高炉低硅冶炼生产实践.doc

高炉低硅冶炼生产实践 黄少磊 摘 要 从高炉低硅冶炼原理进行研究，通过对生产指标的对比分析，改善焦炭质量、合理炉料结构、调整操作制度等措施，实现高炉低硅冶炼的生产实践。关键词 高炉 低硅冶炼 操作制度 成本1 前言 高炉冶炼过程中，铁水含硅量的控制是评价高炉冶炼技术水平和高炉铁水质量的重要指标。高炉进行低硅冶炼，可以降低焦比，提高产量，改善生铁的质量，从而改善技术经济指标；铁水硅含量的降低还可以改善铁水流动性，减轻炉前工人劳动强度；转炉使用低硅铁水进行炼钢生产可以减少熔剂和氧气的消耗、减少渣量、缩短吹炼时间，同时还可以改善脱磷的效果。可见，采用低硅冶炼会给炼铁和炼钢带来很好的经济效益，是企业实现低成本战略的有效途径。对于不同生产条件和操作炉型的高炉，进行低硅冶炼需要结合实际情况研究分析，最终用于指导生产实践。二铁高炉有效容积480m3，高炉设计年平均利用系数3.0 t(m3 d)，其采用PW串罐无钟炉顶、TRT炉顶煤气余压发电、高温顶燃式热风炉、大喷煤等一系列先进、成熟、可靠的炼铁技术与设备。2 高炉进行低硅冶炼的机理分析 在高炉冶炼过程中，高炉铁水中的硅主要来源于焦炭灰分、矿石脉石、煤粉中的二氧化硅，现在高炉炼铁者普遍认为焦炭灰分中的二氧化硅是高炉铁水硅的最主要的来源。 (1)在高炉冶炼过程中，硅(分子式为“Si”)主要是以SiO2形式存在，可是SiO2是非常稳定的化合物，分解压力很小，用CO还原SiO2几乎是不可能的，只能用固体碳部分地还原SiO2，且SiO2还原的还原率仅为5101。 大量研究表明1，高炉内硅(Si)还原主要是分两步完成的：第一步是焦炭灰分中的SiO2与碳(C)反应形成SiO蒸气；第二步是随着煤气上升的SiO蒸气被铁珠吸收或吸附在焦炭块上，被铁中C和焦炭的C还原成Si。基本化学反应如下： SiO2+CSiO(g)+CO SiO+CSi+CO SiO+CSi+CO (2)在高炉冶炼过程中，硅(Si)被还原同时，还存在着Si被重新氧化成为(SiO2)的耦合反应，该反应发生在铁滴穿过渣层时和在炉缸贮存的渣铁界面上。基本化学反应如下： Si+2(FeO)(SiO2)+2Fe Si+2(MnO)(SiO2)+2Mn Si+2(CaO)+2S(SiO2)+2(CaS)3 高炉低硅冶炼相关因素分析 通过对高炉低硅冶炼的机理分析，可以从控制铁水中硅的来源和铁水中硅的反应生成条件着手考虑，最终达到低硅冶炼目的。31 焦炭对低硅冶炼的影响 在高炉冶炼过程中，焦炭灰分中的二氧化硅是高炉铁水硅的最主要的来源，所以对焦炭性能的研究分析有助指导高炉进行低硅冶炼。在高炉环境中，焦炭灰分中SiO2的活度可以认为是1，即SiO2以自由态存在；炉渣中SiO2的活度只有焦炭中的1101201。所以在生产实践中，高炉铁水中硅主要来源于焦炭灰分，焦炭灰分的高低和人炉焦炭数量的多少将直接影响高炉铁水含硅量。 在高炉冶炼条件下，减少焦炭的高温溶损反应、提高焦炭的热强度，有利于加强焦炭本身对灰分中二氧化硅束缚能力，降低灰分中二氧化硅的自由度，同样有利于高炉进行低硅冶炼。 32 高喷煤比对低硅冶炼的影响 高煤比是当今高炉炼铁技术进步的充分体现。在喷煤量较大的情况下，随着煤比的提高，人炉焦比逐步降低，每批炉料装人的焦炭量相应减少，随之焦炭带人炉内的灰分也相应减少；其次由于提高喷煤量可以降低风口前理论燃烧温度，从而抑制SiO2的还原和SiO气体的产生；三是虽然煤粉中也带人炉内一定数量的灰分，但是通过生产实践分析认为其灰分中的大部分SiO2首先与渣液中碱性氧化物反应，生成较为稳定的炉渣。 33 煤气利用率对低硅冶炼的影响 提高煤气利用率、降低综合燃料比，是低硅冶炼的有效途径。煤气利用率提高之后，必然可以降低高炉综合燃料比，因燃料灰分带人炉内的SiO2会虽之减少；由于煤气利用率提高后，有利于保证充足铁水温度，为生铁及有关元素的还原提供足够的温度条件；在高炉进行低硅冶炼过程中，充足铁水温度是高炉安全运行生产有利保证。 34 炉渣二元碱度(CaOSiO2)对低硅冶炼的影响 在保证高炉稳定顺行的基础上，低硅冶炼必须适当提高炉渣碱度。提高炉渣碱度后，可以提高高炉内软熔带的熔化温度，适当降低软熔带的位置，缩小滴落带的空间范围，缩短液体渣铁在滴落带的滞留时间，减少硅(Si)的还原；二是可以促进Si被重新氧化成为(SiO2)的耦合反应；三是有利于提高炉渣的脱硫能力和炉缸的热量贮备等。所以，在生产实践中有一句“降炉温，提碱度”的俗语说法。35 炉顶压力对低硅冶炼的影响提高顶压操作对低硅冶炼的影响可以从以下方面讨论：一是提高炉顶压力可以降低高炉内煤气流速，增加煤气在炉内停留时间，改善煤气流分布，提高煤气利用率，降低焦比，减少焦炭灰分的人炉量。二是提高炉顶压力可以抑制SiO2CSiO气CO反应的发展，减少SiO气体的产生，降低硅(Si)的还原率。三是提高炉顶压力可以抑制炉内的焦炭的直接还原，减少高炉高温区域焦炭的反应消耗，巩固焦炭对其灰分中SiO2的束缚，降低SiO2被还原的概率。四是提高炉顶压力可以加快冶炼进程，减少SiO2在炉内的滞留时间。4 高炉低硅冶炼的生产过程控制 在生产实践中，高炉十分注重对低硅冶炼的过程控制，其目的在于将Si控制在最佳范围内，最大限度地减少炉况波动，同时保证铁水质量，确保高炉安全生产运行。41提高精料水平 (1)通过优化炼焦配煤技术，逐步扩大炼焦用煤资源，保证焦炭质量稳步提升，为高炉提供了优质焦炭2。(2)进行配矿研究，优化炉料结构。高炉经过开炉后的生产实践和对人炉原料性能分析认为：自产高碱度烧结矿强度高，还原性好；酸性球团矿形状均匀规则，粉末少，品位高，FeO含量适中，还原性好；进口块矿品位高，人炉后形成渣量少。因此，从技术和经济角度考虑，高碱度烧结矿酸性球团矿块矿互相搭配的炉料结构属于最优炉料结构。42调整操作制度421 调整装料制度以稳定焦炭平台为基础，合理确定矿角环位和布料圈数，将矿批维持在17t左右，根据炉内压量关系确定焦炭负荷，保证边缘和中心区两条煤气流顺畅，适当发展中心煤气流，抑制边缘气流，提高煤气利用率，为降低人炉焦比、进行低硅冶炼创造了良好条件。高炉目前基本布料矩阵如下：布料顺序角度35343332313029矿3322焦3223422 调整送风制度 根据高炉的炉型发展状况，利用定修、年修机会适当调整风口面积和风口布局，稳定下部气流，保证上、下部制度的优化匹配。并通过稳定风温、实现富氧等，保证喷煤比稳定提高。 (1)合理富氧。根据其他单位高炉富氧喷煤实践，当鼓风中氧过剩时，煤粉在风口前的燃烧率可达70以上。根据实践情况，高炉的富氧率控制在2.0左右。 (2)制定合理的烧炉制度，保证合理风温使用水平，风温达到1150以上，基本能够满足煤粉在炉内的预热、脱气、热分解等需要的热量补偿。423 调整造渣制度 根据原燃料情况及炉前渣铁样分析，合理确定R计。由于人炉原料中，TiO2和A12O3含量相对偏高，适当控制渣中的TiO2、A12O3和MgO含量，保证渣铁流动性和炉况稳定顺行，为高炉进行低硅冶炼创造条件。424调整热制度 在保证炉况稳顺的前提下，根据炉况及时调整煤量、风温、富氧等，必要时调整焦碳负荷，确保炉缸热量充沛，控制合理的Si，控制好铁水温度在1430以上，保证热量收支基本平衡和高炉安全生产运行。高炉2010年铁水温度情况见表：43 适应气流变化的压差控制及顶压调整高炉建成投产以后，高炉压差长期控制在130 kpa。对于的炼铁工作者来讲，由于受原料质量限制，一直对立地看待压差与顺行的关系，通过提高顶压至130kpa，加强原燃料筛分管理等措施等降低压差，为保证炉况顺行、进行低硅冶炼创造了条件。铁水温度时间1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2010年144014531447145914391450145414511452145515421446 在高炉的实际操作中，当炉内气流发生较大变化或炉内的压量关系紧张且不匹配时，可以在减风的同时适当短时间调整顶压，控制合理压差，确保尽快消除由于气流变化对炉况带来的不良影响，当炉内气流稳定、压量关系正常后，必须维持130kpa的正常顶压操作，压差控制在130kpa以下。 由于高炉是高压密闭容器，在高炉进行低硅冶炼过程中，煤比提高后炉内煤气发生量增多，所以在实际调整高炉顶压和压差的过程中，必然会产生“活塞效应”，极易造成炉内气流变化、炉体渣皮的不稳定、甚至大面积的渣皮脱落等，给高炉安全生产带来一定的隐患。44 在高炉当前生产情况下-加强炉前出铁组织，及时排净炉内渣铁，减少渣铁在炉内的积存时间是进行低硅冶炼的有利保证。 在保证铁口安全的前提下，每天按照出铁不少于18炉次进行炉前出铁组织。炉前对每日出铁情况做全面总结，对连续亏铁、铁口浅、烧铁口等要有详细的原因分析，找出症结所在，进行有针对性的指导工作，杜绝因确认不到位造成丢炉事故。5 结语 高炉通过改善焦炭质量、优化炉料结构、调整操作制度等多种措施进行低硅冶炼，保证人炉焦比稳步降低，极大地推进了高炉整体技术进步，实现了技术与经济的双赢目标。 (1)提高焦炭质量、降低人炉焦比、降低焦炭灰分和反应性能、增加焦炭强度是高炉实现低硅冶炼的物质基础。 (2)优化炉料结构、调整操作制度、实现富氧喷煤是进行低硅冶炼的技术保证。 (3)提高炉顶压力，