南京南鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 張春育
摘 要：我國目前正處于發(fā)展中階段,對鋼鐵產(chǎn)量有著非常高的需求,這使得我國鋼鐵行業(yè)逐漸向好發(fā)展,同時(shí)必須將鋼鐵生產(chǎn)的產(chǎn)量進(jìn)行提升。高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)通過采取相應(yīng)的技術(shù)措施,能夠?qū)撹F產(chǎn)量切實(shí)提升,降低鋼鐵生產(chǎn)所需要花費(fèi)的人工和材料的成本,降低燃料的投入,使得鋼鐵廠人均鋼鐵產(chǎn)量可以提升,更好的實(shí)現(xiàn)降低成本,提高生產(chǎn)效率的目的。在我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略下,有些型鋼煉鐵廠的高爐工作效率低,存在燒結(jié)礦品質(zhì)低,綜合品味低的問題亟需進(jìn)行解決。本文將結(jié)合高爐高產(chǎn)低耗技術(shù),淺析如何提高型鋼煉鐵廠高爐煉鋼的綜合品味,提高生鐵的產(chǎn)量,降低生產(chǎn)生鐵所需要投入的成本。在目前及未來長時(shí)期內(nèi)高爐—轉(zhuǎn)爐流程仍是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝流程,高爐煉鐵是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在目前環(huán)保形勢更為嚴(yán)峻的條件下,高爐煉鐵面臨巨大挑戰(zhàn),全球范圍內(nèi)一些創(chuàng)新煉鐵技術(shù)得到實(shí)際應(yīng)用,介紹了國內(nèi)外高爐煉鐵低碳化和智能化新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,提出了我國高爐煉鐵節(jié)能減排的方向,以期促進(jìn)我國高爐煉鐵技術(shù)的進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：高爐生產(chǎn);高產(chǎn)低耗技術(shù);技術(shù)管理;生產(chǎn)管理
我國生鐵主要是通過高爐煉鐵實(shí)現(xiàn)的，這是一門傳統(tǒng)的學(xué)科，但是當(dāng)前國內(nèi)高爐煉鐵水平和發(fā)達(dá)國家相比還存在著一定的差距，總體技術(shù)仍跟不上國際先進(jìn)水平。鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)是能耗大戶，占全國能耗總量的約1/6，而煉鐵優(yōu)勢鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)消耗能源的大頭，占據(jù)鋼鐵企業(yè)能源消耗的近6成，并且占煉鐵成本的將近三成。降低煉鐵所消耗的能量，不單是為了提高鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的需要，也是為了能夠更好的保護(hù)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必經(jīng)之路。南鋼公司為了將企業(yè)的發(fā)展，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，將落后的煉鐵工藝進(jìn)行淘汰，改善了生產(chǎn)環(huán)境，相應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，將傳統(tǒng)的300m3 高爐逐步進(jìn)行淘汰，建設(shè)全新的1000m3 高爐，實(shí)現(xiàn)煉鋼高爐向著大型化進(jìn)行轉(zhuǎn)變，提高煉鋼的設(shè)備，改善了南鋼公司煉鐵系統(tǒng)全部是小高爐的現(xiàn)狀，積極使用高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)，確保新高爐在投入使用之后能夠切實(shí)提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗。
一、原燃料條件的基本情況概述
高爐煉鐵對原燃料有著較高的要求，煉鐵行業(yè)有“七分原料，三分技術(shù)”的俗語，正說明了燃料對煉鐵工藝的重要性。想要保證高爐能夠穩(wěn)定的高產(chǎn)低耗，必須保證原燃料供應(yīng)的穩(wěn)定，尤其是對于大高爐來說，對生產(chǎn)原燃料質(zhì)量提出了提出了更多、更高的要求。
近些年國內(nèi)煉鐵廠都面臨著降本增效的壓力，由于礦種較多，煉鐵廠不得不面臨著頻繁調(diào)整堆料配比的問題，這使得燒結(jié)礦經(jīng)常會(huì)存在化學(xué)成分不穩(wěn)定，生鐵品質(zhì)低，燒結(jié)礦中雜質(zhì)較多、成分不均勻等質(zhì)量通病。由于原燃料供應(yīng)的穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致高爐煉鋼產(chǎn)業(yè)操作增加了很多困難。
二、采取的主要技術(shù)管理措施
（一）加強(qiáng)原燃料管理
1、加強(qiáng)槽上打料管理
在礦石倉進(jìn)行打料的時(shí)候不能出現(xiàn)空倉或者低倉位打料的情況，應(yīng)該堅(jiān)持半倉打料，如果遇到特殊情況需要陪加落地料，應(yīng)該將料打入專用倉內(nèi)，利用專用倉篩分效果好的優(yōu)勢，降低入爐的粉末量。如果打料需要摻入大量的落地料，就需要將料打入到中間倉內(nèi)，防止小顆粒的度料影響邊緣氣流和中心氣流。
球團(tuán)在爐內(nèi)滾動(dòng)會(huì)對煤氣流造成影響，為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，通常情況下不得使用球團(tuán)倉，球團(tuán)放料之后，要放一到兩個(gè)燒結(jié)倉，阻止球團(tuán)向爐中心滾動(dòng)。為了保證中心氣流能夠穩(wěn)定，最后一個(gè)燒結(jié)倉應(yīng)該穩(wěn)定保持在20噸以上的配制。應(yīng)用一些先進(jìn)的燒結(jié)環(huán)保技術(shù)，主要包括:活性炭煙氣凈化技術(shù)：該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了多污染物綜合凈化處理，大大降低燒結(jié)外排煙氣中的污染物濃度。其中，脫硫率98%以上，脫硝率 80% 以上 ，脫二英 80% 以上 ，與主機(jī)同步率幾乎達(dá)到100%。液密封環(huán)冷機(jī)技術(shù)：該技術(shù)使用后漏風(fēng)率由 35%降低至5%以下，基本消除粉塵外逸，從而改善了現(xiàn)場環(huán)境。節(jié)能環(huán)保燒結(jié)機(jī)技術(shù)。該技術(shù)的使用實(shí)現(xiàn)了料層厚度由600mm 提高到900mm，固體燃料減少3kg標(biāo)煤，漏風(fēng)率由35%降低到20%以下，燒結(jié)礦成品率提高2%。環(huán)冷廢氣綜合治理技術(shù)：采用梯級循環(huán)利用余熱資源，減少了粉塵的無組織排放。直聯(lián)爐罩式余熱利用技術(shù)。同時(shí)利用高溫?zé)Y(jié)礦的輻射熱和零溫降的對流熱進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電量提高約12.9%。其他技術(shù)：如大功率風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行技術(shù)、粉塵氣力輸運(yùn)技術(shù)、高度集中式燃料破碎篩分工藝、燒結(jié)生產(chǎn)集中控制、粉塵制粒高效利用技術(shù)等。環(huán)保技術(shù)應(yīng)用近一年來，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，粉塵污染基本根除，主要廢氣排放指標(biāo)均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
2、加強(qiáng)入爐焦炭管理
在過去高爐配吃備焦的時(shí)候，會(huì)經(jīng)常發(fā)生爐況不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致燃料比提升。造成這種情況的主要原因在于備焦存放的時(shí)間過長，使得備焦指標(biāo)不穩(wěn)定，還由于備焦不固定倉位，使得布料的時(shí)候，備焦總是位于爐邊緣或是中心的位置。為了讓備焦在爐喉內(nèi)分布的位置情況得到改善，可以采用一些適當(dāng)?shù)拇胧屬|(zhì)量穩(wěn)定的備焦分布在爐喉兩側(cè)的位置，質(zhì)量不穩(wěn)定的備焦在中心位置。
首先可以加強(qiáng)對材料的管理，記錄備焦的使用情況，將備焦熱入場時(shí)間、備焦的冷熱強(qiáng)度指標(biāo)都進(jìn)行詳細(xì)的記錄，通過翻看記錄就可以對備焦使用的具體情況進(jìn)行了解；其次，可以設(shè)置一個(gè)備焦的專用倉，改變備焦不固定倉的現(xiàn)狀，防止備焦混入到其他倉內(nèi)；最后還需要將備焦的使用比例進(jìn)行確認(rèn)，如果自產(chǎn)備焦不能滿足生產(chǎn)的時(shí)候，需要加入專用倉中的備焦，避免由于焦炭倉位較低而大量增加備焦的情況。在加入備焦的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況將高爐進(jìn)行負(fù)荷降低，使得加焦過程高爐可以穩(wěn)定的進(jìn)行過度。
（二）優(yōu)化高爐的操作制度
1、高爐裝料制度
高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)應(yīng)用的過程中，將中心氣流進(jìn)行疏通是一件非常關(guān)鍵的事，應(yīng)該將傳統(tǒng)的送風(fēng)制度進(jìn)行優(yōu)化，煤氣流在高爐中的初始分布情況適宜。想要保證煤氣流能夠合理的再次分布，其要點(diǎn)在于對裝料制度進(jìn)行合理的調(diào)整。通過長時(shí)間的研究，型鋼煉鐵廠針對不同規(guī)格的高爐，研制出了適合在低品位高渣比情況之下合理的布料矩陣。布料矩陣采用中間檔，讓礦焦的圈數(shù)能夠保持一致，只有礦焦分布能夠更加均勻，料柱的透氣性才能得到有效的保障。此外，應(yīng)該將礦石角度和焦炭角度之間的關(guān)系處理好，讓第五檔的礦石角度略大與焦炭角度，這樣可以讓小粒度的燒結(jié)和球團(tuán)運(yùn)動(dòng)受阻，不再向著料柱中心位置滾動(dòng)，這能保證中心位置氣流可以通常排放，對于爐況的穩(wěn)定運(yùn)行來說是有利的。
對于布料操作的制度應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行完善，采用時(shí)間布料法，在β信號開始后進(jìn)行計(jì)時(shí)到布料結(jié)束位置，布料圈數(shù)所使用的時(shí)間應(yīng)該是7.5的整數(shù)倍，對于超過或者少于7.5秒的部分不進(jìn)行記錄。時(shí)間布料法是根據(jù)爐頂煤氣流溫度曲線以及爐頂紅外成像顯示，對調(diào)整料制布料的總時(shí)間進(jìn)行控制，將布料圈數(shù)技術(shù)進(jìn)行修改，調(diào)整為時(shí)間計(jì)數(shù)的方式，從而降低布料產(chǎn)生的時(shí)間誤差，這樣就能夠在布料的過程中對中心焦炭量進(jìn)行靈活的控制，準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對中心氣流的調(diào)整。在崗位工人進(jìn)行操作的時(shí)候，必須根據(jù)批重的變化對料流開度進(jìn)行調(diào)整，保證布料時(shí)間和控制時(shí)間之間的差值不得大于2秒。
2、高爐送風(fēng)制度
首先應(yīng)該根據(jù)高爐頂壓，建立風(fēng)量頂壓合理的比例參數(shù)模型。正常爐況下，高爐采用的頂壓都是222kPa，頂壓和風(fēng)量都能適中，可以將爐頂?shù)膲毫Π凑枕攭簽?0.036Q 進(jìn)行設(shè)置。在爐頂?shù)膲毫ι咧螅瑺t內(nèi)的煤氣體積就會(huì)被壓縮，和外界的壓差降低，這樣能夠有效提高風(fēng)量，讓煤氣流動(dòng)的速度降低，使得煤氣可以在爐中保持更長的停留時(shí)間，讓煤氣利用效率可以提高，降低燃料比，讓爐況運(yùn)行更加順利。設(shè)置爐頂壓力的時(shí)候要注意，壓力不能太高，除了影響設(shè)備運(yùn)行之外，過高的頂壓會(huì)讓風(fēng)壓快速上升，對實(shí)際風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能有著不利的影響，讓爐缸內(nèi)均勻程度遭到破壞。因此在爐況正常的情況下，應(yīng)該對頂壓進(jìn)行合理的限制，如果爐頂中心的氣流有所降低，爐缸內(nèi)部的活躍性下降，應(yīng)該將爐頂壓力調(diào)整到0.035Q，保證缸內(nèi)鼓風(fēng)動(dòng)能，讓中心氣流更加充足，是爐缸可以保持活躍。
三、采取的生產(chǎn)管理措施
（一）爐前管理
合理的進(jìn)行爐前操作能夠?qū)t況進(jìn)行制約，保證高爐能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。高爐在低品位高渣比的條件下運(yùn)作時(shí)，爐前管理行為非常的重要。爐前采用零間隔的出鐵方式，需要時(shí)刻對鐵水的流速進(jìn)行控制，為高爐穩(wěn)定的運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。車間根據(jù)冶煉強(qiáng)度大小的變化，應(yīng)該及時(shí)的對鉆頭規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。鐵口應(yīng)該有專人進(jìn)行負(fù)責(zé)，對鐵口做好日常的維護(hù)工作，嚴(yán)格實(shí)行三班倒政策，統(tǒng)一操作方法，嚴(yán)格控制鐵口的深度在3800-4000mm之間，確保鐵口具有高合格率。爐前出鐵速度應(yīng)該進(jìn)行考核，保證出鐵速度在每分鐘6-8噸之間，防止出現(xiàn)高爐憋渣鐵。
（二）改善爐缸活度操作
進(jìn)行低硅冶煉的關(guān)鍵在于保證爐缸內(nèi)的狀態(tài)能夠穩(wěn)定，需要保證爐缸的活躍并且熱量必須充分。如果出現(xiàn)了爐缸中活躍度持續(xù)較低的情況，可能是由于下部風(fēng)壓風(fēng)壓較高產(chǎn)生的。爐缸活躍度可以通過爐缸內(nèi)溫度控制模型進(jìn)行反映，根據(jù)模型顯示的情況，可以對爐況進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，將上下限風(fēng)量進(jìn)行合理的控制，對爐溫堿度進(jìn)行控制之后，就能保證爐缸始終保持活躍的狀態(tài)。如果要高爐煉鐵過程中發(fā)現(xiàn)爐缸活躍度較差，可以將爐內(nèi)爐渣的堿度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，降低堿度，使鐵中硫的含量達(dá)到二類品的水準(zhǔn)，讓鐵水流動(dòng)性可以得到提升，從而讓爐缸內(nèi)部的活躍水平得到提升。
（三）數(shù)字化篩分管理
高爐篩分效果會(huì)通過返礦和入爐粉末進(jìn)行反應(yīng)。返礦和入爐粉末應(yīng)該控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，如果返礦較多的時(shí)候，應(yīng)該將入爐粉末數(shù)量適當(dāng)?shù)臏p少，這樣能夠讓高爐透氣性得到增加，但是也會(huì)讓高爐運(yùn)行的成本上升。如果返礦的數(shù)量較低，則說明了入爐的粉末數(shù)量增多，高爐內(nèi)的風(fēng)壓就會(huì)提高，使得高爐透氣性有所下降。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來看，如果能夠?qū)⒎档V比控制在每噸 120-130kg，將入爐粉末數(shù)量保持在 1% 以下的時(shí)候，高爐篩分效果最好。對此，型鋼煉鐵廠可以開發(fā)數(shù)字化篩分模型，改變原有的按照時(shí)間計(jì)算振篩方式，而是通過進(jìn)礦量進(jìn)行計(jì)算，在日常操作中通過不同篩網(wǎng)的通礦量進(jìn)行合理的搭配使用，使得返礦和入爐粉末的指標(biāo)都能夠保持穩(wěn)定。
目前，高爐數(shù)學(xué)模擬主要基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）和離散元方法（DEM）。前者主要用于描述連續(xù)相行為，而后者主要評價(jià)非連續(xù)相行為。鑒于離散元方法更合理地描述非連續(xù)相行為，再加上近年來計(jì)算能力的提升和建模方法的進(jìn)步，高爐數(shù)學(xué)模型的最新研究成果大多趨向于兩種建模方法有機(jī)融合而形成的CFD－DEM數(shù)學(xué)模型。在CFD－DEM方法中，采用CFD方法對流體部分進(jìn)行預(yù)測，采用DEM方法對顆粒部分進(jìn)行求解，將兩者耦合即可解決流—固兩相流動(dòng)的數(shù)值仿真。了解高爐內(nèi)部現(xiàn)象對實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行具有重要意義。為實(shí)現(xiàn)高爐操作可視化，新日鐵住金鋼鐵公司利用高爐的500個(gè)冷卻壁熱電偶和20個(gè)爐身壓力傳感器的數(shù)據(jù)開發(fā)了1套可視化評價(jià)和數(shù)值分析系統(tǒng)VENUS。2004年二維VENUS 被開發(fā)出來用于收集數(shù)據(jù)信息，2007年三維VENUS成功名古屋廠應(yīng)用，后來在其他廠推廣。三維VENUS系統(tǒng)能夠?qū)Ω郀t爐身壓力波動(dòng)和料層結(jié)構(gòu)的變化給出空間上和時(shí)間上明確而清晰的顯示，有助于指導(dǎo)高爐操作，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行和降低燃料比。為實(shí)現(xiàn)高爐自動(dòng)化生產(chǎn)，奧鋼聯(lián)工程技術(shù)公司（VAI）和奧鋼聯(lián)鋼鐵公司林茨廠（VASL）共同開發(fā)了 VAiron 高爐專家系統(tǒng)。VAiron 是先進(jìn)的工藝模型、人工智能、閉環(huán)專家系統(tǒng)和增強(qiáng)的軟件應(yīng)用功能的有機(jī)組合，允許操作人員能“觀測到”高爐內(nèi)部的現(xiàn)象和工藝過程。
（四）高爐休復(fù)風(fēng)控制
高產(chǎn)低耗冶煉技術(shù)中，大型高爐休復(fù)風(fēng)的操作對爐缸內(nèi)部活性的影響非常明顯，在復(fù)風(fēng)之后，如果不能快速的提高爐缸內(nèi)活性狀況，高爐將不具備低硅冶煉的條件。型鋼煉鐵廠應(yīng)該對高爐休復(fù)風(fēng)時(shí)爐況運(yùn)行情況進(jìn)行分析調(diào)查和總結(jié)，編制出完善的休風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)化流程，通過實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化的方案讓高爐可以在長期休風(fēng)復(fù)風(fēng)之后，可以快速的恢復(fù)爐缸的活性，使得高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)能夠有條件展開。
四、基本應(yīng)用效果
型鋼煉鐵廠通過開發(fā)和使用高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)，建立了煤氣流控制模型，改善了爐缸內(nèi)的活性條件，建立了高爐生產(chǎn)的管控模型，使得高爐生產(chǎn)的主要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都能夠維持在穩(wěn)定的狀態(tài)，使得高爐高產(chǎn)低耗冶煉在生產(chǎn)中成為可能，達(dá)到了較好的使用效果，與此同時(shí)，通過應(yīng)用該技術(shù)，煉鐵廠還取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，經(jīng)過多年的實(shí)踐和探索，高爐的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已經(jīng)可以達(dá)到先進(jìn)的水平，真正實(shí)現(xiàn)了大型高爐的經(jīng)濟(jì)環(huán)保高效冶煉。
五、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)研究
南鋼集團(tuán)第一煉鋼廠在煉鋼生產(chǎn)的過程中采用了先進(jìn)的技術(shù)，使得鼓風(fēng)漏風(fēng)率得到了顯著的降低。首先，在熱風(fēng)主管上加設(shè)了波形的伸縮節(jié)，通過伸縮節(jié)可以將熱膨脹進(jìn)行收縮，將熱風(fēng)圍吊管掛繼續(xù)擰了改進(jìn)，新增加了橫向的拉緊拉桿，這種拉桿能夠讓圍管被固定起來，固定后熱風(fēng)支管就不會(huì)出現(xiàn)亂動(dòng)的情況。在圍繞著熱風(fēng)支管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，可以幫助支管間的波形伸縮節(jié)彼此聯(lián)系，避免管道和管道之間的漏風(fēng)情況出現(xiàn)。其次在每座的熱風(fēng)爐只管兩旁位置，可以安裝相關(guān)的波紋補(bǔ)償裝置，這樣就可以減輕拉桿伸長對管道的影響。最后圍繞著分段式短拉桿進(jìn)行替換，將其更換為一體式長桿，這時(shí)候就可以降低支架交點(diǎn)位置在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)。通過以上措施，可以實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)漏風(fēng)率能夠有效的降低。
六、結(jié)束語
南鋼集團(tuán)第一煉鐵廠通過嚴(yán)格控制燃料的品質(zhì)，加強(qiáng)對倉位的管理，將爐礦石的品味和批重之間的關(guān)系通過量化的方式表現(xiàn)出來。通過不斷的對高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)進(jìn)行研究，攻克產(chǎn)量大關(guān)，使得高爐的利用系數(shù)有了顯著的提升，通過對原有老舊設(shè)備的重建、不斷引入新式高爐，強(qiáng)化對高爐煉鋼過程的控制，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模型化的煉鋼流程，將上下部調(diào)劑質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，使得本煉鐵廠在使用高爐高產(chǎn)低耗技術(shù)的時(shí)候取得了突破，讓本廠在實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本和對環(huán)境的污染，真正實(shí)現(xiàn)了煉鐵廠的可持續(xù)發(fā)展。
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