)礦、8%球團(tuán)、14%生礦。燒結(jié)礦等原料結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，原料入爐含粉也控制到了15%以下，高爐透氣性明顯好轉(zhuǎn)，基本杜絕了高爐懸料，爐況穩(wěn)定性增強(qiáng)，綜合焦比降低和利用系數(shù)提高較為顯著. 表1-1原料結(jié)構(gòu)變化表年份20032004200520062007燒結(jié)礦83.182.581.180.478土球6.20000冷球2.30000外購(gòu)豎球3.45.2000自產(chǎn)豎球5.06.012.3108現(xiàn)在使用精料精料是高爐強(qiáng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是降低焦比的基礎(chǔ)；

10、強(qiáng)化高爐冶煉，降低焦比必須把精料放在首位。隨著高爐大型化和自動(dòng)化及對(duì)強(qiáng)化冶煉和節(jié)能日益提高的要求，更需要把精料工作做到“精益求精”。精料的含義是要求供給高爐的原料，不但質(zhì)量好，而且數(shù)量足。其具體內(nèi)容可用“高、穩(wěn)、熟、勻、小、凈”六個(gè)字來(lái)概括。“高”是指鐵礦石的品味高，還原性高，焦炭中固定碳高，溶劑中氧化鈣高，各種原料的機(jī)械強(qiáng)度高。國(guó)外要求入爐天然礦石含鐵量達(dá)62%以上，自溶性燒結(jié)礦含鐵57%以上，球團(tuán)礦含鐵一般60%以上。對(duì)焦炭要求固定碳高，灰分低達(dá)10%以下。由于入爐品味提高，焦炭灰分降低，使高爐渣量減少，即節(jié)省燃料，又促進(jìn)強(qiáng)化。“穩(wěn)”是指各種化學(xué)成分穩(wěn)定，波動(dòng)小。這是穩(wěn)定爐況，穩(wěn)定操作，保

11、證順行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的先決條件。“熟”是使高爐全部裝入燒結(jié)礦和球團(tuán)礦，熟料率達(dá)到100%，盡量不加石灰石入爐。含鐵爐料中，熟料率增加1%，焦比降低1.2kg/t鐵，增產(chǎn)約0.3%。前蘇聯(lián)熟料年平均達(dá)95%，日本85%左右，在我國(guó)鞍鋼、本鋼、首鋼基本是100%熟料。全國(guó)重點(diǎn)企業(yè)自1981年以來(lái)平均值在90%左右?！靶?、勻、凈”是對(duì)原料的粒度而言。要求平均粒度小，粒度均勻，縮小上下限之間的粒度差。超過(guò)上限的大塊要破碎，小于下限的粒度要篩除干凈。這樣原料在高爐內(nèi)才能保證良好的透氣性和還原性。總之使用精料的主要目的是要做到1）減少入爐粉末，2）提高入爐礦石品位，3）優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，4）改善焦炭質(zhì)量。最終

12、降低燃料消耗2.2提高煤氣利用率，降低消耗2.2.1改善原燃料質(zhì)量穩(wěn)定煤氣流提高利用率優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)和改善原燃料質(zhì)量是穩(wěn)定煤氣流的最有效手段，2004年以后隨著高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改善原燃料質(zhì)量的改善，煤氣流穩(wěn)定性顯著提高，爐況波動(dòng)次數(shù)減少，生鐵含硅得以控制在0.35-0.45%之間，硅偏差也降到了0.02%以下，與以前相比爐溫穩(wěn)定性大大提高，燃料消耗相應(yīng)大幅度下降（見(jiàn)表2-1）。表2-1高爐近年來(lái)燃料消耗和利用系數(shù)指標(biāo)年份200220032004200520062007入爐焦比422.7411.6404.1396.8388.5377.7煤比120.5131.5134.3141146.7151綜

13、合焦比531.2527.4525523.7520.5513.6利用系數(shù)3.563.643.723.813.853.92.2.2高壓操作提高煤氣利用率提高爐頂壓力可以降低煤氣流速并使煤氣分布更加趨于合理，煤氣流的穩(wěn)定性增加.但早些時(shí)候我廠高爐全部為雙鐘爐頂，相對(duì)于無(wú)鐘爐頂其密封性要差些，而且2006年之前高爐爐頂設(shè)備為普通材質(zhì)合金（磨損快），設(shè)備維護(hù)力量薄弱，爐頂壓力只能維持30kpa左右，2007年以后，隨著對(duì)頂壓的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，逐步將頂壓提高，同時(shí)將爐頂設(shè)備更換無(wú)鐘爐頂，爐頂?shù)拿芊庑缘玫匠浞值谋ＷC，目前高爐爐頂壓力保持120kpa，煤氣利用率進(jìn)一步提高，燃料消耗降低。由于高壓操作促進(jìn)爐況順行，

14、煤氣分布合理，利用程度改善，有利于冶煉低硅生鐵等，而且使焦比有所下降。國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是，頂壓每提高10kpa，焦比下降0.2%1.5%。提高爐頂壓力的這種增產(chǎn)作用只有伴隨著風(fēng)量的增加或冶煉強(qiáng)度的提高才能明顯表現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)樵诮贡炔蛔?，焦炭?fù)荷一定的情況下，高爐生產(chǎn)率與風(fēng)量，亦即單位時(shí)間內(nèi)燃燒的焦炭量成正比。因此，在一定冶煉條件下，冶煉強(qiáng)度應(yīng)以爐頂壓力成正比，即提高爐頂壓力可相應(yīng)地提高冶煉強(qiáng)度，從而提高高爐生產(chǎn)率。高壓操作的這種降焦節(jié)能作用已為越來(lái)越多的高爐實(shí)踐所證實(shí)。根據(jù)實(shí)踐分析，高壓降低燃耗的原因歸結(jié)為改善了順行和煤氣利用，發(fā)展了高爐內(nèi)的間接還原，抑制了直接還原。首先，高壓操作降低了煤氣流速

15、，延長(zhǎng)了煤氣在爐內(nèi)與礦石的接觸時(shí)間，改善了煤氣分布，從而改善了鐵礦石的還原條件，使塊料帶內(nèi)的間接還原得到充分發(fā)展，煤氣能量得到充分利用。其次，直接還原反應(yīng)取決于反應(yīng)co+c=2co的發(fā)展。提高爐頂壓力，爐內(nèi)平均壓力相應(yīng)提高，促使該反應(yīng)的平衡向氣體體積減小的方向（逆向）移動(dòng)，從而抑制了直接還原的發(fā)展，或者說(shuō)使直接還原推向更高的溫度區(qū)域進(jìn)行。這同壓低軟熔帶，擴(kuò)大塊料帶，提高co利用率的要求相一致。高壓操作對(duì)碳的氣化反應(yīng)的抑制作用，在某種意義上也相當(dāng)于降低焦炭的反應(yīng)性。這對(duì)減少碳素溶解損失，提高焦炭高溫強(qiáng)度，改善軟熔帶和滴落帶的透氣（液）性，增加風(fēng)口燃燒有效碳量都是有利的。同樣，高壓操作抑制低硅還原

16、，有利于降低生鐵含硅量，促進(jìn)焦比降低，生鐵中si顯著降低，這是因?yàn)楣柙谏F中的平均濃度與co分壓的平方成反比。另外，由反應(yīng)sio2+2c=si+2co的平衡常數(shù)k=psiopco2/pco可得psio=kpco/pco2。因此提高爐頂壓力，則氣相中pco/pco2降低，抑制了sio的發(fā)揮，從而減少了硅的還原，導(dǎo)致了燃料的節(jié)省。高壓操作改善了煤氣分布，促進(jìn)爐況穩(wěn)定順行和爐溫穩(wěn)定，因而可減少不必要的熱量?jī)?chǔ)備，適當(dāng)降低爐缸和爐腹溫度，使燃料消耗降低，也為降低生鐵含硅量創(chuàng)造了條件。高壓的順行作用可保障噴吹燃料和高風(fēng)溫發(fā)揮更大效用，促進(jìn)燃耗進(jìn)一步降低。高壓操作使?fàn)t塵吹出量顯著減少，單位礦石消耗降低，實(shí)際

17、焦炭負(fù)荷得到保證，批料出鐵量增加，鐵的回收率提高，焦比應(yīng)有所降低。實(shí)踐證明，實(shí)行高壓操作，不斷提高爐頂壓力水平，是強(qiáng)化高爐冶煉，增產(chǎn)節(jié)能的一條重要途徑。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，1000m3級(jí)高爐，爐頂壓力應(yīng)達(dá)到120kpa左右；2000m3級(jí)高爐，應(yīng)達(dá)到150kpa以上；3000m3級(jí)高爐，應(yīng)達(dá)到200kpa左右；4000m3級(jí)以上巨型高爐，應(yīng)達(dá)到250300kpa。2.2.3燒結(jié)礦分級(jí)入爐，提高煤氣利用率試驗(yàn)證明，將燒結(jié)礦返礦篩板中粒度適中部分重新入爐，含量在礦批的10%以內(nèi)，高爐的透氣性稍有下降，但高爐是可以接受的，特別是對(duì)于精料水平較高的高爐（透氣性較好），將適量的返礦入爐能降低煤氣流速降低，煤氣利用率提高，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。2.3富氧噴吹，提高煤比降低焦比我廠高爐2006年煤比突破146kg/t以后，到 2007年煤比最高達(dá)到151kg/t，但此后受制粉系統(tǒng)和原燃料條件的限制，煤比不能進(jìn)一步提高，風(fēng)溫的使用也受到影響。到2007年10月我公司制氧投產(chǎn)，煉鋼余氧增加，高爐富氧率由以前的0.7%提高到1.2%，促使煤粉燃燒率提高，焦比進(jìn)一步降低，高爐利用系數(shù)也達(dá)到.3.9。期間由于噴煤量不能增加，煤比反而下降（產(chǎn)量增加），制粉能力不足的矛盾更加突出，2007年9月新制粉設(shè)備（中速磨）投產(chǎn)，煤比突破150kg/t，最高達(dá)153 kg/t，風(fēng)溫的使用也回升到1170