号高炉降低燃料比和提高喷煤比的工业实践精.docx
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号高炉降低燃料比和提高喷煤比的工业实践精
第44卷 第3期 2009年3月
钢铁
IronandSteel
Vol.44,No.3
March 2009
首秦1号高炉降低燃料比和提高喷煤比的工业实践
丁汝才1,2, 吴 铿2, 尹晓莹2, 费三林2, 何海熙2, 韦少华2
（11首秦金属材料有限责任公司,河北秦皇岛066326; 21北京科技大学冶金与生态学院,北京100083
摘 要:
首秦1号高炉的技术装备、工艺水平、自动控制和环保节能等方面的新技术都达到了较高水平。
高炉达到设计指标后,在原燃料质量不断提高的同时,采用技术创新与技术进步,解决了高炉单系统流程给生产带来的新问题,使得新技术、新装备能力达到较高水平,生产综合指标不断提高。
实现燃料比低于492kg/t,煤比高于180
kg/t,在国内同类高炉中位于领先的水平。
关键词:
高炉;燃料比;喷煤比;高炉操作
中图分类号:
TF538 文献标识码:
A 文章编号:
04492749X（20090320018206
IndustrialPracticeofLowFuelRateandHigh
PCIonBFNo11atShouqin
DINGRu2cai1,2, WUKeng2, YINXiao2ying2, FEISan2lin2, HEHai2xi2, WEIShao2hua2
（11ShouqinMetalMaterialCo.,Ltd.,Qinhuangdao066326,Hebei,China; 21SchoolofMetallurgyand
EcologicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China
Abstract:
Thetechnologyappliedtoproductionfacilities,automaticcontrolaswellasenvironmentprotectionandenergysavingatShouqinBFNo11reachedtoahigherlevel.AfterrealizingthedesignedcapacityofblastfurnacethequalityofprimarymaterialscontainingFeandfuelareimprovedconstantly,technologyinnovationandimprovementhavebeenadoptedtosolvetheproductionproblemscausedbyBFprocess.Thecapabilityandperformanceoftheblastfurnacehavebeenoptimizedconstantly.Thefuelrateislessthan492kg/t;however,rateofpulverizedcoalinjectionisover180kg/t.SotheperformanceofShouqinBFNo11isintheleadingpositionatsimilarsizeBFinChina.
Keywords:
blastfurnace;fuelrate;PCI（pulverizedcoalinjection;BFoperation
基金项目:
国家高技术研究发展（863计划资助项目（2006AA06Z121
作者简介:
丁汝才（19652,男,博士生,教授级高级工程师; E2mail:
dingrucai@sina1com; 修订日期:
2008208218
首秦金属材料有限责任公司（以下简称首秦1号高炉2004年6月投产。
高炉有效容积为1200m3,18个风口,2个出铁口。
热风炉采用俄罗斯卡
鲁金顶燃式热风炉,煤气、空气分别双热到250℃和700℃;原料供应系统采用无中继站炼铁联合料仓
直接上料;炉顶装料设备为无料钟式布料器;炉体冷却系统采用全软水分段控制及全覆盖冷却壁技术;炉体采用喷注内衬;炉渣处理采用螺旋排渣技术。
高炉煤气回收系统采用全干式低压脉冲布袋除尘工艺。
首秦1号高炉生产特点为单系统生产流程,即1台烧结机,1座高炉,1台板坯连铸机,前后工序影
响大;铁前系统无料场,无焦化系统,焦炭全部外购,其质量受市场状况的影响较大;烧结原料为全进口粉,SiO2低、Al2O3高、碱度低。
在生产过程中采用技术创新与技术进步,使得各种新技术、新装备能力达到高水平,生产指标不断提高,高炉达到了低能耗
和高喷煤比的效果。
1 低综合燃料比的操作规律研究
1.1 入炉原燃料质量的提高1.1.1 改进烧结矿的质量
首秦烧结生产全部使用进口粉,按照入炉矿品
位（60±0.2%,烧结矿碱度1.70,烧结矿
w（SiO2≥4.3%,w（MgO=2.0%~2.2%,炉渣w（Al2O3≤15.5%的限制条件进行烧结。
通过前期初步探索,确定了含铁料配比方案为39%秘鲁细粉+35.5%HIP澳粉+10%巴西MBR精
粉+15.5%烧结矿粉末,另配加4%钢渣+1.4%蛇纹石+1.4%白灰。
在开始使用该配比前两周,烧结矿生产顺利,质量可以满足高炉炼铁生产的要求。
之后不久烧结矿各项指标显著下降,严重制约着高炉生产。
通过质量和设备攻关,查明由于原料中矿粉钾、钠含量高,高炉粉尘返回到烧结过程中,使得原料中
第3期丁汝才等:
首秦1号高炉降低燃料比和提高喷煤比的工业实践
钾、钠的含量进一步升高,造成烧结台车篦条严重堵塞,烧结负压大幅度升高。
据此采取了提碱度,增加FeO含量,减少高K、Na矿粉比例等措施,解决了烧结糊篦条的问题。
针对烧结进口矿粉SiO2含量低、铁含量高,而烧结矿碱度又不宜控制过高的特点,采取配加蛇纹石提高烧结矿中SiO2的含量,增加液相以解决碱度不高,引起烧结矿液相对少的问题,从而稳定烧结矿强度[1]。
烧结矿中SiO2质量分数由411%~5.0%的宽幅波动逐步稳定在4.7%~510%,确定了合适的烧结矿FeO含量。
烧结点火温度由920~960℃逐步提高到1000℃,同时提高混合料的温度,并使用了厚料层烧结。
烧结矿质量稳步提高,至2005年7月后转鼓指数达到75%以上。
表1为2004年至2006年首秦高炉烧结矿的平均化学成分。
高品位和高质量的烧结矿对高炉顺行创造了有利的条件。
表1 首秦1号高炉烧结矿的化学成分（质量分数
Table1 ChemicalcompositionofthesinteroreusedonBFNo11atShouqin%年TFeCaOSiO2FeOSCMnMgOAl2O3PTiO2K2O转鼓ZnO200458.118.354.6010.070.010.060.182.751.470.0800.137-72.75-200558.438.354.669.820.010.040.222.231.610.0800.120-74.86-200658.408.414.729.650.010.020.182.001.650.0690.1100.02876.810.022
1.1.2 提高入炉澳矿块的比例
保持入炉澳矿块达到较高的比例是降低原料成本的一项有力措施。
但是澳矿块具有热爆裂的特性。
当入炉的澳矿块比例达到一定水平后,会影响炉况顺行,需要确定适合的入炉澳矿块比例。
2005年初,首秦1号高炉入炉矿石中澳矿块比例已达到15%,入炉澳矿块质量的稳定与否对炉况顺行有很大影响。
秦皇岛地区雨季时间长,降水频繁,雨后生矿粉末会粘在澳矿块表面,糊住筛孔,并且粘在料仓下料口,影响生矿的使用。
通过清理澳矿块仓口和采取防雨措施,把雨季对澳矿块的影响降到最低程度,2005年雨季入炉澳矿块比例达到16.22%。
为保证入炉含鉄原料的质量和成分的稳定,强化了澳矿块和秘鲁球团的港口和入厂取样分析工作。
表2和表3分别给出了澳矿块和秘鲁球团、氧化球团的化学成分。
在逐步使用澳矿、秘鲁球和氧化球后,增加了首秦1号高炉入炉含铁原料的品位,从2004年到2006年分别为58.11%,60.21%和60.28%,为保证高炉操作顺行和高产提供了必要的基础。
表2 首秦1号高炉澳矿的化学成分（质量分数
Table2 ChemicalcompositionofAustralianoreusedonBFNo11atShouqin%年TFeSiO2CaOMgOAl2O3SCPTiO2TMnFeOK2ONa2OZnOPbO200563.293.580.120.201.370.0300.0800.0900.0600.0700.860.030-0.010-200663.503.150.070.271.400.0420.0630.0890.1820.108-0.1080.1290.037-
表3 首秦1号高炉秘鲁球团和氧化球团的化学成分（质量分数
Table3 ChemicalcompositionofoxidizedpelletandPerupelletusedonBFNo11atShouqin%项目TFeSiO2CaOMgOAl2O3TMnPTiO2CSFeOK2ONa2OZnOPbO2005年秘鲁球团65.763.500.540.990.420.0400.0100.0700.0500.0300.750----2006年秘鲁球团65.563.720.541.050.560.0410.0190.0680.0430.0250.6800.1030.8520.0420.0142006年氧化球团65.224.810.360.670.810.0710.0090.2500.0190.0110.6100.0400.430--
1.1.3 加强对入炉焦炭的管理,改善焦炭质量
首秦高炉所用焦炭全部是外购焦炭,厂家和品种多,质量差别大。
2005年初高炉使用多达7种不同质量等级的焦炭。
同时,经常发生一种焦炭用完后改用另一种焦炭的现象,有时4种焦炭同时入炉。
为提高焦炭质量和保持入炉焦炭相对稳定。
采取主要措施如下。
（1稳定各厂家比例,均衡使用,确定了以一级焦炭为主,占入炉总焦炭量的2/3以上,并搭配不到1/3其它焦炭,首秦1号高炉入炉一级焦炭比例的变化如图1所示。
由图可见,在2005年8月后入炉一级焦比例达到85%以上的水平。
（2入炉焦炭的厂家一般不多于3家,减少了由于入炉焦炭品种变化而导致的炉况波动。
对于量
・
9
1
・
钢 铁第44卷
少质量不稳定的焦炭,不再选用,最终只保留了4种
质量稳定、供应量充足的焦炭,使入炉焦炭质量明显稳定和提高。
（3实行对焦炭冶金性能每周定期检验的制度,使得高炉用焦炭的质量管理更加规范。
由表4可以看出首秦2005年、2006年所用焦炭的CSR>60%,CRI<26%,满足了进一步提高喷煤比对焦炭质量的要求
。
图1 首秦1号高炉入炉一级焦炭的比例
Fig.1 Percentageoffirstgradecokeaddedinto
BFNo11atShouqin
表4 首秦1号高炉所用焦炭的成分（质量分数与性能指标
Table4 Compositionandpropertyindexesofcokeused
onBFNo11atShouqin
%
年
Ad
Vd
Std
强度耐磨
反应性
（CRI反应后强度
（CSR
200411.231.64
0.5882.776.5226.6059.05200511.521.630.5484.036.6125.6063.19200611.431.650.5583.446.78
25.48
60.68
表5 首秦1号高炉所用喷吹煤粉的成分组成（质量分数
Table5 Compositionofpulverizedcoalinjected
intoBFNo11atShouqin
%
年
Mad
Ad
Vd
Std
Fcd
2004-8.0416.08--20052.597.0517.090.2275.862006
2.607.0217.060.22
75.92
1.1.4 改进喷吹煤粉的性能
考虑到全进口粉烧结矿Al2O3偏高,高炉终渣
中Al2O3高的情况,在喷吹煤种的选择上注意挑选灰分中Al2O3相对低的煤种。
首秦所使用的烟煤中Al2O3的含量不到无烟煤中的一半,增加烟煤的配比不仅可以提高煤粉中的挥发分,即提高煤粉在风口前的燃烧率,而且还可以降低煤粉中Al2O3的含量[2,3]。
首秦喷吹的煤为混煤,烟煤和无烟煤的比例从2005年后由1∶3逐步提高到1∶2以上,平均灰分稳定到7%左右,挥发分由原来的15%~17%,逐步增加到17%~19%（表5,有利于降低渣铁比,提高喷煤比。
表6 首秦高炉喷吹煤粉在炉内利用率
Table6 Utilizationofpulverizedcoalinjectedinto
BFNo11atShouqin
喷煤比/（kg・t-1135150185煤粉固定碳含量/%77.2478.6777.40重力灰量/（kg・t-113.7810.0816.18重力灰碳含量/%
39.7334.6027.48重力灰中未消耗煤含碳比例/%00.475.57重力灰中未消耗煤量/（kg・t-1
00.050.90布袋灰量/（kg・t-19.187.2310.79布袋灰碳含量/%
28.6329.8324.33布袋灰中未消耗煤含碳比例/%1.620.067.56布袋灰中未消耗煤量/（kg・t-1
0.150.130.82未消耗煤总量/（kg・t-10.150.181.72喷煤带入总碳量/（kg・t-1104.3118.0143.2煤粉中碳的利用率/%99.8699.8598.80煤粉的利用率/%
99.89
99.88
99.07
表6中给出了首秦高炉喷吹煤粉在高炉内的利用率[3~6],在不同煤比取了高炉炉尘灰各2~3个试样,表中给出的是试验的平均值。
由表中的结果可见,首秦高炉喷吹煤粉的利用率是很高的,在喷煤比达185kg/t时,煤粉利用率可以达到99.07%的水平,表明首秦1号高炉可以达到高喷煤比和低的能量消耗。
1.2 高炉操作技术的优化1.
2.1 合理的送风制度
首秦1号高炉开炉顺利,很快达到了风量2850
m3/min、顶压1.7kg/cm2的设计水平。
其送风制度的特点是:
适宜的风速,大动能,以活跃炉缸。
正常生产时动能保持在90~105kJ/s,高炉操作参数见表7。
表7 首秦1号高炉的操作参数
Table7 OperationparametersofBFNo11atShouqin
年
风温/℃
风量/（m3・min-1
风压/MPa
顶压/MPa
入炉品位/%
CO2
CO2+CO/%
渣铁比/（kg・t-1
2004
94323592.3201.22858.11--2005115427542.9201.62060.2147.674285.49
2006
1227
2682
0.296
0.164
60.28
47.855
246.87
・
02・
第3期丁汝才等:
首秦1号高炉降低燃料比和提高喷煤比的工业实践
表8 首秦1号高炉的煤气组成（体积分数
Table8 CompositionofBFNo11gasatShouqin%年2月CO2O2COCH4H2N2200620521.36022.130.211.2854.76200620619.58020.950.151.3457.77200620719.91021.490.351.4156.55
在焦炭负荷达到5.0以后,高炉在风量不变时,压差升高。
为此采取了逐步扩大风口面积的措施,风口面积分3步由0.2388m2逐步扩大到0.2608m2。
风速按230~250m/s控制。
适当增加富氧量,富氧率逐步增加到1.5%,以提高煤粉的燃烧率。
采用了中心加焦炭的技术,引导高炉内煤气流适当向中心发展,使炉缸保持活跃,降低了压差升高的幅度,保证高炉顺行[1]。
高炉煤气利用率保持在47%~48%。
表8为1号高炉2006年5月至7月的高炉煤气组成。
1.2.2 灵活的装料制度
通过装料制度的调剂,控制高炉煤气流在炉内合理的二次分布,并保持稳定。
利用无料钟的旋转布料器,精准控制不同含铁炉料在炉喉面的落点位置,获得合适的高炉内的风量和分压的关系,达到提高煤气利用率和降低燃料比的目的[1]。
在高炉投产后3个不同时期的装料制度如下。
（1初期:
高炉投产阶段受炼铁前后工序的制约,烧结矿质量差,高炉风量小,焦炭负荷轻,矿批小（18~21t。
矿角由开炉时单一的αK30（8逐步过渡到αK28（8。
焦角由相对集中的αJ34（232（229（225（2向中心和边沿扩展,变为αJ36（433（230（126（322（1,保证了高炉顺利开炉和开炉后前3个月外界不稳定的情况下高炉的顺行。
（2稳定达产时期:
随着全风口作业,逐步提高风量、加大矿批及加重焦炭负荷,调整装料制度逐步向发展中心煤气流过渡。
风量保持在2850m3/min左右,矿批26t左右,焦炭负荷在4.90以下。
矿石和焦炭装料方式逐步变为:
αK33（331（429（3,α
J38（136（433（330（126（322（1。
采用该种装料方式后,对焦炭负荷的加重起到了很好的帮助作用。
（3高喷煤比时期:
焦炭负荷增加到5.0以上后,喷煤比也大幅度提高,炉腹煤气量明显增大。
矿批达到27~27.5t,装料制度调整的原则是适当发展中心煤气流。
矿焦装料方式改变为:
αK35（133（230（333（2,αJ38（136（433（230（226（219（116（1。
根据首秦1号高炉澳矿块料仓加料尾的特点,利用无料钟炉顶加料设备把生矿布在矿石的中间环位上,降低了生矿对高炉顺行造成的不利影响。
从上述调整过程可以看出,装料制度的变化都是配合焦炭负荷加重和矿批的扩大进行的。
在上述调整过程中,高炉煤气利用率始终保持在47.5%以上的水平,为保持低综合燃料比创造了良好的条件。
应该指出的是这些调整都是基于入炉原燃料质量稳定和提高的基础上进行的。
1.2.3 稳定的热制度
焦炭负荷在5.0以下,热风温度（1100℃左右和喷煤比（140kg/t以下水平不高,高炉接受热风的能力较强,炉温相对好控制。
焦炭负荷超过510后,热风温度（1200℃以上和喷煤比（180kg/t都同步提高,高炉风量和风压关系逐步变得紧张,炉温不好控制。
通过改善原燃料质量和调整高炉装料制度,高炉风量和风压关系得到改善,提高了高炉接受热的能力,[Si]也控制在规定水平内。
生产进入稳定期后,铁水w（[Si]控制在0130%~0145%,2004-2006年平均铁水成分见表9。
表9 首秦1号高炉铁水的化学成分（质量分数
Table9 CompositionofhotmetalofBFNo11atShouqin
%年CSiMnPSTi
20045.070.460.250.070.040.0520055.030.380.230.090.030.0420064.860.440.190.080.040.04
由于热风温度保持在较高的水平（近1200℃,热风带入炉内的物理热充足,出铁时测定的铁水温度能够保持在1450~1510℃的较高水平。
特别需要指出,在焦炭负荷达到5.0以上后,保持活跃的炉缸至关重要,可使高炉有较强的适应外界突变的能力。
1.2.4 合适的造渣制度
首秦1号高炉炉渣的特点是渣量低、w（Al2O3偏高,在15%~17%之间波动。
首秦高炉含铁料中的烧结矿和澳矿块中Al2O3含量都比较高。
烧结矿中的Al2O3主要来自澳矿粉和自产钢渣。
Al2O3含量高,导致炉渣粘度高,流动性差,影响高炉透气性。
尤其是在高炉长时间停风后,由于炉渣物理热低,流动性严重变差,给高炉恢复造成很大困难。
在烧结矿配料时,其中炼钢炉尘的返料中只用
・
1
2
・
钢 铁第44卷
低铝钢渣,将烧结矿中Al2O3质量分数保持在1.70%以下,使高炉渣中Al2O3质量分数可控制在低于17%以下的水平。
如果烧结矿中Al2O3质量分数突然增加,则添加少量萤石改善炉渣流动性,保证高炉下部区域有良好的透气性。
首秦1号高炉炉渣中MgO质量分数一般控制在10%左右,二元碱度控制在1.10~1.20,见表10。
从表10可见,虽然渣中的二元碱度略有增加,渣中的硫含量略有下降,生铁中硫含量增加,但保持在要求的水平内。
表10 首秦1号高炉炉渣成分（质量分数Table10 CompositionofslagofBFNo11atShouqin
%年CaOMgOSiO2Al2O3FeOTiO2SR200436.4413.1532.7214.990.430.601.061.12200537.4510.8032.5816.230.410.550.871.15200638.5910.1733.1015.570.430.550.741.17
1.3 不断地提高高炉操作水平
1.3.1 逐步加重焦炭负荷
随着原燃料质量的不断改善,逐步加重焦炭负荷,并探索出重负荷条件下操作的基本制度。
在喷吹比逐步增加的情况下,采用高风温、适度富氧及高煤粉挥发分,保证煤粉的充分燃烧。
保持适当高的风口理论燃烧温度和炉缸活跃,确保高炉顺行[6]。
1.3.2 计划停风的快速恢复操作
在首秦公司的单系统流程中,只有1个15万m3高炉煤气柜作为高炉煤气用户,包括热风炉、煤制粉加热炉、烧结点火器和75t锅炉,在高炉停风阶段保持高炉煤气平衡和缓冲。
另一方面,高炉炉尘的处理采用全干法布袋除尘系统,对高炉煤气的温度和湿度要求较为严格。
高炉送风后如果不能尽快地送气,热风炉和制粉系统就不能正常启动,进而影响高炉的热制度,延缓高炉的恢复进程。
经过不断摸索,总结出高炉休风后快速恢复的技术如下。
（1低温下快速输出高炉煤气。
送风初期,风量小,煤气温度低,干法布袋箱体入口温度升温缓慢。
通过探索,掌握了在较低煤气温度下干法除尘送气的技术。
送煤气时间由送风后1h左右缩短到15~20min,为高炉快速恢复风量创造了条件。
（2停风料线高度的控制。
根据停风时间的长短对停风料的加入量和加入时间做好安排,要确保停风时料线高度处于软熔带的根部位置,使该处的焦炭层厚一些,以便送风时煤气顺利通过此部位,能保证在快速恢复风量的过程中,得到合理的热量补充,使炉缸渣铁温度充沛。
（3创造尽快回复焦炭负荷的条件。
在不影响检修和安全的前提下,停风前喷煤系统罐内储存一定量的煤粉,保证送风后随时可以喷煤,既保证了停风后的焦炭负荷不至于降低,又达到了尽快增加风量和提高风温。
（4保持适合的鼓风动能。
根据停风时间的长短和停风前的高炉顺行状态,送风时堵住若干风口,随着加风再逐一捅开,既保
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