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50年代，人們對高爐冶煉提出了以原料為基礎，采用大風量、高溫等技術手段的操作方針，使煉鐵技術有了新的進步。1959年我國太鋼、本鋼高爐突破中等冶煉強度的制約，把冶煉強度提高到1.11.3t焦/（m3.d），開創(chuàng)了世界高冶煉強度的先例，并在此基礎上總結出高爐強化理論（吹透強化，上下部調劑），促進了高爐煉鐵學的發(fā)展。20世紀70年代以來，高爐煉鐵技術朝著大型、高產、優(yōu)質、低耗、長壽、清潔的方向發(fā)展。各項經濟技術指標有明顯提高，入爐綜合焦比510540kg/t鐵，個別高爐降至480kg/t鐵以下，達到世界先進水平。1.2降低能耗的

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

3、反而會降低。因此，冶煉強度對焦比的影響，成為高爐冶煉增產的關鍵。 在高爐冶煉的技術發(fā)展過程中，人們通過研究總結出冶煉強度與焦比的關系，在一定的冶煉條件下，存在著一個與最低焦比相對應的最合適的冶煉強度i適。當冶煉強度低于或高于i適時，焦比將升高，而產量稍遲后，開始逐漸降低。這種規(guī)律反映了高爐內煤氣和爐料兩流股間的復雜傳熱、傳質現(xiàn)象。在冶煉強度很低時，風量及相應產生的煤氣量均小，流速低，動壓頭很小，造成煤氣沿爐子截面分布極不均勻，表現(xiàn)為邊緣氣流過分發(fā)展，煤氣與礦石不能很好地接觸，結果煤氣的熱能和化學能不能得到充分利用，爐頂煤氣中co2含量低，溫度高，而進入高溫區(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熱量，因此焦比很高。隨著冶煉強度的提高，風量、煤氣量相應增加，煤氣的速度也增大，從而改變了煤氣流的流動狀態(tài)，由層流轉為湍流，風口前循環(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度i適相對應的最低焦比值。之后冶煉強度繼續(xù)提高，煤氣量的增加進一步提高了煤氣流速，這將帶來疊加性的煤氣流分布，導致中心過吹或管道行程，在煤氣流速過大時，它的壓頭損失可變得與爐料的有效質量相等或超過有效質量，爐料就停止下降而出現(xiàn)懸料。所有這些將引起還原過程惡化，爐頂煤氣溫度升高，爐況惡化

5、，最終表現(xiàn)為焦比升高。針對具體生產條件，確定與最低焦比相適應的冶煉強度，使高爐順行，穩(wěn)定地高產。然而高爐的冶煉條件是可以改變的，隨著技術的進步，例如加強原料準備，采取合理的爐料結構，提高爐頂煤氣壓力，使用綜合鼓風，改造設備等，高爐操作條件大大改善。與改善了的條件相應的冶煉強度可以進一步提高，而焦比不會提高，相反與之相對應的最低焦比也進一步提高，這就是世界各國幾十年來冶煉強度不斷提高，焦比也降低的原因。但是，在任何生產技術水平上，當冶煉條件一定時，冶煉強度i與焦比k之間始終保持著極值關系，決不可以得出產量是與冶煉強度成正比地增長的簡單結論，而盲目追求高冶煉強度。超越冶煉條件允許的過高冶煉強度將使

6、焦比大幅上升。上述有關高爐冶煉重要技術指標ki間的關系還未解決經濟效益最佳的冶煉強度問題。在對鋼鐵的需求大于供給的條件下，實踐表明，盡管焦比的消耗對生鐵成本有著很大影響，但在一定的操作情況下，產品的最低成本并不是在最低焦比相對應的冶煉強度下，而是在略高的情況下取得的。所以出現(xiàn)這種情況，是因為最高產量是在比最低焦比相對應的冶煉強度稍高的情況下達到的。隨著產量的提高，單位生鐵成本中不隨時間變化的費用總和不斷降低。在k=f(i)曲線的最低值附近，隨著冶煉強度的提高，焦比上升的較緩慢，在這個區(qū)域內多消耗焦炭的費用能被節(jié)省下的加工費用全部補償，而且還有富余。實踐還表明，經濟上最合算的產量，并不是生鐵成本

7、最低時的產量，而是略高于這個最低產量。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，焦炭價格逐年上漲，節(jié)約焦炭以成為降低工序能耗主攻方向 。而節(jié)約焦炭實際就是降低焦比。焦比既是消耗指標又是重要的技術經濟指標，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、燃料質量和高爐冶煉過程，降低焦比；從風口噴吹輔助燃料，代替部分焦炭；尋求焦炭代替品（型焦）；開發(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，高爐的基本操作制度是降低焦比的關鍵環(huán)節(jié)，而高風溫、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。 本文通過國豐煉鐵廠450m3高爐提高

8、風溫、改善原料質量、 優(yōu)化操作、噴吹煤粉、富氧鼓風、高壓操作等實踐，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。不斷地進行試驗和研究，通過近幾年對煉鐵生產的逐步摸索和煉鐵設備的不斷改進在降低燃料消耗上取得了較為顯著的成績。在低燃料消耗的基礎上，通過不斷地強化冶煉，高爐的利用系數(shù)也有所突破。為中小高爐的生存和發(fā)展爭取到了較大的空間?，F(xiàn)就降低高爐燃料消耗途徑進行初步探討。2降低高爐燃料消耗途徑2.1優(yōu)化原料結構，使用精料2000年以前，原料結構基本為80%燒結礦、10%球團、10%生礦，由于當時燒結礦強度只有（小轉鼓）5060%，且球團含粉達30

9、%，生球團強度很差，致使高爐頻繁懸料和塌料（易引起爐涼），臨時補焦量增加，爐況波動大，燃料消耗高且煤比上不去，2007年以后，高爐爐料結構基本調整為78%燒結礦、8%球團、14%生礦。燒結礦等原料結構相對穩(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，基本杜絕了高爐懸料，爐況穩(wěn)定性增強，綜合焦比降低和利用系數(shù)提高較為顯著. 表1-1原料結構變化表年份20032004200520062007燒結礦83.182.581.180.478土球6.20000冷球2.30000外購豎球3.45.2000自產豎球5.06.012.3108現(xiàn)在使用精料精料是高爐強化的物質基礎，也是降低焦比的基礎；

10、強化高爐冶煉，降低焦比必須把精料放在首位。隨著高爐大型化和自動化及對強化冶煉和節(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，不但質量好，而且數(shù)量足。其具體內容可用“高、穩(wěn)、熟、勻、小、凈”六個字來概括?！案摺笔侵歌F礦石的品味高，還原性高，焦炭中固定碳高，溶劑中氧化鈣高，各種原料的機械強度高。國外要求入爐天然礦石含鐵量達62%以上，自溶性燒結礦含鐵57%以上，球團礦含鐵一般60%以上。對焦炭要求固定碳高，灰分低達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，又促進強化?！胺€(wěn)”是指各種化學成分穩(wěn)定，波動小。這是穩(wěn)定爐況，穩(wěn)定操作，保

11、證順行，實現(xiàn)自動控制的先決條件。“熟”是使高爐全部裝入燒結礦和球團礦，熟料率達到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，增產約0.3%。前蘇聯(lián)熟料年平均達95%，日本85%左右，在我國鞍鋼、本鋼、首鋼基本是100%熟料。全國重點企業(yè)自1981年以來平均值在90%左右。“小、勻、凈”是對原料的粒度而言。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。這樣原料在高爐內才能保證良好的透氣性和還原性?？傊褂镁系闹饕康氖且龅?）減少入爐粉末，2）提高入爐礦石品位，3）優(yōu)化爐料結構，4）改善焦炭質量。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改善原燃料質量穩(wěn)定煤氣流提高利用率優(yōu)化爐料結構和改善原燃料質量是穩(wěn)定煤氣流的最有效手段，2004年以后隨著高爐爐料結構的優(yōu)化和改善原燃料質量的改善，煤氣流穩(wěn)定性顯著提高，爐況波動次數(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，燃料消耗相應大幅度下降（見表2-1）。表2-1高爐近年來燃料消耗和利用系數(shù)指標年份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.但早些時候我廠高爐全部為雙鐘爐頂，相對于無鐘爐頂其密封性要差些，而且2006年之前高爐爐頂設備為普通材質合金（磨損快），設備維護力量薄弱，爐頂壓力只能維持30kpa左右，2007年以后，隨著對頂壓的進一步認識，逐步將頂壓提高，同時將爐頂設備更換無鐘爐頂，爐頂?shù)拿芊庑缘玫匠浞值谋ＷC，目前高爐爐頂壓力保持120kpa，煤氣利用率進一步提高，燃料消耗降低。由于高壓操作促進爐況順行，

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。國內外的生產經驗是，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作用只有伴隨著風量的增加或冶煉強度的提高才能明顯表現(xiàn)出來。因為在焦比不變，焦炭負荷一定的情況下，高爐生產率與風量，亦即單位時間內燃燒的焦炭量成正比。因此，在一定冶煉條件下，冶煉強度應以爐頂壓力成正比，即提高爐頂壓力可相應地提高冶煉強度，從而提高高爐生產率。高壓操作的這種降焦節(jié)能作用已為越來越多的高爐實踐所證實。根據實踐分析，高壓降低燃耗的原因歸結為改善了順行和煤氣利用，發(fā)展了高爐內的間接還原，抑制了直接還原。首先，高壓操作降低了煤氣流速

15、，延長了煤氣在爐內與礦石的接觸時間，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，直接還原反應取決于反應co+c=2co的發(fā)展。提高爐頂壓力，爐內平均壓力相應提高，促使該反應的平衡向氣體體積減小的方向（逆向）移動，從而抑制了直接還原的發(fā)展，或者說使直接還原推向更高的溫度區(qū)域進行。這同壓低軟熔帶，擴大塊料帶，提高co利用率的要求相一致。高壓操作對碳的氣化反應的抑制作用，在某種意義上也相當于降低焦炭的反應性。這對減少碳素溶解損失，提高焦炭高溫強度，改善軟熔帶和滴落帶的透氣（液）性，增加風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，促進焦比降低，生鐵中si顯著降低，這是因為硅在生鐵中的平均濃度與co分壓的平方成反比。另外，由反應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，導致了燃料的節(jié)省。高壓操作改善了煤氣分布，促進爐況穩(wěn)定順行和爐溫穩(wěn)定，因而可減少不必要的熱量儲備，適當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溫發(fā)揮更大效用，促進燃耗進一步降低。高壓操作使爐塵吹出量顯著減少，單位礦石消耗降低，實際

17、焦炭負荷得到保證，批料出鐵量增加，鐵的回收率提高，焦比應有所降低。實踐證明，實行高壓操作，不斷提高爐頂壓力水平，是強化高爐冶煉，增產節(jié)能的一條重要途徑。根據國內外經驗，1000m3級高爐，爐頂壓力應達到120kpa左右；2000m3級高爐，應達到150kpa以上；3000m3級高爐，應達到200kpa左右；4000m3級以上巨型高爐，應達到250300kpa。2.2.3燒結礦分級入爐，提高煤氣利用率試驗證明，將燒結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，高爐的透氣性稍有下降，但高爐是可以接受的，特別是對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，煤比不能進一步提高，風溫的使用也受到影響。到2007年10月我公司制氧投產，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，焦比進一步降低，高爐利用系數(shù)也達到.3.9。期間由于噴煤量不能增加，煤比反而下降（產量增加），制粉能力不足的矛盾更加突出，2007年9月新制粉設備（中速磨）投產，煤比突破150kg/t，最高達153 kg/t，風溫的使用也回升到1170