CN110305999B

CN110305999B - 一种处理高炉炉缸堆积的金属化炉料及其使用方法

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Publication number: CN110305999B
Application number: CN201910639777.5A
Authority: CN
Inventors: 梁栋; 佘雪峰; 王学斌; 王静松; 石红燕; 朱珂纬
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Shandong Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Shandong Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: CN110305999A

Abstract

本发明公开了一种处理高炉炉缸堆积的金属化炉料及其使用方法，所述金属化炉料包括以下质量百分比的组分：HBI 10‑20％、金属化球团5‑35％、废钢10‑20％，块矿0‑5％，其余为烧结矿。其使用方法为：高炉炉缸检测到发生堆积后，不需要停炉，直接采用金属化炉料进行高炉炼铁，待不存在炉缸堆积现象后，则选择常规炉料进行冶炼，整个过程不减产或少减产。本发明对炉料结构进行了优化以及相应工艺的配合，可降低高炉焦比20～45％，显著降低高炉下部直接还原的负担，可以把上述炉料结构作为高炉炉况调剂使用，当发生高炉炉缸堆积时，通过金属化炉料的使用来维系一定产量的同时，且由于金属化炉料中较低的碳含量，则使得炉缸熔体具有更高的容碳能力，加速堆积的清除。

Description

一种处理高炉炉缸堆积的金属化炉料及其使用方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种处理高炉炉缸堆积的金属化炉料及其使用方法。

背景技术

高炉作为炼铁过程中的主工序，以其高产、低耗、经济的三大优势存在，可预见在未来经济型新能源的工业化应用技术普及前仍以不可撼动的地位存在于钢铁流程中。

高炉本质是个逆流式热交换竖式移动床，顺行是实现高产、优质、低燃料比的一切指标的前提与基础。高炉炉缸堆积的表现是高炉炉缸的有效工作空间缩小的一种现象，从而造成热制度波动、煤气流紊乱、难于维持正常的喷煤及送风，渣铁排放异常等。整个高炉顺行平衡态打破，悬料时有发生，如无有效的措施恢复将易于发展为炉缸冻结。从产量、成本方面造成巨大的经济损失，炉缸寿命也将在恢复过程中遭受重大打击。如何防止炉缸的堆积以及如何快速处理炉缸堆积，是广大炼铁工作者时刻关注和研究的问题。

在出现此种炉况恶化的情形时，对每个高炉操作者都是一个极大的挑战。常规在炉况难行时采取的操作是提高原燃料质量、减风、退负荷、减煤、加入大量的降低炉渣熔点的物质、如萤石、锰矿、均热炉渣等。在高炉炉容大型化的今天，大高炉如出现如此恶化，往往比小高炉有着更长时间的恢复期。通常根据炉况恶化的程度，其完全恢复期从几周到一年都有可能。唯有堆积区域缓慢熔化，焦层完全更新，炉热逐步恢复后方可转化到正常产量及顺行的模式。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种金属化炉料生产铁水的方法，通过对炉料结构进行了优化以及相应工艺的配合，可降低高炉焦比20～45％，显著降低高炉下部直接还原的负担，可以把上述炉料结构作为高炉的“配药”使用，当发生高炉炉缸堆积时，通过金属化炉料的使用来维系一定产量的同时，加速堆积的清除。

为达到上述目的，本发明具体通过如下技术手段实现：

一种处理高炉炉缸堆积的金属化炉料，所述金属化炉料包括以下质量百分比的组分：HBI(热压铁，HBI，Hot Briquetted Iron)10-20％、金属化球团5-35％、废钢10-20％，块矿(生矿)0－5％，其余为烧结矿。

作为优选，所述金属化炉料包括以下质量百分比的组分：HBI：12-17％、金属化球团18-30％、废钢12-18％，块矿(生矿)0－5％，其余为烧结矿。

作为优选，所述HBI包括以下质量百分比的成分，C小于3％，FeO为小于12％，SiO₂为3.8-6％，Mn为0.02-0.1％，P小于0.05％，S小于0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为进一步优选，按质量百分比计，所述HBI包括以下成分：C小于3％，FeO为6.5-12％，SiO₂为3.8-6％，Mn为0.02-0.1％，P小于0.05％，S小于0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为更进一步优选，所述HBI包括以下成分：C为2％～2.6％，FeO为7-8％，SiO₂为4-4.5％，Mn为0.04-0.08％，P小于0.05％，S小于0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为优选，所述金属化球团包括以下成分：全Fe不低于80％，C小于3％，FeO不高于15％，SiO₂不高于6％，Al₂O₃不高于4％，CaO为不高于1.5％，MgO不高于1.3％。

作为进一步优选，所述金属化球团包括以下成分，全Fe为80-85％，C小于3％，FeO小于15％，SiO₂为2-6％，Al₂O₃为2-4％，CaO为1.2-1.5％，MgO为0.8-1.3％。

作为更进一步优选，所述金属化球团包括以下成分：全Fe为82-84％，FeO为5－11％，SiO₂为3-5％，Al₂O₃为2.3-3.6％，CaO为1.28-1.4％，MgO为0.95-1.25％。

作为优选，所述烧结矿的主要成分包括：全Fe为55-65％，SiO₂为7-9％，FeO为8-15％，其余元素为高炉用烧结矿正常范围。

作为进一步优选，所述烧结矿的主要成分包括：全Fe为57-60％，SiO₂为7.5-8.5％，FeO为10-13％，其余元素为高炉用烧结矿正常范围。

上述成分含量均采用质量百分比计进行计算。

本发明中，涉及气体的均为气体的体积百分含量。

本发明提供了一种使用上述金属化炉料处理高炉炉缸堆积的方法，高炉炉缸检测到发生堆积后，不需要停炉，直接采用金属化炉料进行高炉炼铁，待不存在炉缸堆积现象后，则选择常规炉料进行冶炼，整个过程不减产或少减产。

进一步地，直接采用金属化炉料进行高炉炼铁包括以下步骤：

1)首先将金属化球团、块矿(生矿)、烧结矿混合均匀从炉顶加入高炉中，将焦炭和金属化球团、块矿(生矿)、烧结矿混合料交替布料入高炉，形成金属化球团、块矿(生矿)、烧结矿混合料和焦炭层的交替层状结构；然后将HBI和废钢混合然后与小焦丁按照重量份(65-80):(10-25)进行配料后布料到最上方(顶部)，通过高炉布料溜槽实现环形布料方式，控制料面形状，形成边缘和中心两道气流模式；

2)在高炉风口喷吹富氢燃气和空气，该富氢燃气是天然气或焦炉煤气，喷吹量600-1200m³/吨铁；富氢燃气中H₂体积含量30％～60％，其余为CO；风温为1200-1450℃，风压240-290kpa；鼓风中氧含量控制在体积含量18-25％，富氧率1.85-3％；生成液态铁水经出铁口排出炉外，冶炼过程中控制铁水温度Tp≥1490℃；

3)诊断是否还存在炉缸堆积的现象，若还存在炉缸堆积的现象，继续重复步骤1)-2)进行高炉冶炼；若不存在炉缸堆积现象，则选择常规炉料进行冶炼。

本发明中，所述废钢为：将收集的废钢，剪切成长度小于2米、宽度小于1.2米的材料，送入破碎机进行粉碎，加工成直径规格20-30mm、密度1.5-2吨/m³的球状废钢。

作为优选，直接采用金属化炉料进行高炉炼铁冶炼过程中控制炉渣二元碱度R2为1.05-1.15，三元碱度R3为1.25-1.3，四元碱度R4为0.90-1.05；同时控制炉渣中Al₂O₃的含量为10-13wt％，MgO的含量为2-3wt％，B₂O₃的含量为0.1-0.2wt％；控制出渣铁时间为120-150min，控制出铁流速为6-7t/min，且出渣率在80％以上。

本发明中，小焦丁粒度为8-16mm，焦炭平均粒径范围为35mm～80mm，烧结矿的粒度大于16mm，金属化球团粒度为20-25mm，球状废钢粒度为20-30mm，HBI粒度为15-30mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明金属化炉料炼铁技术同时优化了高炉冶炼过程参数，将会大幅减少上部间接还原的吸热，并且在降低渣铁比的同时，将会减少矿石中带来的杂质从而减少炉缸热支出。可以把上述炉料结构作为高炉炉况调剂使用，当发生高炉炉缸堆积时，通过金属化炉料的使用来维系一定产量的同时，加速堆积的清除，在整个过程中，不需要停炉，同时不会减产，或者相比传统的清除堆积，见产量少。

(2)本发明对炉料结构即组成和配比进行了优化，尤其是选用了优化成分烧结矿、球团矿、热压铁HBI，同时添加废钢，可降低高炉焦比20～45％，显著降低高炉下部直接还原的负担，提高高炉利用系数，从而使高炉的生产率大幅度提高，提高了高炉炼铁工艺的竞争力。

(3)本发明对入炉料的大小和布料方式进行了优化，主要是为了保证炉料透气性，解决了使用金属化炉料后高炉料面稳定性的问题，使得高炉气流稳定，炉况稳定，燃料比降低。

(4)在高炉冶炼方面，金属化炉料冶炼高炉软熔带位置高，软化区间宽会造成高炉料柱透气性变化很大，通过控制合理送风制度和热制度，改善整个冶炼过程，保证快速消除炉缸堆积。在鼓风制度中，喷入富氢燃气，提高燃烧效率和燃烧温度，保证炉缸中的温度相对较高，促进氧化还原反应，加强炉缸顺行。

(5)本发明的渣系降低炉渣熔化性温度的同时保持炉渣良好的流动性和脱硫能力，降低炉渣粘度。本发明无需再向高炉炉料中配入萤石和锰矿等助熔剂，不仅可以减少渣比，进一步增加高炉透气性，还可以减少炉渣中的助熔剂对炉缸耐材的侵蚀。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

下面以具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

某高炉炼铁过程从高炉静压分布来看，高炉下部阻力损失上升，全炉压差升高，料柱透气性下降，风量较正常水平降低了8％，且下部冷却壁面温度下部冷却壁面温度变化不大，可以判定，炉缸内已经形成渣铁堆积。此时改用本发明的炉料进行高炉冶炼铁水，包括以下步骤：

(1)首先将金属化球团、块矿(生矿)、烧结矿混合均匀从炉顶加入高炉中，将焦炭和金属化球团、块矿(生矿)、烧结矿混合料交替布料入高炉，形成金属化球团、块矿(生矿)、烧结矿混合料和焦炭层的交替层状结构；然后将HBI和废钢混合然后与小焦丁按照重量份70:22进行配料后布料到最上方，通过高炉布料溜槽实现环形布料方式，控制料面形状，形成边缘和中心两道气流模式；

金属化炉料中各组分质量百分比：HBI：10％、金属化球团5％、废钢10％，块矿(生矿)5％，其余为烧结矿；将上述含铁原料充分混合；

所述HBI包括以下成分，FeO为6.5％，SiO₂为3.8％，Mn为0.02％，P小于0.05％，S小于0.05％，C为2.6％其余为Fe和不可避免的杂质。

所述金属化球团包括以下成分，C为3％，全Fe为80％，FeO为15％，SiO₂为6％，Al₂O₃为4％，CaO为1.5％，MgO为1.3％。

所述烧结矿的主要成分包括：全Fe为55％，SiO₂为7％，FeO为8％。

将收集的废钢，剪切成长度小于2米、宽度小于1.2米的材料，送入破碎机进行粉碎，加工成直径规格25mm、密度1.6吨/m³的球状废钢。

(2)在高炉风口喷吹富氢燃气和空气，该富氢燃气是天然气或焦炉煤气，喷吹量800m³/吨铁；富氢燃气中H₂含量35％，其余为CO；风温为1300℃，风压255kpa；鼓风中氧含量控制在20％，富氧率2％；生成液态铁水经出铁口排出炉外，冶炼过程中控制铁水温度1520℃；控制炉渣二元碱度R2为1.1，三元碱度R3为1.2，四元碱度R4为1；同时控制炉渣中Al₂O₃的含量为11.2％，MgO的含量为2.24％，B₂O₃的含量为0.15％；控制出渣铁时间为130min，控制出铁流速为6t/min，且出渣率在80％以上；

(3)诊断是否还存在炉缸堆积的现象，若还存在炉缸堆积的现象，继续重复步骤(1)-(2)进行高炉冶炼；若不存在炉缸堆积现象，则选择常规炉料进行冶炼。

循环两次高炉运行，高炉下部阻力变小，全炉压差降低，料柱透气性变好，，风量恢复正常水平，风量和风压不存在周期性波动，渣铁分离状况较好，风口工作均匀，不出现未充分加热的黑焦降落到风口，炉缸顺行。完成炉缸堆积治理，可以改为常规物料进行冶炼。

实施例2

某高炉炼铁过程从高炉静压分布来看，高炉下部阻力损失上升，全炉压差升高，料柱透气性下降，风量较正常水平降低了7％，且下部冷却壁面温度下部冷却壁面温度变化不大，可以判定，炉缸内已经形成渣铁堆积。此时改用本发明的炉料进行高炉冶炼铁水，包括以下步骤：

(1)首先将金属化球团、烧结矿混合均匀从炉顶加入高炉中，将焦炭和金属化球团、烧结矿混合料交替布料入高炉，形成金属化球团、烧结矿混合料和焦炭层的交替层状结构；然后将HBI和废钢混合然后与小焦丁按照重量份75:16进行配料后布料到最上方，通过高炉布料溜槽实现环形布料方式，控制料面形状，形成边缘和中心两道气流模式；

金属化炉料各组分质量百分比：HBI：20％、金属化球团：5％、废钢：10％，块矿(生矿)：0％，其余为烧结矿；将上述含铁原料充分混合；

所述HBI包括以下成分，C为2％，FeO为12％，SiO₂为4％，Mn为0.1％，P小于0.05％，S小于0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述金属化球团包括以下成分，全Fe为84％，C为3％，FeO为15％，SiO₂为3％，Al₂O₃为3.6％，CaO为1.4％，MgO为1.25％。

所述烧结矿的主要成分包括：全Fe为56.5％，SiO₂为8.5％，FeO为13％。

将收集的废钢，剪切成长度小于2米、宽度小于1.2米的材料，送入破碎机进行粉碎，加工成直径规格30mm、密度1.5吨/m³的球状废钢。

(2)在高炉风口喷吹富氢燃气和空气，该富氢燃气是天然气或焦炉煤气，喷吹量1150m3/吨铁；富氢燃气中H₂含量40％，其余为CO；风温为1250℃，风压245kpa，鼓风中氧含量控制在22％，富氧率2.15％；生成液态铁水经出铁口排出炉外，冶炼过程中控制铁水温度Tp≥1500℃；控制炉渣二元碱度R2为1.12，三元碱度R3为1.28，四元碱度R4为0.95；同时控制炉渣中Al₂O₃的含量为11.6％，MgO的含量为2.7％，B₂O₃的含量为0.12％；控制出渣铁时间为130min，控制出铁流速为7t/min，且出渣率在80％以上。

通过上述高炉炼铁炉料优化，保证高炉持续顺行，连续冶炼10炉后没有出现炉缸堆积现象，渣铁分离状况较好，风口工作均匀，不出现未充分加热的黑焦降落到风口，炉缸顺行。同时，比传统炉料可降低高炉焦比25％，显著降低高炉下部直接还原的负担，提高高炉利用系数，从而使高炉的生产率大幅度提高，提高了高炉炼铁工艺的竞争力。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种处理高炉炉缸堆积的金属化炉料，其特征在于，所述金属化炉料包括以下质量百分比的组分：HBI 10-20％、金属化球团5-35％、废钢10-20％，块矿0-5％，其余为烧结矿；

按质量百分比计，所述HBI包括以下成分：C小于3％，FeO为6.5-12％，SiO₂为3.8-6％，Mn为0.02-0.1％，P小于0.05％，S小于0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；

按质量百分比计，所述金属化球团包括以下成分：全Fe不低于80％，C小于3％，FeO不高于15％，SiO₂不高于6％，Al₂O₃不高于4％，CaO为不高于1.5％，MgO不高于1.3％；

所述烧结矿的成分包括：全Fe为55-65％，SiO₂为7-9％，FeO为8-15％，其余元素为高炉用烧结矿正常范围。

2.如权利要求1所述的处理高炉炉缸堆积的金属化炉料，其特征在于，所述金属化炉料包括以下质量百分比的组分：HBI 12-17％、金属化球团18-30％、废钢12-18％，块矿0-5％，其余为烧结矿。

3.一种使用权利要求1-2任一项所述的金属化炉料处理高炉炉缸堆积的方法，所述方法为：

高炉炉缸检测到发生堆积后，不需要停炉，直接采用金属化炉料进行高炉炼铁，待不存在炉缸堆积现象后，则选择常规炉料进行冶炼；

直接采用金属化炉料进行高炉炼铁包括以下步骤：

1)首先将金属化球团、块矿、烧结矿混合均匀从炉顶加入高炉中，布料方式为将焦炭和金属化球团、块矿、烧结矿混合料交替布料入高炉，形成金属化球团、块矿、烧结矿混合料和焦炭层的交替层状结构；

然后将HBI和废钢的混合料与小焦丁按照重量份65-80：10-25进行配料后布料到顶部，通过高炉布料溜槽实现环形布料方式，控制料面形状，形成边缘和中心两道气流模式；

3)诊断是否还存在炉缸堆积的现象，若还存在炉缸堆积的现象，继续重复步骤1)-2)进行高炉冶炼；若不存在炉缸堆积现象，则选择常规炉料进行冶炼；

控制炉渣二元碱度R2为1.05-1.15，三元碱度R3为1.25-1.3，四元碱度R4为0.90-1.05；同时控制炉渣中Al₂O₃的含量为10-13wt％，MgO的含量为2-3wt％，B₂O₃的含量为0.1-0.2wt％；控制出渣铁时间为120-150min，控制出铁流速为6-7t/min，且出渣率在80％以上。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述废钢为直径规格20-30mm、密度1.5-2吨/m³的球状废钢。