CN111733305A - 高炉高锌负荷入炉冶炼的方法 - Google Patents

高炉高锌负荷入炉冶炼的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，该方法首先对入炉高锌烧结矿进行化学成分分析，控制高锌烧结矿中锌的含量为0.020％～0.050％；将高锌烧结矿、球团矿和块矿的按质量百分比为60％～75％:30％～15％:10％准备入炉料；将特定废钢料和上述高锌烧结矿按质量比1:25～80混匀，形成混合料；将块矿、球团矿和混合料输送入料罐集中斗中，混合得到混合矿料；然后将混合矿料通过无料钟布入高炉；采取中心加焦量为焦批的25％～30％的布料模式，采取扩大送风面积、富氧率、顶温和CO利用效率的高炉操作模式。本发明通过高炉操作方式的改变，在保证高炉稳定顺行的前提，极大地提高了高炉冶炼高锌负荷原料的适应性。

Description

高炉高锌负荷入炉冶炼的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术，具体涉及一种高炉高锌负荷入炉冶炼的方法。
背景技术
锌的沸点为907℃，作为一种重金属元素，在高炉炼铁原燃料中常以闪锌矿和红锌矿的形式存在。锌的炉内循环富集是指锌化合物随原料进入高炉后立即被还原，在高炉下部高温区气化后随煤气上升，到达高炉上部低温区后又以液态或结晶成固体的形态随高炉炉料下降，构成了锌在高炉炉内的富集。锌的炉外循环是指锌随高炉煤气带出后形成细微颗粒聚集在瓦斯灰中，当把含锌瓦斯灰作为辅料用于烧结时，又会构成烧结工艺和炼铁工艺之间的循环。高炉内为较强的还原气氛，内部化学反应得到的ZnO会被CO、C和Fe等物质还原。其化学反应式为：
ZnO+C＝Zn(g)+CO(g) (1)
ZnO+CO(g)＝Zn(g)+CO2(g) (2)
ZnO+Fe(l)＝Zn(g)+FeO(l) (3)
高炉原燃料的有害元素中Zn排在首位。由于Zn在高炉内循环富集，其危害是多方面的，其中最主要是造成炉墙结瘤，破坏高炉的稳定顺行[1]；同时Zn蒸汽在高炉内稀释煤气有效浓度，占据高炉内空间，并在900℃～1000℃煤气间接还原区域达到最大值，不利于间接还原，从而降低煤气利用率，使高炉能耗增加。
某炼铁厂共有6座高炉生产，其A号高炉于2019年10月中旬停炉，现有5座高炉生产。2018年2～6月份高炉锌负荷保持在0.3kg/t，2018年7月份锌负荷开始上升，2018年9月份起高炉的布料矩阵没有变化，但所有高炉煤气利用率全部下降。随着高炉内锌循环富集的加重，2018年9～12月份煤气利用率进一步降低，燃料比同时升高，2018年12月全厂高炉锌负荷平均值达到0.45kg/t(表1)。
该炼铁厂高炉使用的进口矿和燃料中Zn含量较低(Zn含量≤0.01％)，据统计，入炉锌含量主要来源于自产烧结矿，83.9％锌由烧结矿带入(见表2)，2018年该炼铁厂铁产量为1572.6万吨，年锌负荷0.303kg/t,总锌量4764.98吨，其中二次资源(包括炼铁、炼钢、轧钢产生的高锌含铁料)带入为3746.49吨(见表3)，占总入炉锌量的78.6％。
根据国家环保固废不出厂的要求，在未增加炉外脱锌设备装置的情况下，现有炼铁工艺必须消纳钢铁厂日常冶炼产生的高锌含铁二次资源。
炼铁厂逐步增加了高Zn二次资源的用量，二次资源因含锌和硫较高的原因对高炉和烧结生产造成较大的影响。为保证炼铁工序正常生产，各种二次资源被当做烧结原料大量使用，其中3号烧结机使用的最多，导致E号高炉(主要使用三烧生产的烧结矿)入炉锌负荷最高，而A号和H号高炉由于煤气利用率相对较好、顶温较低，在操作制度上也不利于排锌。
高炉入炉锌负荷高，增加了锌在附着到炉衬上的概率，造成炉内结瘤、炉衬结构被破坏，大幅缩短炉内耐材的使用年限。附着于炉墙内壁上的氧化锌，造成高炉炉墙粘结并结厚，在受到渣铁和边缘煤气流的外力冲刷时，这种极不稳定的结厚层脱落，会造成炉缸渣铁的锌负荷显著升高，进而导致炉缸物理热大幅下降，打破高炉内热平衡，高炉炉况剧烈波动。同时，金属锌会导致风口上翘，影响送风制度，甚至导致高炉送风风口损坏。
由于以上原因，该炼铁厂A、E、H号三座高炉均存在炉身反复结厚和风口大量损坏的现象(表4)，高炉炉况整体稳定性变差，高炉顺行难以保证。
表1 2018年1～12月高炉锌负荷、煤气利用率、燃料比对比情况
Figure BDA0002540200010000031
表2 2018年高炉各种原燃料入炉锌量对比
Figure BDA0002540200010000032
表3 2018年某炼铁厂各种含铁二次资源使用量及入炉Zn含量
Figure BDA0002540200010000041
表4 2018年9～12月A、E、H号高炉的波动情况
Figure BDA0002540200010000042
目前国内外关于高锌负荷的公开文献和专利较多，例如，公开号为CN104293993A的中国发明专利公开了一种高Zn负荷原料高炉冶炼的控制方法，其原理上通过高炉合理的操作方法，通过处理渣皮，解决高炉因锌负荷过高而导致的高炉炉身粘结问题。因各高炉原燃料条件相差大，炉型特异性强，在实践中往往难以达到目的，同不能减少炉内锌的含量，对高炉长寿不利。
公开号为CN110238172A的中国发明专利公开了一种利用高炉消纳处理含锌固废资源的方法，其原理是定时调整高炉操作，将锌有效的排出高炉。但由于其方法较为固定，上升管温度控制范围仅100℃～150℃，在缩小送风面积后，高炉所产生的总煤气量较小，在实际生产中高炉并不能有效的将锌排出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，该方法高炉炉料烧结矿比例可正常保持，操作者可根据烧结产量正常调节烧结矿的使用量，不会因为烧结矿种锌含量高而降低烧结矿入炉配比，烧结矿锌含量过高时，在不增加炉外脱锌装置的前提下，在入炉料中加入少量废钢料，控制入炉锌负荷不超过0.60kg/t.Fe，并通过技术措施将金属锌排出高炉外，炉内锌负荷维持在合理水平，高炉渣皮稳定，高炉仍能维持高产、顺行。
为实现上述目的，本发明所设计一种高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，包括以下步骤：
1)首先对入炉高锌烧结矿进行化学成分分析，控制高锌烧结矿中锌的含量为0.020％～0.050％；
2)将高锌烧结矿、球团矿和块矿的按质量百分比为60％～75％:30％～15％:10％准备入炉料；
3)将特定废钢料和上述高锌烧结矿按质量比1:25～80混匀，形成混合料；
4)将块矿、球团矿和混合料输送入料罐集中斗中，混合得到锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe的混合矿料；然后将混合矿料通过无料钟布入高炉；
5)采取中心加焦量为焦批的25％～30％的布料模式，采取扩大送风面积、富氧率、顶温和CO利用效率的高炉操作模式。
进一步地，所述步骤3)中，特定废钢的料型为破碎料、矽钢片、刨花或冲豆。
再进一步地，所述步骤3)中，特定废钢料和上述高锌烧结矿的质量比1:60～80。
再进一步地，所述步骤4)中，混合矿料以正常布矿矩阵入炉冶炼；其中，混合矿料的布料矩阵为
Figure BDA0002540200010000061
或
Figure BDA0002540200010000062
或
Figure BDA0002540200010000063
或
Figure BDA0002540200010000064
OL为混合矿料。
再进一步地，所述步骤5)中，入炉锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3％～5％；富氧率小于等于3％；炉顶煤气温度控制在200℃～250℃；CO利用率控制在44％～46％；高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为45℃～65℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为90℃～150℃。
再进一步地，所述步骤5)中，入炉锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3.0％～4.5％；富氧率为1％～3％；炉顶煤气温度控制在210℃～245℃；CO利用率控制在44％～45.5％；高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为47℃～65℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为95℃～150℃。
再进一步地，所述步骤4)中，入炉锌负荷为0.45kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3.327％；富氧率为3％；炉顶煤气温度控制在220℃；CO利用率控制在44.5％。高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为53℃～56℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为101℃～140℃。
本发明的有益效果：
1)现有技术高炉锌负荷在高炉内和原料烧结矿间不断的循环富集，最终入炉锌负荷过高时，高炉的稳定性难以保证。以煤炭火力发电为基础，在当前条件下，高炉加废钢冶炼会比电炉使用废钢更环保、经济和节能。本发明通过加入少量废钢入炉冶炼的方式，利用正常的布矿矩阵布入烧结和废钢的混合料，在不影响高炉块状带气流的前提下，既使用了废钢资源，也控制炉料入炉锌负荷范围。
2)在入炉高锌负荷的条件下，通过有效调剂高炉参数，增加了高炉入炉风量，提高炉内煤气发生量，既保证了炉内边缘温度满足形成稳定的渣皮，又防止炉身结厚，同时也开放了中心气流，利用煤气流将高锌含量瓦斯灰排出高炉，本发明通过高炉操作方式的改变，在保证高炉稳定顺行的前提，极大地提高了高炉冶炼高锌负荷原料的适应性。
3)本发明因为通过一系列参数的调整，增加了高炉风量，同时加入了废钢资源，因此大幅增加了高炉产量。在煤气利用效率有所降低的方面，经测算，在某炼铁厂煤气现状下，煤气利用降低1％,燃料比升高了3.55kg/t.Fe，但高炉后流程煤气回收热值升高了31.20Nm3，煤气回收增加经济效益4.59元/t.Fe；同时本发明降低了锌对高炉内衬及风口的危害，增加了高炉使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
本发明的高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，包括以下步骤：
1)首先对入炉高锌烧结矿进行化学成分分析，控制高锌烧结矿中锌的含量为0.020％～0.050％；
2)将高锌烧结矿、球团矿和块矿的按质量百分比为60％～75％:30％～15％:10％准备入炉料；
3)将特定废钢料和上述高锌烧结矿按质量比1:25～80混匀，形成混合料；其中，特定废钢的料型为破碎料、矽钢片、刨花或冲豆；
4)将块矿、球团矿和混合料输送入料罐集中斗中，混合得到锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe的混合矿料；然后将混合矿料通过无料钟布入高炉；其中，混合矿料以正常布矿矩阵入炉冶炼；其中，混合矿料的布料矩阵为
Figure BDA0002540200010000071
或
Figure BDA0002540200010000072
或
Figure BDA0002540200010000073
或
Figure BDA0002540200010000074
OL为混合矿料；
5)采取中心加焦量为焦批的25％～30％的布料模式，采取扩大送风面积、富氧率、顶温和CO利用效率的高炉操作模式；其中，入炉锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3％～5％；富氧率小于等于3％；炉顶煤气温度控制在200℃～250℃；CO利用率控制在44％～46％；高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为45℃～65℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为90℃～150℃。
根据上述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法步骤，结合实际情况，得到下述实施例：
实施例1
国内某炼铁厂E号高炉，有效容积3200m3，高炉矿批80t(即为每批炉料中高锌烧结矿、块矿和球团矿的组成)，其中，高锌烧结矿质量比75％且高锌烧结矿中锌质量百分比0.020％、球团矿质量比15％、块矿质量比10％，每批烧结矿加入料型为破碎料的特定废钢1.0t，入炉锌负荷为0.45kg/t.Fe；
E号高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：
Figure BDA0002540200010000081
(即为焦炭的矩阵：其限定了中心加焦量，中心加焦量为焦批的25.0％)，
Figure BDA0002540200010000082
其中，中心焦1号位布4环，987651各号位总环数3+3+2+2+2+4总共16环，4环/16环，中心焦量25％，其中C为焦炭，O为球团矿、混合料(烧结+废钢)、块矿(所有质量可以确定右上数字为布料角位，右下数字为与右上数字相对应的布料环数)；
高炉送风面积由0.3997m2扩大至0.4130m2，富氧率为3％；炉顶煤气温度为220℃；CO利用率为44.5％。
表5 E号高炉2019年3月炉身冷却壁温度(℃)
Figure BDA0002540200010000091
结果表明：E号高炉冷却壁温度均匀，实际生产时无结厚现象(表5为E号高炉2019年3月炉身冷却壁温度)，高炉炉况稳定，日均增产1.67％。
实施例2
国内某炼铁厂E号高炉，有效容积3200m3，高炉矿批80t(即为每批炉料中烧结矿、块矿和球团矿的组成)，其中，高锌烧结矿质量比60％且高锌烧结含锌质量百分比0.030％、球团矿质量比30％和块矿质量比10％；每批加入料型为破碎料的特定废钢0.6t，入炉锌负荷0.49kg/t.Fe。
E号高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：
Figure BDA0002540200010000092
(即为焦炭的矩阵：其限定了中心加焦量，中心加焦量为焦批的26.7％)，
Figure BDA0002540200010000093
其中C为焦炭，O为球团矿、混合料(烧结+废钢)、块矿(所有质量可以确定右上数字为布料角位，右下数字为与右上数字相对应的布料环数)；
高炉送风面积由0.3997m2扩大至0.4130m2，富氧率2％；炉顶煤气温度控制在213℃；CO利用率控制在45.3％。
表6 E号高炉2019年5月炉身冷却壁温度(℃)
Figure BDA0002540200010000101
结果表明：E号高炉冷却壁温度均匀，实际生产时无结厚现象(表6为E号高炉2019年5月炉身冷却壁温度)，高炉炉况稳定，日均增产2.16％。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)首先对入炉高锌烧结矿进行化学成分分析，控制高锌烧结矿中锌的含量为0.020％～0.050％；
2)将高锌烧结矿、球团矿和块矿的按质量百分比为60％～75％:30％～15％:10％准备入炉料；
3)将特定废钢料和上述高锌烧结矿按质量比1:25～80混匀，形成混合料；
4)将块矿、球团矿和混合料输送入料罐集中斗中，混合得到锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe的混合矿料；然后将混合矿料通过无料钟布入高炉；
5)采取中心加焦量为焦批的25％～30％的布料模式，采取扩大送风面积、富氧率、顶温和CO利用效率的高炉操作模式。
2.根据权利要求1所述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：所述步骤3)中，特定废钢的料型为破碎料、矽钢片、刨花或冲豆。
3.根据权利要求1或2所述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：所述步骤3)中，特定废钢料和上述高锌烧结矿的质量比1:60～80。
4.根据权利要求1所述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：所述步骤4)中，混合矿料以正常布矿矩阵入炉冶炼；其中，混合矿料的布料矩阵为
Figure FDA0002540198000000011
或
Figure FDA0002540198000000012
或
Figure FDA0002540198000000013
或
Figure FDA0002540198000000014
OL为混合矿料。
5.根据权利要求1所述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：所述步骤5)中，入炉锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3％～5％；富氧率小于等于3％；炉顶煤气温度控制在200℃～250℃；CO利用率控制在44％～46％；高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为45℃～65℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为90℃～150℃。
6.根据权利要求1所述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：所述步骤5)中，入炉锌负荷为0.30～0.60kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3.0％～4.5％；富氧率为1％～3％；炉顶煤气温度控制在210℃～245℃；CO利用率控制在44％～45.5％；高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为47℃～65℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为95℃～150℃。
7.根据权利要求1所述高炉高锌负荷入炉冶炼的方法，其特征在于：所述步骤4)中，入炉锌负荷为0.45kg/t.Fe时，此时的送风面积将比锌负荷小于等于0.15kg/t.Fe的送风面积扩大了3.327％；富氧率为3％；炉顶煤气温度控制在220℃；CO利用率控制在44.5％。高炉6～9段轧制铜冷却壁整段温度平均值范围控制为53℃～56℃，炉身中上部铸铁冷却壁整段温度平均值范围控制为101℃～140℃。
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