CN114686626A

CN114686626A - 一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法

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Publication number: CN114686626A
Application number: CN202210305392.7A
Authority: CN
Inventors: 李红; 夏秋雨; 郑华伟; 于刚; 肖志新; 胡正刚; 刘栋梁; 陈令坤
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2042-03-25
Also published as: CN114686626B

Abstract

本发明公开了一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，入炉：高炉全部入炉料包括：烧结矿、球团矿、块矿、焦炭和废钢，按每批炉料中废钢用量与矿石批重的质量比为(3～5)∶22的比例将废钢添加在高炉的边缘环带处，入炉冶炼；布料：炉墙边缘矿焦比为4:3或3:2，中心加焦量质量百分比为焦批的29.4～33.3％；喷吹：喷吹煤为无烟煤和烟煤的混合煤，其中烟煤质量百分比为42～45％；鼓风：采取的鼓风富氧率为8～12％，标准风速(标准风量/进风面积)为252～272m/s；本发明通过提高高炉鼓风富氧率，大比例使用高挥发分烟煤喷吹，添加废钢入炉，调剂布料制度，强化高炉中心煤气流、抑制边缘煤气流，实现高炉炉况稳定、低耗、高产。

Description

一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种冶炼废钢的方法。

背景技术

由于国家对于环保要求的愈发严格，加之对于冶金行业调控等因素制约，就目前来讲，钢铁企业将不能新增工艺装备，但与此同时，随着我国经济的快速发展，对于不同用途的钢铁产品的需求也与日俱增，为了能够满足不同行业对于钢铁产品快速增长的需要，钢铁企业就需要利用现有装备条件，充分挖掘自身能力，以应对不断增长的市场需求。而对于炼铁工艺来讲，产能的提升，在不能够新建高炉的条件下，就意味着自身产能要增加，也就是说要相应的提升高炉冶炼强度，来满足扩充产能的需要。

高炉富氧技术，已经在不同钢铁企业实施已有数十年，可以说无论是从制氧的工艺装备，还是到高炉的具体应用实施，都可以说此项技术已经较为成熟，实现了提升高炉产能、降低燃料消耗的效果。因此，鉴于富氧技术对于高炉生产的重要性，在保持高炉稳定顺行的前提下，提高鼓入高炉热风中的富氧率，对于钢铁企业具有十分重要的意义。

做为强化冶炼的重要手段，富氧鼓风可以有效提高高炉产量，理论上，富氧1％，高炉可增产4.76％，实际可提高产量2-3％。同时富氧鼓风有助于提高喷煤量、降低焦比，是提高综合经济效益的重要措施。大量科学研究和工业试验表明，富氧率的增加，也会给高炉冶炼带来一些新的问题。(1)富氧率超过一定范围会使炉内煤气量过少，造成炉身炉料加热不足，一般称之为“上冷”。而炉料加热不足，会严重阻碍炉身还原，使间接还原度大幅度下降。(2)富氧率过高会带来理论燃烧温度提高、炉缸煤气量减少、直接还原度降低等问题，这将导致炉缸温度过高，一般称之为“下热”。理论燃烧温度过高，硅及其他元素大量还原蒸发，最终导致高炉燃料比迅速上升、炉况不顺。正是由于“上冷”“下热”带来的冶炼技术难题，延缓了富氧、全氧高炉技术的推进。

废钢是钢铁工业重要的铁素原料，是唯一可大量替代铁矿石的含铁原料，也是可以无限循环利用的绿色再生资源。根据计算，用废钢生产1吨钢，可节约铁矿石1.65吨，降低能源消耗352公斤标准煤，少用1.7吨新水，减少1.6吨二氧化碳排放和3吨固体废物的排放。使用废钢作为原材料炼钢既是钢铁产业调整结构、降低碳排放的需要，也是通过降低原矿需求增强资源保障能力的需要，更是实现钢铁行业“双碳”目标的迫切需要。

高炉加废钢的另一个经济优势是，可以有效使用低级或劣质废钢。由于高炉有强大的还原能力和熔炼能力，以及非常高的能量利用率，可以用最小的能耗代价和成本代价，来消纳氧化铁和非金属杂质含量高的多种低级或劣质社会废钢。

在应用废钢的便利程度方面，高炉也体现出其优势。废钢只须要被加工成满足高炉需要的一定粒度，即可利用高炉现有的料仓及上料和布料系统，装入高炉使用，实现节能减排和降低成本的生产效果。而且由于高炉产能巨大，炉料中仅配少量的比例，就能消耗总量巨大的废钢。

从高炉炉顶加入废钢的冶炼方式，是将废钢通过炉顶上料皮带和烧结矿、球团矿等含铁炉料一起入炉冶炼。高炉使用的废钢料型主要为破碎料、矽钢片、刨花、冲豆(也称瓜子片)等特定废钢，其中废钢破碎料为高炉使用主力料型，以钢模板为原料，经过2次破碎后，可以达到高炉使用外形要求。

在实际从高炉炉顶加入废钢冶炼的过程中，高炉常规炉料配比使用废钢料发现存在很大的问题。由于废钢与常规含铁炉料理化性能相差很大，导致高炉炉料结构发生变化，废钢直接入炉极易造成大型高炉煤气流改变，影响高炉操作炉型。进而改变高炉软熔带位置，易造成高炉炉身粘结，阻碍边缘气流发展，高炉风量减少，操作困难，高炉经济技术指标变差。

受自然资源和技术条件限制，我国在今后相当长的一段时间内仍将采用高炉炼铁工艺生产生铁。因此高炉炼铁技术在炼铁生产中仍将处于主导地位。但是，由于全国焦炭资源紧张，高炉生产目前正受到投资、资源、成本、环保等各方面的巨大压力。因此，大力发展喷煤技术，以煤代焦，降低成本，是高炉炼铁技术发展的必然趋势。

目前，喷吹煤主要以无烟煤和烟煤混合使用，其中，无烟煤煤化程度高，挥发分低，密度大，燃点高；烟煤的煤化程度相对无烟煤较低，主要特点是挥发分高，一般在12～52wt％，随着煤化程度的增加而降低。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小变大。

由于煤化程度的不同，无烟煤和烟煤的资源储存量不同，烟煤储存量丰富，用途广泛，可作为炼焦、动力、气化用煤，价格较低，所以高炉冶炼中的喷吹煤中增加烟煤的含量，有利于合理的利用自然资源，降低喷煤成本。

但由于烟煤挥发分高，存在容易自燃、着火、爆炸等安全隐患，喷吹煤中烟煤的含量增加时，高炉冶炼的系统稳定性变差，因此烟煤喷吹以降低成本受到了限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，通过适当提高高炉鼓风富氧率，大比例使用高挥发分烟煤喷吹，提高入炉煤比，保持高炉理论燃烧温度范围合理，同时为应对高富氧率导致炉腹煤气量减少，高炉炉料中添加废钢入炉，提高高炉入炉含铁品位，通过调剂布料制度，强化高炉中心煤气流、抑制边缘煤气流，渣皮保持稳定，最终使高炉炉况保持稳定、低耗、高产。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，包括以下步骤：

入炉：高炉全部入炉料包括：烧结矿、球团矿、块矿、焦炭和废钢，按每批炉料中废钢用量与矿石批重的质量比为(3～5)∶22的比例将废钢添加在高炉的边缘环带处，入炉冶炼；

布料：炉墙边缘矿焦比为4:3或3:2，中心加焦量质量百分比为焦批的29.4～33.3％；

喷吹：喷吹煤为无烟煤和烟煤的混合煤，其中烟煤质量百分比为42～45％；

鼓风：采取的鼓风富氧率为8～12％，标准风速(标准风量/进风面积)为252～272m/s。

按上述方案，所述废钢料型为破碎料、矽钢片、刨花的一种或几种，最大长度范围为3～152mm。优选料型为破碎料。

按上述方案，所述烧结矿、球团矿、块矿的平均含铁品位为58.5～59.5％，其中块矿的铁含量范围63～66％。

按上述方案，高炉采取大小粒度烧结矿分级入炉的方式，包括先将废钢混合小粒度烧结矿后，采用的布料矩阵为

或

其中K为废钢+小粒度烧结矿，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。

按上述方案，高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：

或者

或者

其中C为焦炭，O为大粒度烧结矿+球团矿+块矿，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。

按上述方案，所述无烟煤的挥发分(Vdaf/％)范围为7.51～11.55％，烟煤的挥发分(Vdaf/％)范围为28.22～36.22％，混合煤的挥发分(Vdaf/％)范围为15.71～22.55％。其中，混合煤Vdaf＝烟煤Vdaf×烟煤配比+无烟煤Vdaf×无烟煤配比。

按上述方案，所述无烟煤的灰分(Aad/％)范围为12.5～11.5％，烟煤的灰分(Aad％)范围为4.2～6.5％。

按上述方案，所述无烟煤的硫分(Stad/％)范围为2.35～2.55％，烟煤的硫分(Stad％)范围为2.22～2.35％。

按上述方案，所述块矿为澳块和/或南非块，无烟煤选用永城无烟煤、晋城无烟煤、邯郸无烟煤中的一种或几种，烟煤选用潞安烟煤、神华烟煤中的一种或两种。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

其一，本发明使高炉的富氧率达到了8～12％，喷吹煤中烟煤比例达到42～45％，每批炉料中废钢用量与矿石批重的质量比达到3∶122～1∶22。高炉提高富氧率可以大幅提高产量，提高喷煤量、降低焦比；因为烟煤储存量丰富、价格较低，高炉冶炼中的喷吹煤提高烟煤比例，极大的利用了较为廉价的烟煤资源，因为烟煤特性，大幅降低了制粉能耗，降低喷煤成本同时改善煤粉在风口前的燃烧条件，提高煤比；高炉加入特定废钢入炉冶炼，利用正常的布矿矩阵布入小粒度烧结和特定废钢的混合料，在不影响高炉块状带气流的前提下更加环保、经济和节能的使用了废钢资源(相比传统电炉)。

其二，高炉富氧和大比例烟煤喷吹，对于高炉边缘煤气流具有促进作用，高炉边缘环带布入小烧和特定废钢料，对高炉边缘煤气流具有抑制作用，高炉高富氧、大比例喷吹烟煤、加入废钢，以上三种冶炼方式配合使用，可以有效控制合适的边缘煤气流，控制高炉风口前端理论燃烧温度范围合理，保证煤粉燃烧充分，稳定高炉渣皮，保护了炉体冷却系统，提高了高炉使用寿命。

其三，高炉富氧率提高后，炉腹煤气量会相应减少，为防止中心不活跃、中心死料柱过大，高炉布料采取“抑制边缘气流+发展中心气流”的操作模式，同时加大中心焦用量、缩小了送风面积，发展了高炉中心煤气流，减小了炉墙热负荷，维持较高实际风速，提高了煤气的穿透力，有助于炉内温度的均匀分布，保持了高炉稳定和顺行。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式中提供了一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法：

入炉时添加废钢：高炉全部入炉料包括：烧结矿、球团矿、块矿、焦炭和废钢，按每批炉料中废钢用量与矿石批重的质量比为(3～5)∶22的比例将废钢添加在高炉的边缘环带处，入炉冶炼；

布料时抑制边缘气流、发展中心气流：炉墙边缘矿焦比为4:3或3:2，中心加焦量质量百分比为焦批的29.4～33.3％；

喷吹时调整喷吹煤品种：高炉喷吹煤为无烟煤和烟煤的混合煤，其中烟煤质量百分比为42～45％；

鼓风时提高富氧率、减小送风面积：高炉采取的鼓风富氧率为8～12％，标准风速(标准风量/进风面积)为252～272m/s；

其中，所述废钢料型为破碎料、矽钢片、刨花的一种或几种，最大长度范围为3～152mm。优选料型为破碎料；所述烧结矿、球团矿、块矿的平均含铁品位为58.5～59.5％，其中块矿的铁含量范围63～66％。

高炉采取大小粒度烧结矿分级入炉的方式，包括先将废钢混合小粒度烧结矿后，采用的布料矩阵为

或

高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：

或者

或者

无烟煤的挥发分(Vdaf/％)范围为7.51～11.55％，烟煤的挥发分(Vdaf/％)范围为28.22～36.22％，混合煤的挥发分(Vdaf/％)范围为15.71～22.55％。其中，混合煤Vdaf＝烟煤Vdaf×烟煤配比+无烟煤Vdaf×无烟煤配比。所述无烟煤的灰分(Aad/％)范围为12.5～11.5％，烟煤的灰分(Aad％)范围为4.2～6.5％。所述无烟煤的硫分(Stad/％)范围为2.35～2.55％，烟煤的硫分(Stad％)范围为2.22～2.35％。

所述块矿为澳块和/或南非块，无烟煤选用永城无烟煤、晋城无烟煤、邯郸无烟煤中的一种或几种，烟煤选用潞安烟煤、神华烟煤中的一种或两种。

实施例1

国内某炼铁厂A高炉(3222m³)，

表1 A高炉炉料组成参数

表2 A高炉使用南非块化学成分

表3 A高炉喷吹煤粉技术指标参数

(1)A高炉全部入炉料为：大粒度烧结矿、小粒度烧结矿、鄂州球团矿、南非块、焦炭和料型为破碎料的废钢；高炉采用常规矿批为92t，特定废钢装入量为2.7t；

(2)A高炉喷吹煤为烟煤和无烟煤的混合煤，无烟煤为永城无烟煤、晋城无烟煤，烟煤为神华烟煤，神华烟煤质量百分比为42％；

(3)A高炉标准风量为6222m³/min，采取的富氧率为8％、送风面积为2.3916m²；

(4)A高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：

(C上面的9和下面的3，是指高炉布焦炭时，在9号角位布3环，以此类推)其中C为焦炭，O为大粒度烧结矿+鄂球+南非块，K为特定废钢+小粒度烧结矿，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。

结果表明，A高炉的富氧率达到了8％，喷吹煤中烟煤比例达到42％，每批炉料中废钢用量与矿石批重比达到3wt％，高炉炉缸活跃、炉况保持稳定顺行，高炉增产8wt％，炼铁成本降低42元/吨铁。

实施例2

国内某炼铁厂B高炉(3222m³)，

表4 B高炉炉料组成参数

表5 B高炉使用澳块化学成分

表6 B高炉喷吹煤粉技术指标参数

煤种	M<sub>t</sub>/％	A<sub>ad</sub>/％	V<sub>daf</sub>/％	S<sub>tad</sub>/％	配比/％
						邯郸无烟煤	11.4	11.52	11.55	2.55	42.5
晋城无烟煤	8.76	12.69	9.45	2.42	12.5
						潞安烟煤	16.3	6.52	28.22	2.35	45.2

(1)B高炉全部入炉料为：大粒度烧结矿、小粒度烧结矿、鄂州球团矿、澳块、焦炭和料型为破碎料的废钢；高炉采用常规矿批为86t，特定废钢装入量为4.3t；

(2)B高炉喷吹煤为烟煤和无烟煤的混合煤，无烟煤为邯郸无烟煤、晋城无烟煤，烟煤为潞安烟煤，潞安烟煤质量百分比为45％；

(3)B高炉标准风量为5952m³/min，采取的富氧率为12％、送风面积为2.3817m²；

(4)B高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：

(C上面的9和下面的2，是指高炉布焦炭时，在9号角位布2环，以此类推)其中C为焦炭，O为大粒度烧结矿+鄂球+澳块，K为特定废钢+小粒度烧结矿，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。

结果表明，B高炉的富氧率达到了12％，喷吹煤中烟煤比例达到45％，每批炉料中废钢用量与矿石批重比达到5wt％，高炉炉缸活跃、炉况保持稳定顺行，高炉增产12wt％，炼铁成本降低54元/吨铁。

Claims

1.一种高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于包括以下步骤：

鼓风：采取的鼓风富氧率为8～12％，标准风速为252～272m/s。

2.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于所述废钢料型为破碎料、矽钢片、刨花的一种或几种，最大长度范围为3～152mm。

3.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于所述烧结矿、球团矿、块矿的平均含铁品位为58.5～59.5％，其中块矿的铁含量范围63～66％。

4.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于高炉采取大小粒度烧结矿分级入炉的方式，包括先将废钢混合小粒度烧结矿后，采用布料矩阵为

或

进行布料；其中K为特定废钢+小粒度烧结矿，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。

5.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于高炉采取由外环到内环的布料矩阵，装料矩阵为：

或者

或者

6.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于所述无烟煤的挥发分范围为7.51～11.55％，烟煤的挥发分范围为28.22～36.22％，混合煤的挥发分范围为15.71～22.55％。

7.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于所述无烟煤的灰分范围为12.5～11.5％，烟煤的灰分范围为4.2～6.5％。

8.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于所述无烟煤的硫分范围为2.35～2.55％，烟煤的硫分范围为2.22～2.35％。

9.如权利要求1所述高炉富氧大比例喷吹烟煤冶炼废钢的方法，其特征在于所述块矿为澳块和/或南非块，无烟煤选用永城无烟煤、晋城无烟煤、邯郸无烟煤中的一种或几种，烟煤选用潞安烟煤、神华烟煤中的一种或两种。