当代高炉炼铁技术的发展趋向课件

当代高炉炼铁技术的发展趋向

当代高炉炼铁技术的发展趋向主要内容一、当代高炉炼铁技术发展现状二、高效长寿高风温技术三、高富氧大喷煤技术四、值得关注的几个技术问题五、结论当代高炉炼铁技术的发展趋向一、当代高炉炼铁技术发展现状当代高炉炼铁技术的发展趋向能源供给不足自然资源短缺生态环境制约

生产成本升高经济效益下降市场竞争力不足可持续发展受阻

进入21世纪以来，高炉炼铁工艺再次受到自然资源短缺、能源供给不足以及环境保护等方面的制约，面临着较大的发展问题。面对当前严峻的形势和挑战，21世纪高炉炼铁工艺要实现可持续发展，必须在高效低耗、节能减排、循环经济、低碳冶金、清洁环保等方面取得显著突破，需要进一步提高风温、降低燃料比，以提高高炉炼铁技术的生命力和竞争力。1.当代高炉炼铁技术的发展环境当代高炉炼铁技术的发展趋向可持续发展支撑技术高效低耗节能减排循环经济低碳冶炼清洁环保安全长寿提高风温精料技术低碳冶炼富氧喷煤延长寿命优化操作构建高效率、低消耗、低成本、低排放生产体系当代高炉炼铁技术的发展趋向

生产成本约占钢铁制造成本的70%-75%

能源消耗约占钢铁综合能耗的70%

高炉是钢铁制造流程中关键生产工序铁素物质流转换的关键单元能源转换和能量流网络的核心单元当代高炉炼铁技术的发展趋向20世纪70年代，以日本为代表的工业发达国家，相继建成了一批容积5000m3以上的巨型高炉，引领了国际高炉炼铁大型化发展的潮流。目前日本运行高炉的数量由1990年的65座减少到28座，高炉数量降低了56.9%，高炉平均容积由1558m3提高到4157m3，增长幅度达到166.8%，平均单炉产量达到350万t/a。日本28座高炉平均燃料比已降低到500kg/t以下，煤比达到120kg/t以上，焦比降低到380kg/t以下。2.日本、欧洲炼铁技术发展现状日本高炉主要技术指标的发展趋势当代高炉炼铁技术的发展趋向

近20年来，欧洲在役高炉数量由1990年的92座减少到2009年的58座,下降幅度为37%。但是高炉的平均工作容积由1690m3（有效内容积约为2150m3）上升到2063m3（有效内容积约为2480m3）,上升幅度为22%。

平均单座高炉产量由104万t/a增加到154万t/a，增长幅度为48%。欧洲高炉燃料比降低到496kg/t，煤比达到123.9kg/t以上，重油天然气为20.3kg/t，焦比降低到351.8kg/t。以日本、欧洲为代表的国外高炉炼铁技术总体发展趋势是：高炉座数减少，高炉平均容积增加，单座高炉产量增加，燃料比呈现显著的下降趋势。欧洲高炉主要技术指标的发展趋势当代高炉炼铁技术的发展趋向

进入新世纪以来，我国高炉大型化和高炉现代化带动了高炉炼铁技术进步。2000年2000m3以上的高炉仅有18座，到2010年2000m3以上的高炉已发展到109座，其中3000m3以上的高炉为35座，2000～3000m3高炉为74座。一批4000-5800m3的特大型高炉相继建成投产，标志着中国高炉大型化已经步入国际先进行列。目前，我国重点钢铁企业的高炉燃料比已降低到520kg/t以下，焦比降低到370kg/t，煤比达到150kg/t以上，炼铁工序能耗降低到410kgce/t以下，热风温度达到1160℃。2005年以后，随着我国1080m3以上大型高炉数量的快速增加，高炉燃料比和入炉焦比等指标显著降低。3.中国高炉炼铁技术发展现状当代高炉炼铁技术的发展趋向中国部分先进大高炉主要技术经济指标（2011年1-6月）高炉京唐1号2010-3迁钢3号宝钢3号宝钢4号武钢8号沙钢5800m3太钢5号马钢1号鲅鱼圈1号高炉有效容积/m3550040004350474738005800435040004038平均风温/℃130012801236125411921230124312251225富氧率/%3.814.423.941.166.479.474.973.632.93燃料比/(kg·t-1)480503491488532502502514523入炉焦比/(kg·t-1)269291288292322293305302320焦丁/(kg·t-1)363618263348103652煤比/(kg·t-1)175176185170177161187140151利用系数/(t·m-3·d-1)2.372.392.502.022.692.212.502.222.11吨铁风耗/(m3·t-1)917120597410351082855-1065-当代高炉炼铁技术的发展趋向燃料比≤500kg/t，先进高炉燃料比应≤480kg/t；入炉焦比应≤300kg/t，先进高炉焦比应≤280kg/t；煤比≥180kg/t，先进高炉煤比应达到200~250kg/t，喷煤率达到45%~50%。高炉有效容积利用系数达到2.0~2.3t/（m3•d），原燃料条件好、技术装备水平高的大型高炉应达到2.5t/（m3•d）。高炉一代炉役寿命≥15a，高炉一代炉役单位容积产铁量应达到10000~15000t/m3；技术装备水平高、原燃料条件好的大型高炉，一代炉役寿命要力争达到20a以上，高炉单位容积产铁量达到15000t/m3以上；热风炉寿命要大于或等于高炉的一代炉役寿命。热风温度达到1200~1250℃，大型高炉风温应达到1250~1300℃。高炉富氧率达到3%~5%，先进高炉富氧率应达到5%~10%。3.未来高炉炼铁的发展目标当代高炉炼铁技术的发展趋向二、高效长寿高风温技术利用低品质煤气实现1250℃高风温综合技术提高理论燃烧温度和拱顶温度采用合理热风炉结构，降低拱顶温度与风温差值采用高效格子砖，提高热量储备和换热效率高温热风的稳定输送，构建“无过热-低应力”的管道体系采取有效措施，抑制晶间应力腐蚀和管道破损当代高炉炼铁技术的发展趋向高风温是现代高炉炼铁的主要技术特征之一。提高风温是当前钢铁行业发展循环经济、实现低碳冶炼、节能减排和可持续发展的关键共性技术，高风温对于提高高炉综合技术水平、减少CO2排放、引领行业技术进步具有极其重要的意义。高炉冶炼所需要的热量，一部分是燃料在炉缸燃烧所释放的燃烧热，另一部分是高温热风所带入的物理热。热风带入高炉的热量越多，所需要的燃料燃烧热就越少，亦即燃料消耗就越低。提高风温可以显著降低燃料消耗和生产成本。除此之外，提高风温还有助于提高风口前理论燃烧温度，使风口回旋区具有较高的温度，炉缸热量充沛，有利于提高煤粉燃烧率、增加喷煤量，还可以进一步降低焦比。高风温是高炉实现大喷煤操作的关键技术，是高炉降低焦比、提高喷煤量、降低生产成本的重要技术途径，是高炉炼铁发展史上极其重要的技术进步。1.高炉高风温的意义和作用当代高炉炼铁技术的发展趋向2.高炉高风温技术的发展理念目标：构建高效长寿高风温热风炉综合技术体系高风温技术是一项综合技术，涉及到整个钢铁厂物质流、能量流流程网络的动态运行和结构优化，应当在整个钢铁厂流程网络的尺度上进行研究。高风温对于优化钢铁厂能源网络结构、降低生产成本和能源消耗、实现低品质能源的高效利用、减少CO2排放等都具有重大的现实意义和深远的历史意义。进入21世纪以来，一系列高风温技术相继开发并应用在大型高炉上，高风温技术创新与应用实践取得了显著的技术成效。现代大型高炉的设计风温一般为1200~1300℃，提高风温已成为当前高炉炼铁技术发展的一个显著趋势。2010年中国重点钢铁企业的高炉平均风温为1160℃，先进高炉的风温已达到1250~1300℃，技术水平差距很大，进一步提高风温仍然是21世纪高炉炼铁技术的热点研究课题。当代高炉炼铁技术的发展趋向3.高炉高风温技术的发展目标高风温是现代高炉的主要技术特征，主要体现在：风温稳定达到1200-1300℃，1300±20℃热风炉拱顶温度≤1420℃，风温与拱顶温度之差≤100-150℃采用低热值高炉煤气实现高风温热风炉系统综合热效率达到≥80%高温热风的稳定输送高温热风的高效利用热风炉使用寿命与高炉炉役寿命同步（≥25年）有效降低CO2和NOx的排放目标：构建高效长寿高风温热风炉综合技术体系当代高炉炼铁技术的发展趋向4.提高风温的技术途径提高热风炉拱顶温度（≥1400℃），减小拱顶温度与风温的差值（≤100-150℃）。采用合理热风炉结构，优化热风炉燃烧，降低燃料消耗和空气过剩系数，使热风炉具备足够的换热强度。改善热风炉换热过程，提高热风炉换热效率，热风炉系统综合热效率达到80%以上，使热风炉具备足够的换热容量。优化热风炉燃烧、换炉和送风操作，建立基于数学模型控制的热风炉自动化操作平台。采用煤气、助燃空气高效双预热技术，不但可以回收热风炉烟气余热，减少热量耗散，还可以有效提高热风炉拱顶温度。在众多的预热技术中，要统筹考虑能量转换效率、技术可靠性以及设备使用寿命等因素，择优选用适宜可靠的煤气、助燃空气双预热技术。当代高炉炼铁技术的发展趋向热风炉燃料采用高热值煤气是简便易行的获得高风温的工艺，但随着高炉技术进步，燃料比不断下降，煤气利用率不断提高，钢铁厂高热值煤气日益匮乏，高炉煤气热值也越来越低。提高理论燃烧温度——提高拱顶温度的关键要素Tf

=(QDW＋Qm＋Qk)/Vy,m/i0

式中：

Tf——理论燃烧温度，℃；

QDW——煤气燃烧产生的化学热，kJ；

Qm——煤气带入的物理热，kJ；

Qk——空气带入的物理热，kJ；

Vy,m——燃烧生成的烟气量，Nm3；

i0——烟气的平均比热容，kJ/(Nm3·℃)5.全烧高炉煤气实现1300℃超高风温当代高炉炼铁技术的发展趋向由上述公式可看出，影响理论燃烧温度的因素包括煤气热值、煤气预热温度及空气预热温度等，因此，全烧低热值煤气获得1400℃以上的理论燃烧温度，最为有效的方法就是提高煤气和空气的预热温度。以高炉煤气热值为750kCal/Nm3(约合3139kJ/Nm3）为例，如果煤气和助燃空气均不预热（均按50℃考虑），理论燃烧温度仅为1239℃。煤气预热温度每提高100℃，可提高理论燃烧温度40-50℃。助燃空气预热温度每提高100℃，可提高理论燃烧温度约30℃。要使理论燃烧温度提高至1420℃，须将助燃空气和煤气均预热至350℃以上，或者将煤气预热至200℃左右，助燃空气预热至450℃以上。6.全烧高炉煤气实现1300℃超高风温当代高炉炼铁技术的发展趋向7.提高燃烧温度和拱顶温度两级双预热技术：利用热管换热器回收烟气余热，将热风炉系统用高炉煤气和助燃空气预热到200℃左右；利用预热炉将助燃空气进一步预热到600℃以上。采用此项技术，京唐1号、2号高炉全烧高炉煤气实现了1300℃超高风温，热风炉系统热效率达83.8%。当代高炉炼铁技术的发展趋向高炉热风炉是典型的蓄热式加热炉，其工作原理不同于其他的冶金炉窑，是现代钢铁厂燃烧功率最大、能量消耗最高、热交换量最大的单体热工装置。内燃式、外燃式和顶燃式3种结构热风炉均有实现1250℃以上高风温的实绩，但不同结构的热风炉在燃烧工况适应性、气体流动及分布均匀性、能量利用有效性等方面仍存在差异。综合考虑热风炉高效长寿和工况适应性，现代高炉采用顶燃式或外燃式热风炉是适宜的选择。8.选择合理的热风炉结构形式当代高炉炼铁技术的发展趋向采用高效格子砖。实践证实，缩小热风炉拱顶温度与风温的差值可以显著提高风温，其主要技术措施是强化蓄热室格子砖与气体之间的热交换。在保持格子砖活面积或格子砖重量不变的条件下，适当缩小格子砖孔径，可以增加格子砖加热面积、提高换热系数而增加热交换量。对于格子砖砖型的选择需要综合考虑择优确定，并不是格子砖孔数越多、孔径越小就越有利，要综合考虑蓄热室热效率、蓄热室有效利用率和格子砖使用寿命等各种因素的影响。因此采用高效格子砖、提高热风炉热效率是提高风温、降低热风炉燃烧煤气量、减少CO2排放的关键技术之一。优化热风炉操作。优化热风炉燃烧、送风操作，缩小拱顶温度与风温的差值，适当提高烟气温度，是提高风温的主要操作措施。改善热风炉操作一方面应开发应用适宜的热风炉操作数学模型，采用信息化、数字化手段提高热风炉操作水平；另一方面应在交错并联送风技术的基础上，研究开发热风炉“热交错并联”送风技术，进一步减少冷风混风量，降低风温波动，使高炉获得更加稳定的高风温。9.采用高效格子砖，优化热风炉操作当代高炉炼铁技术的发展趋向优化热风管道系统结构，采用“无过热—低应力”设计体系，合理设置管道波纹补偿器和拉杆，减小管道膨胀以降低管道系统应力；热风管道采用组合砖结构，消除热风管道的局部过热和管道窜风。热风出口采用独立的环形组合砖结构，组合砖之间采用双凹凸榫槽结构进行加强，以减轻上部大墙砖衬对组合砖所产生的压应力。热风炉的热风出口、热风管道上的三岔口等关键部位均应采用组合砖结构。对于已运行的热风管道应采用表面温度监测系统，可以在线监控热风管道关键部位的管壳温度，并可以进行数据处理和存储，实现信息化动态管理；同时为了监控热风管道受热膨胀而产生的变形情况，设置激光位移监测仪可以在线监测热风管道的膨胀位移。通过数字化在线监控装置，可以提高热风炉管道工作的可靠性，保障高温热风的稳定输送。该项技术已在首钢迁钢大型高炉上都得到了成功应用，取得了较好的应用效果。10.实现高温热风的稳定输送当代高炉炼铁技术的发展趋向当热风炉拱顶温度达到1420℃以上时，燃烧产物中的NOx生成量急剧升高，燃烧产物中的水蒸气在温度降低到露点以下时冷凝成液态水，NOx与冷凝水结合形成酸性腐蚀性介质，对热风炉高温区炉壳造成晶间应力腐蚀，降低了热风炉使用寿命，成为制约风温进一步提高的主要限制因素。热风炉一般将拱顶温度控制在1420℃以下，旨在降低NOx生成量从而有效抑制炉壳晶间应力腐蚀。应采取有效的晶间应力预防措施，延长热风炉使用寿命。通过合理控制热风炉拱顶温度，抑制热风炉燃烧及送风过程NOx的大量生成；采取高温区炉壳涂刷防酸涂料和喷涂耐酸喷涂料等防护措施，加强对热风炉炉壳的隔离保护；采用细晶粒炉壳钢板，采用热处理措施消除或降低炉壳制造过程的焊接应力；对于热风炉高温区炉壳采取保温等综合防护措施，预防热风炉炉壳晶间应力腐蚀的发生，以延长热风炉寿命达到与高炉寿命同步，使热风炉使用寿命达到25年以上。11.延长热风炉使用寿命当代高炉炼铁技术的发展趋向三、高富氧大喷煤技术当代高炉炼铁技术的发展趋向提高煤粉燃烧率，减少未燃煤粉量。在高温条件下，氧的扩散与传质是煤粉燃烧的限制性环节，因此增加鼓风中的氧浓度有利于提高煤粉燃烧率，降低未燃煤粉量，提高煤粉利用率，进而可以有效增加喷煤量。提高风口前理论燃烧温度，保持炉缸具有充足的热量。鼓风富氧的实质则是降低了风口回旋区燃烧所产生的炉缸煤气量，进而提高了理论燃烧温度。富氧率提高1%，理论燃烧温度可以提高45~50℃。降低炉腹煤气量，改善高炉透气性。富氧率提高1%，吨铁煤气量降低约4%。鼓风富氧有效地降低了炉腹煤气量，使煤气流速降低，在高炉大喷煤条件下，对于改善料柱透气性意义重大。提高煤气热值，减少CO2排放。鼓风富氧使N2含量降低，炉顶煤气量减少且N2含量降低，在一定程度上煤气中的CO体积浓度则相应增加，有助于提高煤气热值，可以降低热风炉燃烧的煤气消耗，降低了CO2的排放。1.高炉富氧鼓风的意义和作用当代高炉炼铁技术的发展趋向提高生产效率降低燃料消耗和生产成本提高喷煤量、促进高炉稳定顺行降低高炉炼铁燃料消耗和生产成本显著降低焦比，减少炼焦过程的环境污染，还可以缓解炼焦煤资源短缺的状况

以降低高炉燃料消耗为技术目标，以提高风温、提高喷煤量为技术途径，以精料技术和优化操作为技术保障，高炉富氧喷煤大有可为!高炉富氧高炉喷煤2.高炉富氧喷煤的重要意义当代高炉炼铁技术的发展趋向提高精料水平，改善原料条件，这是高炉大喷煤操作的重要基础。在提高入炉矿石冶金性能的同时，采用合理炉料结构，适当增加球团矿比率，采用炉料分级入炉技术都可以获得很好的效果。特别值得指出的是焦炭质量尤为重要，喷煤量达到200kg/t以上，必须提高焦炭质量。焦炭常温抗碎强度M40≥85%，抗磨强度M10≤6%，焦炭反应后强度CSR≥67%，热反应性CRI≤25%，焦炭灰分≤12.5%，焦炭平均粒度≥50mm，这是高炉大喷煤操作的重要保障条件。提高富氧率，降低吨铁风耗。要转变以“大风量、高冶炼强度”获取高产的传统观念，不应片面追求“大风高产”，要以降低燃料比、提高煤气利用率、保持煤气流合理分布为前提，提高鼓风质量，风温≥1250℃，富氧率≥5%，鼓风湿分≤15g/m3，构建当代高炉炼铁“精料、精风”的技术理念。吨铁风耗降低不但使高炉炉腹煤气量显著降低，有利于高炉稳定顺行，还可以降低鼓风动力消耗，节约生产成本。关于氧气的加入方式，可以采取鼓风兑入和氧煤喷枪局部供氧相结合的方式，以改善风口回旋区供氧强度和传质过程，这样可以获得更高的煤粉燃烧率，从而取得更为理想的应用效果。3.高炉富氧喷煤的支撑技术当代高炉炼铁技术的发展趋向优化高炉操作，提高置换比和煤粉利用率。高炉大喷煤条件下，高炉操作难度增加。必须采取合理的高炉操作制度，上下部调剂相适应，以保证高炉大喷煤条件下的高炉稳定顺行。炉料分布控制技术是高炉上部调剂的核心，其技术实质是保证高炉煤气流的合理分布，提高煤气利用率，从而降低燃料比。合理的送风制度的内涵应是保持高炉具有适宜的理论燃烧温度、合理的风速和鼓风动能，使炉缸煤气初始分布合理，具有足够的中心气流，以改善炉缸透气性。特别是高炉大型化以后，炉缸直径和炉缸断面增大，煤气流难于穿透炉缸中心，容易造成边缘气流过分发展，导致燃料比增加、炉墙热负荷提高，不但不利于降低燃料消耗，还会对高炉寿命产生影响。提高置换比和煤粉利用率。高风温、富氧可以有效提高煤粉燃烧率达到70%以上；喷吹挥发分20%~25%的混煤既可以保持较高的燃烧率，还可以提高喷煤量。保持较高的置换比，不但有利于降低燃料比，还有利于高炉稳定顺行，同时也有利于高炉接受更多的煤粉。3.高炉富氧喷煤的支撑技术当代高炉炼铁技术的发展趋向降低制氧成本，保障氧气稳定供应。目前，高炉鼓风富氧面临最大的问题是氧气的稳定供应，究其原因主要是鼓风富氧量大、制氧成本高所致。因此，需要结合高炉富氧的特点，建设专用的高炉制氧机，保障高炉富氧所需氧气的稳定供应。3.高炉富氧喷煤的支撑技术采用高炉专用制氧机组，