高爐冶煉低硅生鐵對鋼鐵工業(yè)來說具有重要的意義,可以降低焦比,提高產(chǎn)量,降低噸鐵能耗,而且還可以降低煉鋼過程中的渣量,從而減少活性石灰的用量和延長轉爐襯壽命;另一方面,高爐冶煉低硅生鐵可以減少煉鐵工序和煉鋼工序對環(huán)境的污染,減少鋼鐵工業(yè)的CO2排放量,實現(xiàn)“低碳經(jīng)濟”,創(chuàng)造巨大的社會效益。
工藝條件
梅鋼4號高爐于2009年5月12日投產(chǎn),有效容積3200m3,在設計上采用一系列新技術、新工藝,主要有(1)燒結礦槽前分級入爐技術;(2)小塊焦回收技術;(3)銅冷卻壁及薄爐襯技術;(4)爐缸采用超微孔炭磚及爐缸底部微杯等高爐長壽技術;(5)先進的轉鼓水渣處理技術;(6)高風溫外燃式熱風爐及帶附加燃燒爐的空、煤氣雙預熱技術;(8)大煤比煙煤噴吹技術;(9)采用高爐煤氣布袋干法除塵系統(tǒng);(10)出鐵場平坦并設有4個鐵口,可實現(xiàn)重疊出鐵。
高爐低硅冶煉機理
20世紀60年代以來高爐解剖研究的結果說明,在軟熔帶下沿形成的液態(tài)鐵水含[Si]、[S]量即已開始增高,下降到風口水平面時[Si]、[S]含量達到最大值。爾后,爐缸下部鐵滴穿過渣層時,[Si]、[S]又轉移入渣,最后降低至出爐成分。
鐵水的硅還原第一步是焦炭灰分中的SiO2或爐渣中的(SiO2)在風口帶高溫區(qū)還原生成SiO蒸汽,第二步是SiO氣并隨高溫煤氣上升,被由軟熔帶向下滴落的鐵液吸收,并被[C]還原。
通過以上高爐內的硅的還原機理,鐵水中硅的含量主要受爐料中帶入的SiO2以及風口高溫區(qū)生成的SiO(g)氣體反應的影響。根據(jù)Si在高爐內的行為,冶煉低硅生鐵的必要條件是:(1)控制Si源,從精料上下功夫,努力降低焦炭灰分和含鐵料中的SiO2量;(2)選擇合適的的爐渣堿度以及降低渣中SiO2的活度;(3)選用有利于高溫區(qū)下移的技術措施和操作制度使爐缸有穩(wěn)定的充足熱量,使鐵水的物理熱穩(wěn)定在較高的水平;(4)精心操作,包括原燃料成分穩(wěn)定,波動小,包括槽下稱量準確等;(5)提高CO分壓有利于高爐冶煉低硅生鐵。
實際生產(chǎn)中的操作對策
(1)影響硅還原的最關鍵因素是溫度,在高爐操作中可以提高煤比,降低風口區(qū)的理論燃燒溫度;適當提高爐頂壓力和富氧率來提高CO的分壓,從而也有利于提高煤氣利用率,這是冶煉低硅生鐵的關鍵。
(2)穩(wěn)定爐況,保持合適的煤氣流分布,控制并穩(wěn)定合適的燃料比和合理的鼓風動能。
(3)適度強化冶煉有利于高爐冶煉低硅生鐵,使高爐的軟熔帶下移,減少SiO氣體的反應時間。
(4)控制好渣鐵反應,及時排盡渣鐵,避免爐內受憋,減少爐渣中的SiO2還原進入鐵水。
(5)提高燒結礦堿度,提高燒結礦的冶金性能。
低硅冶煉采取的措施
穩(wěn)定爐況,調整合適的煤氣流分布
高爐的一切經(jīng)濟技術指標的取得必須是以爐況的穩(wěn)定為基礎,爐況的不平穩(wěn)勢必給爐內的各項制度造成波動,產(chǎn)量、焦比會受到很大的影響,低硅冶煉更無從談起,因此維持合適的上下部制度,調整合適的煤氣流分布是重中之重。
(1)選擇合適的上下部制度,優(yōu)化爐頂布料矩陣。
(2)調整鼓風動能并穩(wěn)定風量,密切關注爐身冷卻壁熱負荷。
改善并穩(wěn)定原燃料質量,做好槽下原料管理工作
提高原燃料質量、穩(wěn)定原燃料成份是實現(xiàn)低硅冶煉的基礎。采用合理穩(wěn)定的爐料結構,使用高堿度燒結礦并穩(wěn)定其堿度、品位,減少渣量,提高其冶金性能。
梅鋼燒結指標離低硅冶煉所需求的指標還待進一步提高,粒度還偏小,針對現(xiàn)有的原燃料條件必須做好槽下原燃料管理工作。為了最大程度減少其粒度波動,力求做到薄料層、多料嘴下料,同時對槽上料位低于3m的料倉必須停用,聯(lián)系原料進料再用。每天早班工長必須到槽下巡檢現(xiàn)場檢查原料情況,遇有篩網(wǎng)損壞積極聯(lián)系更換。避免粒度小的燒結進入爐內引起風壓波動。
適度強化冶煉,提高煤比
適度強化冶煉有利于高爐低硅冶煉。實際生產(chǎn)中高爐內Si的還原反應遠沒有達到平衡,強化冶煉可以減少通過還原反應進入生鐵的Si。強化冶煉后能使軟熔帶下移,縮短SiO氣體在滴落帶與液態(tài)渣鐵的接觸反應時間,減少Si的還原??梢酝ㄟ^提高富氧率,維持一定的爐頂壓力,提高利用系數(shù),促進煤氣利用率的提高,從而降低燃料比,減少爐腹煤氣體積,減少阻損,降低壓差,為提高煤比創(chuàng)造條件。煤比的提高能有效地降低焦比,煤粉的灰分較焦炭的灰分要小,現(xiàn)梅鋼噴吹煤粉平均灰分為9.49%,提高煤比都能有效地減少SiO2的入爐,同時用高風溫配合高煤比維持合適的理論燃燒溫度,既保證爐缸有充足的熱量,保證鐵水溫度在1500℃左右,又能使理論燃燒溫度降低到2110℃左右,有效地抑制Si的還原。
優(yōu)化爐渣性能,適當提高爐渣堿度
渣的堿度在一定程度上決定了其熔化溫度、粘度及粘度隨溫度變化的特征,以及脫S能力及各組分的活度。由CaO-SiO2-Al2O3系的相圖可知,(SiO2)的活度系數(shù)γ(SiO2)基本上隨著爐渣堿度的提高而降低,因此適當提高爐渣堿度,可降低渣中SiO2的活度,抑制SiO2的還原,但是隨著CaO含量的增加,爐渣熔化溫度和粘度升高,流動性變差,同時也會導致渣量的增加,對低硅冶煉不利,因此堿度必須控制在合適的范圍。提高二元堿度容易導致爐況不順,可采用增加渣中MgO,提高三元堿度的辦法,實現(xiàn)低硅冶煉。渣中MgO%增加,可降低SiO的氣化速度,從而有效地降低[Si];渣中MgO的提高既改善了爐渣的流動性,又提高爐渣熔點及脫硫能力。同時,當爐渣中(MgO)含量提高時,[Si]再氧化率增大,這是由于隨著(MgO)的提高,SiO2的活度降低,且爐渣粘度降低,改善了反應擴散的動力學條件。(MgO)既能抑制[Si]又能促進[Si]的氧化。在實際生產(chǎn)中關注爐渣Al2O3的含量,防止其過高,爐渣粘度較高,影響渣的流動性,對低硅冶煉不利。根據(jù)梅鋼現(xiàn)在的原燃料條件,爐渣Al2O3控制在15%左右,堿度在1.2,(MgO)8.7%,爐渣流動性好,爐缸活躍,能夠生產(chǎn)低硅低硫生鐵。
抓好渣鐵,力爭放凈渣鐵
隨著產(chǎn)量的提高,爐前出凈渣鐵顯得尤為重要,盡量避免因渣鐵放不凈導致爐內受憋,放凈渣鐵能夠穩(wěn)定風量、風壓,保證爐內煤氣流分布的穩(wěn)定,爐前出鐵在1h不來渣或渣鐵放出率低于生成率一定時間,必須開兩個鐵口重疊出鐵。渣鐵放不凈,爐內受憋,勢必導致爐渣中的SiO2重新被還原進入鐵水,從而導致爐溫跳起,又使軟熔帶高度改變,進而影響煤氣流的變化,導致爐況不平穩(wěn)。所以對大高爐而言,爐前渣鐵處理得不好,導致爐溫上行過高,甚至會產(chǎn)生熱懸料。當然輪流出鐵也顯得相當重要,大高爐單邊出鐵時間過長,會導致爐缸渣鐵排出的不均,會影響到上部的下料不均,從而引起探尺偏料程度的加劇,長時間發(fā)展下去會導致局部管道氣流威脅爐況穩(wěn)定。一般而言,一爐鐵放鐵后期[Si]會有所下行,也是對放凈渣鐵,減少渣中SiO2同鐵水中石墨碳反應的機率的有力佐證。
(1)爐況平穩(wěn),原燃料成份穩(wěn)定,出鐵連續(xù)均勻,操作精細,是低硅冶煉的不可或缺的條件。隨著外圍設備等一系列管理工作的完善,[Si]還能進一步降低,必能為降本增效做出更大的貢獻。
(2)穩(wěn)定現(xiàn)在的恒風溫操作,無需用上限風溫1250℃,可適當留有余地,同時關注空氣濕度的變化,酌情控制燃料比。
(3)繼續(xù)完善上部制度,調整合適的煤氣流分布,提高煤氣利用率,降低壓差水平,為大煤比創(chuàng)造條件,更有效地降硅。