張曉晨,曾文軍
( 福建羅源閩光鋼鐵有限責(zé)任公司,福建 羅源 350600)
摘 要: 羅源閩光高爐采用的全是外購焦炭,面對低成本壓力,高爐入爐焦炭質(zhì)量波動較大,影響爐況穩(wěn)定順行,高爐鐵水成本大幅波動。通過對羅源閩光高爐焦炭結(jié)構(gòu)持續(xù)對比分析,觀察判斷爐況、分析操作、核算鐵水成本,確定適合羅源閩光的入爐焦炭結(jié)構(gòu),既保證了高爐穩(wěn)定順行對焦炭質(zhì)量的基本要求,又降低入爐焦炭成本。
關(guān)鍵詞: 焦炭配料結(jié)構(gòu); 進(jìn)口焦炭; 干熄焦炭; 成本分析; 爐況
0 引言
羅源閩光有兩座高爐,容積分別為 1 250 m3 、1 280 m3 ,單爐設(shè)計(jì)產(chǎn)能 4 500 t /d。2023 年 6 月受下道工序影響,預(yù)計(jì)到 2024 年 10 月,每座高爐控制產(chǎn)能至3 000 t /d。近年來,高爐不斷優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu),逐步降低球團(tuán)礦比例,增加塊礦、燒結(jié)礦比例,并針對不同高爐的情況制定了適宜的爐料結(jié)構(gòu),這對降低生鐵成本起到了積極的作用[1]。高爐用燃料成本占噸鐵成本的 30%以上[2]。一方面,隨著高爐大型化和在大噴吹的條件下,要求焦炭骨架作用,對焦炭質(zhì)量的需求更加重要; 另一方面,面對鋼鐵產(chǎn)能過剩,成本壓力的要求和優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的減少,不可避免地使用低品質(zhì)焦炭,如中硫焦、高硫焦和水熄焦。如何合理使用價(jià)格較低、品質(zhì)較差的焦炭或搭配使用不同種類的焦炭,在確保高爐穩(wěn)定順行基礎(chǔ)上,又能降低高爐煉鐵燃料成本,尋求焦炭質(zhì)量與煉鐵成本的平衡關(guān)系。羅源閩光無焦化廠,外購焦炭種類及焦炭質(zhì)量波動較大。通過長期燃料結(jié)構(gòu)的對比分析、觀察判斷爐況、分析操作、核算鐵水成本等確定優(yōu)化羅源閩光焦炭配比。
1 高爐焦炭配料結(jié)構(gòu)
1.1 敬業(yè)、瑞豐高爐焦炭配料結(jié)構(gòu)
敬業(yè) 1 260 m3高爐焦炭配比結(jié)構(gòu),干熄焦 50%、準(zhǔn)一級 焦 炭 30%、焦 炭 Ⅰ5%、一 級 焦 10%、焦 炭5%。敬業(yè)干熄焦 50%、一級焦 10%作為主焦時,敬業(yè)1 260 m3 高爐焦炭主要成分見表 1。
由表 1 可知,指標(biāo)表現(xiàn)略差的準(zhǔn)一級焦炭、焦炭( 高硫) 、焦炭Ⅰ可以配加到 40%,爐況順行良好。低價(jià)的 煙 煤 煤 比 達(dá) 49 kg /t·Fe。煙 煤 價(jià) 格 要 低200 元/t左右。
敬業(yè)1 260 m3 高爐和瑞豐1 350 m3 高爐焦炭配比對應(yīng)的指標(biāo)見表 2。
由表 2 可知,敬業(yè)高爐燃料比 523.5 kg /t·Fe,焦炭成本 912.65 元/t,噸鐵成本2 859.36 元/t。近期,敬業(yè)高爐除塵灰由外銷改內(nèi)部消化,鉛鋅負(fù)荷升高,高爐中心氣流減弱,消耗較以往有所升高。瑞豐1 350 m3 高爐焦炭配比結(jié)構(gòu),水熄頂裝焦50%+一級搗固焦 5%+干熄焦-高硫 40%+準(zhǔn)一級干熄焦 5%,瑞豐水熄頂裝焦和一級搗固焦質(zhì)量表現(xiàn)較穩(wěn)定,瑞豐 1 350 m3 高爐焦炭成分見表 3。
由表 3 可知,搭配低價(jià)干熄高硫焦炭 45%,爐況順行良好消耗較低。
由敬業(yè) 1 260 m3 高爐、瑞豐1 350 m3 高爐焦炭配比對 應(yīng) 的 指 標(biāo) ( 表 2) 可 知,瑞豐高爐燃料比501.1 kg /t·Fe,焦 炭 成 本 795. 44 元/t,噸 鐵 成 本2 620.96 元/t,噴吹煙煤煤比達(dá)61.9 kg /t·Fe。瑞豐噸鐵成本較低,爐況順行,除塵灰外銷,鉛鋅負(fù)荷低,煤氣利用率達(dá)47.5%。港口較近,原燃料轉(zhuǎn)運(yùn)成本較低,配料結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理。瑞豐、敬業(yè)沒有焦化廠,全為外購焦炭,主要使用干熄焦炭,注重原料質(zhì)量,爐況順行,又有很強(qiáng)的成本意識,尋求焦炭質(zhì)量與煉鐵成本最優(yōu)的配料方式。
1.2 寧夏建龍 1 260 m3 高爐焦炭配料結(jié)構(gòu)
寧夏建龍 1 260 m3 高爐 2023 年 1—11 月指標(biāo)參數(shù)見表 4。由表 4 可知,寧夏建龍入爐的焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度( CSR) 65%左右,含硫最高1.26%,因長期使用高硫焦炭,造成爐況出現(xiàn)失常,頻繁的難行、懸料、燒小套,對高爐生產(chǎn)造成很大的影響。觀察建龍高硫焦配比情況可以發(fā)現(xiàn),高硫焦配比最高達(dá)100%,3 月份以后由于頻繁的燒小套,開始逐步降低高硫焦配比,最低降到 4%。9 月份以后為改善高爐爐況開始將焦炭含硫量降低至 0.9 左右。由建龍煉鐵廠經(jīng)驗(yàn)可知,使用高硫焦要確保焦炭的 CSR 在65%以上; 使用高硫焦炭要以高爐爐況順行為前提,控制好高硫焦的配用比例,或者不使用高硫焦而提高中硫焦的入爐比例; 使用高硫焦如果硫負(fù)荷超過4.0 kg /t,高爐會出現(xiàn)燒風(fēng)口小套,因?yàn)樾纬闪私Y(jié)晶硫,結(jié)晶硫降低銅的熔點(diǎn)使得小套容易燒漏; 入爐硫負(fù)荷高也會加劇煤氣管道腐蝕。目前,建龍煤氣管道腐蝕嚴(yán)重,新建了煤氣管道替換原有的煤氣管道。
2 優(yōu)化高爐焦炭配比實(shí)踐
羅源閩光參照外單位,根據(jù)自身?xiàng)l件,對焦炭配比結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索。羅源閩光高爐由于長期產(chǎn)能不匹配,慢風(fēng)生產(chǎn),高爐出現(xiàn)了幾次較大的失常現(xiàn)象,基本過程為爐缸堆積、爐墻結(jié)厚、連續(xù)管道、偏塌料、難行、頻繁燒風(fēng)口套。通過洗爐、降低堿金屬負(fù)荷、改善原燃料條件、精細(xì)化操作等恢復(fù)爐況。逐步認(rèn)識到原燃料條件的重要性,不斷摸索出合理的焦炭配比結(jié)構(gòu)。在確保高爐穩(wěn)定順行基礎(chǔ)上,優(yōu)化高爐煉鐵燃料成本。
2.1 配加進(jìn)口焦炭對比分析
羅源閩光與同時期的敬業(yè)、瑞豐高爐焦炭配料結(jié)構(gòu)為進(jìn)口焦炭 20%、烏海中硫 20%、準(zhǔn)一級焦炭60%。高爐配加進(jìn)口焦炭期間濕焦炭負(fù)荷由 4.2 加到4.79,燃料比由 516.03 kg /t·Fe 降到504.1 kg /t·Fe,爐況順行良好,2#高爐渣皮跳動較大,也逐步穩(wěn)定下來,當(dāng) 月 兩 座 高 爐 僅 燒 1 個 小 套,焦 炭 成 本841.5 元 /t,噸鐵成本 2 763.29 元/t。
羅源閩光10 月份焦炭主要成分見表5,為此階段高爐用焦炭成分表,進(jìn)口焦炭指標(biāo)優(yōu)勢明顯。10 月份進(jìn)口焦炭按 20%搭配用完后,進(jìn)一步壓低成本,開始搭配使用中硫、高硫焦炭,然而主焦指標(biāo)不理想,輔焦的指標(biāo)變得更差,原計(jì)劃的焦炭優(yōu)劣配合使用效果沒有實(shí)現(xiàn)。11 月份 1#高爐燃料比537.61 kg /t·Fe。
爐 況 失 常 處 理 12 d,其 間 1 # 高 爐 燃 料 比573.61 kg /t·Fe。爐況失常階段,對比 10 月份,燃料成本上升 182.48 元/t,原料成本上升107.65 元/t。另外,消耗螢石 88.78 t、錳礦 217.12 t、小套燒漏 23 個,吹管灌渣 3 條,補(bǔ)加凈焦 183 t,合計(jì)損失 143.5 萬元。
2.2 配加干熄焦炭對比分析
羅源閩光高爐 2 月 15 日開始配加干熄焦炭,配比由 20% 調(diào)整為 35%,后又調(diào)整為 15%。調(diào)整時間、配加不同比例干熄焦部分指標(biāo)對比見表 6。高爐配加干熄焦( 布料到中心) 后,焦炭濕負(fù)荷由 4.2逐步加至 4.7~4.8。
高爐使用焦炭質(zhì)量見表 7,入爐焦炭成分干熄焦 指 標(biāo) 表 現(xiàn) 較 好。 1 # 高 爐 燃 料 比 降 至495.7 kg /t·Fe,煤氣利用率提高 0.76%; 2#高爐燃料比降至 500.1 kg /t·Fe,煤氣利用率提高1.29%。高爐爐況及各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)較好,干熄焦指標(biāo)穩(wěn)定作為主焦使用,準(zhǔn)一級焦炭約配 60%,表現(xiàn)較差的焦炭如金巖高硫配加到 20%,未出現(xiàn)爐況波動。另外,爐況順行后爐料結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化,逐漸減用、停用球團(tuán)礦,各項(xiàng)降本措施逐步開展。緊盯燒結(jié)質(zhì)量,要求燒結(jié) RDI≥63%,轉(zhuǎn)鼓≥78%,篩分粒級 5 ~ 10 mm占比≤20%,開機(jī)料、生料落地或集中打入指定料倉,視爐況情況少量配用,燒結(jié)日常指標(biāo)波動要小,燒結(jié)鋅含量超 0.004%時,及時減配含鋅高的除塵灰[3]。
2.2.1 1#、2#高爐配用干熄焦高爐爐況對比分析
1#高爐 2 月 1 日~2 月 14 日塌料 37 次,高爐爐況失常及補(bǔ)加凈焦見表 8。上部氣流邊緣東側(cè)過吹,縮小礦帶寬,適當(dāng)抑制邊緣和中心加焦為主要調(diào)節(jié)方向。1#、2#高爐布料角度見表 9,礦帶 6°,最后一圈礦上抬布到次內(nèi)圈,防止礦布到最內(nèi)圈時礦量不均勻,焦炭最內(nèi)圈 23°布 3 圈,慢風(fēng)生產(chǎn),原燃料條件差,通過中心加焦發(fā)展中心氣流,可以確保高爐穩(wěn)定順行。2 月 15 日干熄焦炭入爐,高爐逐步趨于穩(wěn)定,塌 料 2 次,大 幅 度 減 少。煤 氣 利 用 率 由45.17%提高至 48.3%,平均 47.2%。高爐控制料速在 6 批/h,富氧 2 800 m3 /h,維持下道工序,確保頂溫。上部調(diào)節(jié)抑制邊緣開放中心,拉開礦帶寬至7.5°。中心穩(wěn)定、邊緣東側(cè)轉(zhuǎn)弱。高爐使用干熄焦前后指標(biāo)對比見表 10。由表 10 可知,1#高爐燃料比降低15.5 kg /t·Fe,焦丁比提高 4.7 kg /t·Fe,頂溫升高 14 ℃,球團(tuán)比降低 3.21%。
2#高爐爐況失常及補(bǔ)加凈焦見表 8。2 月 1 日~2 月 14 日 2#高爐塌料 6 次,渣皮脫落影響鐵水物理熱,為防止?fàn)t涼事故,加焦提硅 14 次。懸料 4 次,低物理熱 2 次,合計(jì)加焦 78.5 t。高爐渣皮頻繁脫落,冷卻壁溫度波動大,軟水流量開到最大 4 200m3 /h,軟水溫差一直居高不下,最高達(dá) 4.3 ℃。長期如此易燒壞冷卻壁,不利于高爐爐型維護(hù)。上部調(diào)節(jié)以抑制邊緣和發(fā)展中心為主要調(diào)節(jié)手段,如 1#、2#高爐布料角度( 見表 9) 慢風(fēng)生產(chǎn)采用中心加焦,焦角 21°布 3 圈,確保中心氣流。多次調(diào)整礦角,抑制或者發(fā)展邊緣氣流,均不太理想,爐況波動較大,渣皮穩(wěn)定不住。隨著 2 月 15 日干熄焦入爐,爐身溫度逐步穩(wěn)定,軟水溫差下降至 2. 0 左右波動,負(fù)荷由4.2逐步加至 4.7~4.8,燃料比下降至500 kg /t·Fe左右。煤氣利用率由 46%提高至 47.2%,高爐無懸料。
隨著煤氣利用好轉(zhuǎn),2#高爐 2 月后期開始出現(xiàn)頂溫過低 現(xiàn) 象,高爐控制料速在 6 批/h,富 氧 減 至2 000 m3 /h,產(chǎn)能不超的條件下,風(fēng) 量 加 大 至2 350 m3 /min左右,頂溫逐步維持在 100 ℃ 左右。
高爐使用干熄焦前后指標(biāo)對比見表 10,由表 10 可知,2#高爐日均產(chǎn)量上升 198 t,煤比多噴11 kg /t·Fe、焦丁比多用7.3 kg /t·Fe,減用球團(tuán) 3.84%。另外,積存的一些質(zhì)量略差的燒結(jié)、焦 炭 和 細(xì) 焦 丁,逐 漸配用。
2.2.2 配用干熄焦前后主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比
高爐配用干熄焦前后指標(biāo)波動較大,燃料比由516.05 kg /t·Fe 降到 497.29 kg /t·Fe,使用干熄焦前后原燃料成本對比見表 11。由表 11 可知,使用干熄焦后,原料成本降低 10.84 元/t,燃料成本降低51.68 元/t,合計(jì)降成本 62.52 元/t,焦炭降本幅度最大達(dá) 69.23 元/t。焦炭質(zhì)量提升后有助于爐況穩(wěn)定順行,低價(jià)的煤粉和焦丁可以多配,條件允許可以嘗試噴吹部分煙煤,高價(jià)的球團(tuán)少配,有助于降低成本。2 月 1 日~2 月 14 日兩座高爐因爐況調(diào)節(jié)共加焦炭 131.34 t,2 月 15 日~2 月 29 日加焦炭25.7 t,使用干熄焦后爐況明顯好轉(zhuǎn)。另外,1 月 1 日~2 月 14 日2#高爐小套燒漏 15 個,1#高爐小套燒漏 10 個,2 月 14 日~2 月 29 日兩座高爐小套燒漏個數(shù)為零。焦炭質(zhì)量改善后,燒小套大幅度減少。爐前出鐵卡鐵口有所好轉(zhuǎn),鉆頭、鉆桿等備品備件消耗大幅降低。
3 效果
經(jīng)過焦炭配比實(shí)踐優(yōu)化對比分析,確定高爐焦炭入爐配比結(jié)構(gòu)為: 干熄焦炭/進(jìn)口焦炭/一級焦炭20%+準(zhǔn)一級焦炭 60% +高硫焦炭/二級焦炭 20%。既能滿足高爐爐況順行,又能兼顧原料成本結(jié)構(gòu)。 高爐的各項(xiàng)指標(biāo)逐漸改善,成本逐漸下降,降低成本效果明顯。高爐煤比160 kg /t·Fe,大噴吹的條件下,要求焦炭骨架作用至關(guān)重要,低于 15%時,爐況會出現(xiàn)輕微波動,會出現(xiàn)塌料、渣皮脫落、頂溫不足等影響下道工序。另外,從寧夏建龍經(jīng)驗(yàn)可知,配高硫焦炭時其反應(yīng)后強(qiáng)度要在 65%以上,硫負(fù)荷超過4.0 kg /t,高爐會出現(xiàn)燒風(fēng)口小套。煤氣中硫偏高,造成煤氣管道、BPRT 葉片、波紋管和閥門腐蝕嚴(yán)重,影響后續(xù)高爐生產(chǎn),對全工序影響較大。可考慮不使用高硫焦或提高中硫焦的入爐比例。
4 結(jié)語
⑴優(yōu)化高爐焦炭入爐結(jié)構(gòu),有利于穩(wěn)定爐況順行,兼顧降低入爐焦炭成本。要保證入爐焦炭的整體質(zhì)量,入爐焦炭干熄焦炭/進(jìn)口焦炭/一級焦炭20%+準(zhǔn)一級焦炭 60% +搗固水熄焦/高硫焦 20%,煉鐵的燃料成本為最優(yōu)。面對低成本壓力,要守住焦炭作為骨架用量的底線,一旦爐況失常,造成的損失反而極大影響降本增效的作用。
⑵燒結(jié)礦質(zhì)量出現(xiàn)波動或爐況波動時,可通過減少搗固水熄焦/高硫焦比例來提高入爐焦炭的品質(zhì),改善高爐爐況,保證高爐順行,同時配用差焦炭時,要做好精細(xì)化操作,及時在操作上預(yù)防原料上的劣勢。
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