承钢4号高炉稳定边缘煤气流研究

摘 要 控制合适的边缘煤气流对高炉操作和长寿起着至关重要的作用,分析边缘煤气流波动的原因,介绍承钢4号高炉控制边缘煤气流所采取的多项措施,包括调整装料制度和送风制度,采取低硅钛冶炼,控制合理的煤气流分布等等。

关键词 热负荷 边缘煤气流 低硅钛冶炼

1 概述

承钢4号高炉有效容积2500m3,冷却系统采用软水密闭循环冷却系统、陶瓷杯技术与炭砖水冷薄炉衬结构(4段铜冷却壁,分别位于炉腹1段、炉腰1段、炉身下部2段)。开炉后,高炉由于装料制度及送风制度的不完善,高炉边缘煤气流一直不稳定。表现为热负荷过高,顶温较高,壁面温度波动,渣皮脱落频繁,不利于降低燃料比、降低生产成本,而且可能会加剧炉墙的侵蚀,影响高炉长寿。因此找出影响边缘煤气流的因素,合理控制热负荷,对高炉保持稳定顺行、低耗、长寿有重要意义。

4号高炉2012年热负荷持续波动,平均高炉热负荷20000,后采取一系列措施,2013年以来热负荷稳定在16000左右,边缘气流得到抑制,较为稳定。

2 边缘煤气流波动原因及措施

冶炼钒钛矿,容易出现边缘气流不稳定。究其原因,主要有以下3种:

2.1 炉缸初始煤气流分布的边缘煤气流不稳定

由于钒钛矿冶炼,炉缸初始煤气流向中心渗透困难,导致初始煤气流分布的边缘煤气流不稳定,边缘局部过盛气流。

针对炉缸引起的边缘煤气流不稳定,可以通过下部送风制度平衡,增加风量,增大鼓风动能,可以有效改善炉缸工作状态,稳定初始煤气流分布。这也是进行上部装料制度调整的基础。

表1 鼓风动能影响

因素

鼓风动能合适

鼓风动能过大

鼓风动能过小

风压

稳定,正常波动

波动大有规律

曲线死板,升高时容易悬料崩料

探尺

均匀整齐

不均匀

不均匀,容易崩滑料

炉顶温度

区间正常,波动小

区间宽波动大

区间宽不均匀

风口

均匀活跃

活跃,显凉

明亮不均匀,有生降

炉温

充足,流动性好

不均匀常不足

不均匀不足

气流

曲线正常稳定

边缘弱中心强

中心不足

作业

出渣铁稳定

出铁时间长

铁次多,不易见渣

2012年6月份后高炉将增大风量做为重要的措施,风量提高并稳定至4950-5000m3/min,鼓风动能>15000。随着鼓风动能的增加,炉腹煤气量的增多,高炉炉缸活跃性变好,中心气流强劲,逐步抑制边缘。

按照4号高炉的生产实践,当风口前标准风速≥240m/s,实际风速≥280m/s,鼓风动能≥15000时,顶温基本控制在150℃以下,边缘煤气流得到较好的抑制。即增大鼓风动能,加大了炉缸初始煤气流向中心渗透,中心气流强劲,边缘煤气流相对变的稳定。

2.2 上部边缘矿焦比不均匀

上部边缘矿焦比不均匀,对炉缸初始煤气流及软熔带的煤气流二次分布产生影响,在薄弱部位出现边缘局部过盛气流,使渣皮脱落。

针对上部边缘矿焦比不均匀引起的边缘煤气流不稳定,新4号高炉实行“4批倒转,16批倒罐”制度,力求布料均匀。

由图2及图3可以看出,2012年6月份中旬后炉喉温度低且4点温度差值不大,均小于20℃。

2.3 由于中心煤气流不稳定引起边缘煤气流波动

由于中心气流不稳定,中心煤气火时强时弱,料尺工作时快时慢,伴随着透气性的较大波动。由于料面稳定性差,炉内上部块状带中心部位频繁塌料,在塌料时,煤气的部分通路丧失,炉缸初始煤气流被迫从边缘薄弱部位寻找通路。边缘软融带过高,局部过盛气流使其所经过处的渣皮脱落,从而造成壁面温度及热负荷的频繁波动。

针对中心煤气流不稳定引起的边缘煤气流不稳定,一方面必须依靠上部装料制度的优化,另一方面必须实行低硅钛冶炼。

2.3.1 优化上部装料制度

由于新4号高炉布料采用“平台+漏斗”布料制度,一般而言,平台窄,漏斗相对较大,中心气流相对较强;平台宽,料斗相对较小而且平坦。中心气流相对较弱。因此,适合中心气流需要保证一定宽度平台,结合生产条件适当微调,使其适应原燃料条件与高炉冶炼特点,达到中心和边缘合理煤气流分布。

新4号高炉在2012年10月份冶炼普通矿时,料制如下:

αk角度

39

37

35

33

31


矿平均角度

圈数

2

3

3

3

2


35.00

αj角度

39

37

34.5

32

29

26

焦平均角度

圈数

3

3

3

2

2

2.5

33.45

冶炼钒钛矿时,2013年3月炉况顺行,煤气流分布合理,热负荷19000,煤气利用率48.5%,料制如下:

αk角度

39

37

35

33

30


矿平均角度

圈数

3

3

3

3

2


35.14

αj角度

39

37

34.5

32

29

26

焦平均角度

圈数

3

3

3

2

2

3

33.22

由上表所示,高炉在由普通矿转钒钛矿冶炼时,中心穿透能力减弱,渗液性变差,要适当抑制边缘气流,增加边缘矿环数。同时疏松中心,缩小矿带宽、增加中心焦环数。按照“制衡”的原则,适当抑制边缘,可以改善间接还原,使边缘软熔带下移,降低滴落带阻损,降低热负荷。所以普通矿可以放边,但钒钛矿冶炼应该尽可能少的开放边缘气流,甚至不放边。

当采用抑制边缘、以中心发展为主的上部气流分布形式时,下部应采用吹透中心的调剂原则,即“上稳下活”,否则边缘气流难以控制。

2.3.2 实行低硅钛冶炼

实行低硅钛冶炼,可以有效降低软熔带的位置以及具有合理的热流分布,相当于降低了软熔带的高度,可以减少铁水中[C]与SiO相接触的机会,从而明显地减少铁水吸硅量,对钒钛矿冶炼有明显好处。

影响低硅钛冶炼的因素:

保持充沛的炉缸温度。提高温度既加速SiO2还原气化为SiO,又促进SiO还原为[Si];同时也减弱铁水中[Si]的再氧化。在高炉还原过程中要求足够的炉缸温度,否则不能创造SiO2还原的必要条件,也不利于形成低硅生铁冶炼的良好炉缸工作制度,但过高的温度将造成SiO的大量挥发,对低硅冶炼是不利的。新4号高炉6月份后,随着风氧量的提高,炉缸工作状态的好转,炉温充沛,物理热长期位于1470℃-1490℃之间,满足低硅钛冶炼的要求。

使用高风温与综合喷煤相结合。使用高风温不仅可以降低焦比,增加产量,提高炉缸物理热,而且可以使炉内高温区下移。炉况顺行,间接还原区扩大,软熔带位置下移,因而有利于钒钛矿冶炼的气流分布。使用高风温必须与喷吹燃料相结合,一方面高风温可以补偿喷吹燃料所需要的热量以及有利于炉况顺行,另一方面可以避免风口区理论燃烧温度过高而导致SiO过多的形成,并且缓解炉缸水平与垂直方向的温度梯度,有利于炉况顺行稳定、冶炼低硅生铁。

在保证炉况顺行的基础上,高炉适当提高顶压至230~235 kPa。通过提高顶压,可以有效抑制风口前Si02的还原。顶压提高,压差降低,炉料下降阻力减小,炉况顺行改善;而且因为煤气在炉内的停留时间延长,煤气利用率也会相应提高。

3 结论

(1)通过增加鼓风动能,保持较高的风氧量,可以活跃炉缸,吹透中心,这是抑制边缘的重要基础,能够有效降低热负荷。

(2)采用抑制边缘、以中心发展为主的料制时,能够有效降低软熔带位置,降低热负荷,即“上稳下活”,否则边缘气流难以控制。

(3)实行低硅钛冶炼有利于边缘煤气流稳定。实现低硅钛冶炼,应该保持物理测温在1470℃-1490℃之间,适当提顶压至230~235kPa。

参考文献:

[1] 孙希文等.攀钢3号高炉强化冶炼实践[J].炼铁,2000,7(19),18~21.

[2] 王晓鹏等.首钢2号高炉煤气流分布的调整[J].炼铁,2009,28(1),8~11.


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