原料质量对高炉炼铁产量影响分析

原料质量对高炉炼铁产量影响分析 摘 要,焦炭是高炉冶炼的关键,也是价格最高的原料,因此高炉炼铁一直面临降低焦比的压力。富氧喷煤技术的应用,使高炉焦比大幅度降低,焦炭在高炉中停留时间延长,所受劣化作用增大,炼铁对焦炭质量提出更高的要求。焦炭在高炉中的行为受焦炭质量和高炉操作的双重影响。所以,应对影响焦炭行为的各种因素进行更精准的度量和预测开展研究,为改善焦炭质量及降低成本指明方向,以期进一步提高高炉操作7JC平,提高高炉炼铁的技术经济指标。这对目前钢铁企业面临降低生产成本、促进技术进步的巨大压力意义重大。 关键词, 高炉炼铁 焦炭 烧结矿 影响分析 0 前言 钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好， 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。 1 高炉炼铁的原料种类 1.1铁矿石 (1)磁铁矿 (2)赤铁矿 (3)褐铁矿 (4)菱铁矿 1.2 人造富矿 (1)烧结矿 (2)球团矿 1.3 燃料及辅助材料 (1)焦炭 (2)粉煤 (3)石灰石 (4)白云石 (5)焦粉 (6)无烟煤粉 2 影响高炉炼铁的主要因素 2.1众所周知，影响高炉炼铁的主要因素有以下几个方面: (1) 入炉矿含铁品位的影响 (2) 烧结矿碱度 (3)烧结矿FeO的影响 (4)烧结矿RDI的影响 (5)烧结矿粉末含量的影响 (6)焦炭含水分的影响 (7)焦炭含s量的影响 (8)焦炭灰分的影响 (9)焦炭M的影响 40 (10)焦炭M的影响 10 (11)焦炭固定碳含量的影响 (12)焦炭热态性能的影响 2.2 冶金焦质量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 (GB/T1996-94)高炉质量标准。 焦炭详细要求参见表1~2。 表1 表2 2.3 烧结矿质量指标。详细参数要求参见表1~2。 表1 注:A:为烧结矿品味基数，根据所用原料条件调节; R:为烧结矿碱度基数，根据高炉要求和烧结矿库存情况调节。 表2 3 高炉炼铁对燃料的要求 3.1 焦炭在高炉炼铁过程中的作用 焦炭在高炉炼铁过程中起着发热剂、还原剂、渗碳剂和料柱骨架的作用: 在风口前燃烧带，焦炭燃烧提供冶炼所需的热量，产生还原煤气; 在软熔带和滴落带，作为料柱骨架维持炉芯透气’透液性，并为铁水渗碳提供碳源; 在炉身下部块状带，通过碳溶反应消耗。随着炼铁技术的进步，高炉喷煤量不断提高，焦炭的发热剂、还原剂作用部分地被喷吹煤粉所代替，同时由于焦比的下降，焦炭在高炉内的负荷加重，其所发挥的料柱骨架作用在冶炼过程中显得越来越重要。 3.2高炉炼铁对焦炭质量的要求 焦炭在高炉内要经受碰撞、挤压、磨损等机械力学作用的影响，还要经受碳溶损反应、碱金属侵蚀、渣铁溶蚀以及向铁水溶解等化学作用的影响，自上而下不断劣化，平均粒度变小、强度降低、气孔增大、反应性提高、最终除不足1 % 的碳随高炉煤气逸出之，几乎全部消耗掉。因此，焦炭只有具备一定的化学物理性能，才能在逐渐劣化的过程中充分发挥其在高炉炼铁中的作用。目前高炉炼铁对焦炭质量的要求通常包括以下几个方面:(1) 化学成分。要求固定碳含量高，只有固定碳含量高，焦炭提供的热量和还原剂才多。要求灰分低，如果焦炭灰分高，高炉渣量将增加; 灰分与焦质的膨胀性不同，在高炉内加热后，灰分颗粒周围会产生裂纹，使焦炭强度降低; 灰分中的碱金属等对焦炭碳溶反应起催化作用。此外，还要 求焦炭挥发份含量低，焦炭水分稳定在较低水平，硫、磷等有害元素含量低。(2) 粒度。要求焦炭粒度均匀，平均粒度保持在40~50 水平。大粒度的焦炭( ,75mm)在炉内易破碎，产生较多的粉末，恶化炉料透气性，使高炉压差升高，结果不得不减少风量，导致产量下降、焦比升高，因此炼铁精料技术要求: 炉料,5mm 的粉末含量要低于5,，炉料5~15mm粒级组成要低于30,。(3)冷态机械强度。一般采用焦炭的抗碎强度M和耐磨强度M作为衡量指标。要求M高，它反映的是焦炭的裂纹情况，即抗机械冲击401040 能力，与焦炭在高炉中保持块度能力密切相关。要求M低，它反映的是焦炭的焦体强度，即焦炭耐磨损能力，与高炉中焦炭的粉化性能密切相关。焦炭的冷态机械强度决定10 ) 及反应后强度(CSR)。CRI衡量的是着高炉内块状带的透气性和炉况的顺行程度。(4)高温性能。目前使用最广泛的高温性能衡量指标是起源于日本新日铁的块焦反应性(CRI焦炭在高温状态下与CO碳溶反应能力的稳定性;CSR 衡量的是焦炭在经受CO和碱金属侵蚀状态下保持高温强度的能力。 22 3.3 焦炭质量对炼铁产量的影响 焦炭在高炉炼铁中是不可缺少的炉料，对高炉炼铁技术进步的影响率在30%以上，在高炉炼铁精料技术中占有重要的地位。焦炭对高炉炼铁的作用是:一是主要的热量来源，高炉炼铁炭素(包括焦炭和煤粉)燃烧所提供的热量，占高炉炼铁总热量来源的 71%。随着喷煤比的提高，焦炭用量在逐步减少。但是，焦炭的用量总是要大于喷煤量。理论最低焦比为250kg/t, 焦炭在风口燃烧掉55%,65%。二是还原剂，焦炭还原作用是以 C和 CO形式来对铁矿石起还原作用。炉料到风口焦炭溶反应为25%,35%。三是生铁的溶碳，在高炉炼铁过程中焦炭中的 碳是逐步渗透到生铁中。一般铸造生铁含碳3.9%左右，炼钢生铁在4.3%左右。生铁渗碳消耗焦炭7%,10%。四是炉料的骨架作用，焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，球团矿，天然块矿)，又起到煤气的透气窗作用。 焦炭的4种作用中，提供热源的主导作用不会改变，这就决定了理论焦比最低值。低于这个最低值，高炉炼铁就难以正常生产，或经济上就不合算了。在各种条件下高炉炼铁中碳的还原作用和渗碳功能不会有较大的变化。在高喷煤比条件下，焦炭的骨架作用会显得更加突出，相应对焦炭的质量要求也会越来越高。否则，是难以实现高喷煤比，高炉炼铁不能正常生产。焦炭从料线到风口平均粒度减少20%,40%。劣质焦炭和热反应性差粉化率会很大。焦炭质量变化对高炉炼铁的影响是比较大的。通过洗煤可以降低煤炭中的灰分和硫分，采用干法熄焦可以降低焦炭的水分，提高主焦煤的配比和条取综合技术装备可以改善焦炭的M40和M10指标。从技术上讲上述 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 均是可行的。但是要把技术与经济管理相结合，找出最佳操作点，同时还要考虑到资源供给的条件。所以各企业要根据客观条件，本企业技术装备现状，科学、合理地提出不同时期不同炉容的高炉对焦炭质量标准。 高炉大型化以后对焦炭质量提出了新的更高要求，并对焦炭热性能等提出了要求。高炉大型化以后，料柱增高后，料的压缩率提高了，透气性变差。特别是炉缸容积变大 以后，炉缸的焦炭状态对高炉生产的影响更大了。不同容积的高炉又对焦炭质量要求见下表，炉容越大，要求越趋于严格。随着高炉炉容的大型化，对 M40的要求愈来愈高，而对 M10的要求愈来愈低;同理，对 CSR的要求愈来愈高，而对 CRI的要求愈来愈低;而对灰分和硫分要求倒是越来越小，总体，对焦炭的冷热态强度提出更高要求。 高炉大型化对焦炭质量提出了更高要求。要使所炼焦炭质量能够适应高炉大型化发展，则可通过洗煤降低灰分和硫分;采用干法熄焦降低焦炭水分，提高主焦煤配比和采取综合技术装备可以改善焦炭的M10、M40 以及CSR 、CSI等指标。 各国根据资源条件，高炉炼铁要求的焦炭质量是有较大差别(详见表1)。但是，工业发达国家的焦炭质量是明显优于中国，这是这些高炉技术经济指标优于中国的重要原因。 表1 各国冶金焦炭质量情况 中国 美国 德国 瑞典 韩国 英国 日本 荷兰 法国 俄罗斯 指标 ?级 ?级 ?级 Garg 蒂森 SSAB 浦项 含硫S，1% ?0.6 0.61,0.80 0.81,1.0 0.66 0.59 0.65 0.65 0.6 0.6 0.8 0.6 块度，mm 25,75 25,70 25,60 M40,% ?80.0 ?76.0 ?72.0 83.3 84 84.3 87.1 DI,80 87.8 91.2 M25?90 M10，% ?8.0 ?9.0 ?10.0 7.2 6.7 6.2 5.8 5.5 ?6 灰分，% ?12.0 12.10,13.50 13.51,15.0 8 9.2 8.5 11.3 10 9 9.4 10 10 水分，% ,40mm4.0?1.0 ,25mm5.0?2.0 25,40mm,12.0 4.75 4.5 焦炭的挥发份应控制在0.5%,1.0%为宜。过高会有生焦存在，焦炭强度差;过低是由于炼焦过火的原因，这时焦炭裂纹多，易碎。 高炉大型化以后，料柱增高后，料的压缩率提高了，透气性变差。特别是炉缸容积变大以后，炉缸的焦炭状态对高炉生产的影响更大了。炼铁工作者希望对不同容积高炉焦炭有不同的质量，详见表2。焦炭质量标准中应有热性能的要求。 焦炭含有K2O+Na2O有害杂质含量小于3.0Kg/t。 表2 不同容积高炉对焦炭质量要求 炉容,m3 1000 2000 3000 4000 5000 ?84 M40,% ?78 ?82 ?85 ?86 ?** M10,% ?8.0 ?7.0 ?6.5 ?6.0 反应后强度CSR,% 58 60 63 65 66 28 反应后指数CRI,% 26 25 25 25 灰分,% ?13.0 ?13.0 ?12.5 ?12.0 ?12.0 硫分,% ?0.7 ?0.7 ?0.65 ?0.60 ?0.60 粒度,mm 20,75 25,75 25,75 25,75 30,75 大于上限,% ?10 ?10 ?10 ?10 ?10 小于下限,% ?8 ?8 ?8 ?8 ?8 表3 焦炭质量对高炉炼铁的影响 焦炭质量变化 燃料比 生铁产量 高炉利用系数 渣量增加 灰分+1.0% +1%,2% -2%,-3% 2.7%,2.9% 硫分+0.1% +1.0%,3.0% -2%,-5% 水分+1.0% +1.1%,1.3% -2%,-5% M40+1% -5.6Kg/t +0.04 M10-0.2% -7Kg 从表3可看出焦炭质量变化对高炉炼铁的影响是比较大的。通过洗煤可以降低煤炭中的灰分和硫分，采用干法熄焦可以降低焦炭的水分，提高主焦煤的配比和条取综合技术装备可以改善焦炭的M40和M10指标。从技术上讲上述措施均是可行的。但是要把技术与经济管理相结合，找出最佳操作点，同时还要考虑到资源供给 的条件。所以各企业要根据客观条件，本企业技术装备现状，科学、合理地提出不同时期不同炉容的高炉对焦炭质量标准。 4 高炉炼铁对原料的要求 4.1 高炉炼铁对烧结矿的质量要求 烧结矿品位高低及波动大小，对高炉冶炼的影响很大。品位提高，单位炉容装入的铁量增加，高炉渣量减少，有利于提高高炉利用系数和焦比降低。鞍钢高炉生产实践证明，烧结矿品位提高1%，可降低焦比2%，高炉增产3%。强度好、粉末少、粒度均匀的烧结矿有利于强化高炉的冶炼。烧结矿在运往炼铁，装入高炉的过程中及在炉内的运动都受到冲击、摩擦、挤压等作用而使其破碎。强度差的烧结矿产生大量的粉末，使炉料透气性恶化，破坏顺行，影响生产。烧结矿中小于5毫米粉末每增加10%，高炉减产6%,8%，焦比升高。烧结矿粒度均匀，可以增加料柱空隙度，增加透气性和改善气流分布，有利于增产节焦。烧结矿中FeO含量的高低，是高炉原料还原性能好坏的重要标志。一般来说，在同一原料和生产工艺条件下生产的烧结矿，FeO越低，还原性越好。通常情况下，烧结矿FeO降低1%，而强度变化不大时，可降低焦比1%。但烧结矿的FeO含量降低至一定范围后会使烧结矿强度变差。所以不能单一追求降低FeO含量。 4.2 烧结矿质量对炼铁产量影响 烧结矿含铁品位下降1%，高炉焦比上升2%，产量下降3%。烧结矿亚铁变动1%，影响焦比1%--1.5%，影响产量1%--1.5%。碱度在1.2以下时，每变动0.1，影响高炉焦比和产量3%--5%。 强度对高炉的影响主要表现在返矿上，强度差，返矿(,5)含量上升，且返矿含量每变动1%，影响焦比0.5%，影响产量0.5%--1%。烧结矿的还原性对焦比和产量的影响:烧结矿在高炉内的直接还原度增加10%，焦比上升8%--9%产量下降8%--9%，烧结矿在60min，1000?条件下，间接还原度每升高5%，高炉煤气的利用率提高0.66%。烧结矿的低温还原度没提高5%，高炉焦比上升1.55%，产量下降1.5%，煤气利用率下降0.5%。 5 结语 原燃料是影响高炉冶炼水平的关键因素,也是价格最高的原料。从高炉冶炼角度加强烧结矿质量和焦炭质量的研究,充分利用新技术,精细优化,生产满足高炉冶炼需求质量的 原燃料,合理利用国内外优质资源,降低炼铁成本，从而实现产量与利润协调与发展。 参考文献: [1]《炼铁学》梁中雨编著，中国冶金工业出版社，2009. [2]《高炉炼铁原料的要求》林万明编著，化学工业出版社，2010.