CN115466808B - 高富氧大渣量的高炉冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高富氧大渣量的高炉冶炼方法，通过对风口总面积与鼓风量之间的关系进行合理设定，配合对补充喷煤管进行全新的改造设置以及对焦炭进行具体特定的分粒度筛分和铺设，从而使得在高富氧大渣量冶炼软熔带增厚工况条件下，透气性得到了保障，高炉顺行得到了保证。
Description
技术领域
本发明涉及钢冶炼中的高炉冶炼领域，具体涉及一种高富氧大渣量的高炉冶炼方法。
背景技术
在高炉冶炼过程中，高富氧操作时，会导致风口燃烧带短，助燃风少，从而热风热量不足，炉缸煤气量少，继而导致高炉上部加热不足的同时煤气量少且分布不均，最终造成上部块状带间接还原差。而目前很多高炉冶炼选择大渣量操作，这样操作主要是能够合理的控制矿物成本，从而高炉入炉品位偏低的铁矿，而品位偏低的铁矿中非铁成分即相对较高，从而在冶炼过程中渣量增加，形成大渣量冶炼，大渣量冶炼导致软熔带增厚，高炉透气性变差，此时即需要合理增加透气性来保障高炉的顺行。而对于大渣量冶炼过程中的高富氧操作使得上部块状带间接还原差的问题，现有技术有进行喷煤操作，一般是通过风口喷煤，但是仅仅的常规喷煤会降低透气性，从而会进一步的使得大渣量冶炼的高炉顺行问题进一步突出，从而高富氧和喷煤对于大渣量冶炼过程中的权衡度是亟需研究人员进行研究的。
除了在风口进行常规喷煤之外，偶有研究还有在软熔带上方进行喷煤，在这类补充喷煤过程中，现有技术存在通过炉喉部位向下垂直延伸喷煤管的形式，这样的设置会起到引导煤气流的效果，但是由于高炉内温度较高，如此长的喷煤管维修起来非常的不方便，同时其喷吹的煤粉优先会在喷出的位置反应，从而会使得反应不均匀，即使在其侧壁上设置有侧向的喷出口，也只是会在其周围区域进行反应，整体反应液不均匀，不适用于高富氧大渣量的高炉冶炼制度。同时现有研究也存在在软熔带上方横向设置喷煤管进行补充喷煤的技术方案，但是这样的喷向由于使得煤粉具有横向动能，从而使得中心气流过度的发展，也不适用于高富氧大渣量的冶炼制度。
中国发明专利公开文本CN 113046502 A公开了一种大矿批循环矿复合料制的高炉冶炼方法，通过合理配矿和配焦，使得软熔带焦层厚度增大，改善了高炉透气性，但是其只是对矿和焦炭的配料方式进行了改善，并没有对焦炭的具体粒径和配置方式进行设置，改善效果有限。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种针对高富氧大渣量的高炉冶炼方法中提升软熔带透气性的技术方案。
通过如下技术手段实现：
一种高富氧大渣量的高炉冶炼方法，包括如下步骤：
(1)设置风口总截面积，按照下述公式a设置风口总截面积，
其中，S为风口总截面积，单位为m2，BV为高炉鼓风量，单位为m3/min。
通过将风口总截面积与高炉鼓风量的搭配关系进行合理设置，使得各位置的气流发展均衡，从而也改善了软熔带的透气性，保证了高炉的顺行。
(2)设置喷煤管，在软熔带上方设置多根所述喷煤管，所述喷煤管包括水平段和垂直段，所述水平段贯穿高炉壁且一端连通在高炉外部，另一端与垂直段的顶端连通，在垂直段上均匀排列设置有多个斜向下喷煤的侧斜喷煤口，所述垂直段距离高炉竖直中心线的距离为L1，距离该高度高炉炉壁的距离为L2，满足L1＝(0.6～0.95)L2。
(3)分类筛分焦炭，将焦炭筛分为粒径小于18mm、18～25mm、25～41mm、41～50mm、50～59mm以及59mm以上六个型号，其中粒径为41～50mm和50～59mm的焦炭作为高炉中心区入炉焦炭，粒径为18～25mm和25～41mm的焦炭作为高炉边缘区入炉焦炭，且中心区入炉焦炭为粒度为50～59mm的焦炭与粒度为41～50mm的焦炭按上下层间隔交替铺设，且边缘区入炉焦炭为粒度为18～25mm的焦炭与粒度为25～41mm的焦炭按上下层间隔交替铺设，其它粒径的焦炭回炉重新造焦。
(4)按步骤(1)和步骤(2)的设置方式以及步骤(3)的入炉焦炭方式开始采用高富氧大渣量冶炼方式进行高炉冶炼。
(5)设置喷煤量，在高炉冶炼过程中采用步骤(2)喷煤管的的侧斜喷煤口进行喷煤操作，煤粉在每一根喷煤管的喷吹量为0.03～0.38kg/tHM(其中一种技术方案中，喷煤压力设置为高炉风压+(80～200)KPa)。
作为优选，在每个垂直段上均布的多个所述侧斜喷煤口的旋向一致且结构相同，每个所述侧斜喷煤口的顶端与垂直段的管道内部连通，另一端以倾斜的结构向斜下方延伸。
作为优选，所述侧斜喷煤口与水平位置的最小夹角α为45～65°，所述侧斜喷煤口与垂直段外壁表面在竖直方向上的夹角为18～28°。
作为优选，所述喷煤管设置有10～25根，且均匀贯穿布设于软熔带上方的高炉侧壁上。
作为优选，喷煤管内的煤粉以载气进行承载后喷出，所述载气为氮气，且煤粉与所述载气的质量比为(21～38)：1。
作为优选，喷煤管内的煤粉以载气进行承载后喷出，所述载气为氮气和处理后的高炉煤气的混合气体，所述处理后的高炉煤气为通过换热降温至50～80℃并经过脱水处理后的高炉煤气，载气中氮气和处理后的高炉煤气的混合体积比为(0.8～1)：(1.2～1.8)，载气混合后经煤气压缩机加压后进入到喷吹罐内，然后通过喷煤管的水平段进入到喷煤管内，继而通过多个所述侧斜喷煤口喷出，且煤粉与所述载气的质量比为(25～42)：1。
作为优选，喷煤管所述垂直段的底端封闭设置，且垂直段的底端距软熔带顶层的距离为0.5～4.2m；喷煤管的所述水平段和所述垂直段的长度之比为(1.3～1.8):1。
作为替换，步骤(3)中，将焦炭筛分为粒径小于18mm、18～41mm、41～59mm以及59mm以上四个型号，其中粒径为41～59mm的焦炭作为高炉中心区入炉焦炭，粒径为18～41mm的焦炭作为高炉边缘区入炉焦炭，其它粒径的焦炭回炉重新造焦。
作为优选，工作风口数为18～30个。
作为优选，在垂直段上设置的所述侧斜喷煤口设置有3～6排，每排设置有3～12个。
作为优选，喷煤管的所述水平段和所述垂直段相接处为非直角的弧形连通。
作为优选，以高炉竖直中心线为轴对称的相对的两个喷煤管的所述侧斜喷煤口的旋向相反。
本发明的技术效果在于：
1，由于鼓风动能的计算公式为式中：E为鼓风动能，J/s；m为单个风口单位时间的鼓风质量，kg/s；v为风口风速，m/s。即鼓风动能的计算公式为：式中：BV为高炉鼓风量，m3/min、O2为富氧量，m3/h；N为工作风口数，个；S为风口总面积；结合高富氧大渣量高炉冶炼制度下的实际鼓风动能和富氧量的情况以及风口数的最优配设，总结得到风口面积与鼓风量之间的关系设置为：/>通过该风口面积与鼓风量之间的关系设置，可以根据高富氧大渣量冶炼过程中的鼓风量而调整风口的大小，继而可以调整鼓风压力，从而通过合理设置风口大小与鼓风量的关系而得到在高富氧大渣量的这种特定高炉冶炼制度下二者最优的搭配方式，使得富氧条件下助燃风量实现最佳，避免了热风热量过度不足，而导致高炉上部加热过分不足的缺陷，该风口面积与鼓风量关系的设置，配合本发明喷煤管的具体设置，从而使得高炉上部热量分配更加合理，各位置的气流发展均衡，从而也改善了软熔带的透气性，保证了高炉的顺行。
2，通过在常规喷煤的基础上(即现有风口喷煤的设置不进行改变的基础上)，在高炉软熔带上方进行补充少量的喷煤，可以在软熔带上方实现煤粉的气化反应(软熔带上方的温度无法使得煤粉燃烧，但是可以实现煤粉的气化反应)，即煤粉与该部位的二氧化碳反应而生成一氧化碳，从而增加一氧化碳的比例，继而强化了块状带的间接还原，弥补了由于高富氧大渣量而导致的高炉上部加热不足而造成块状带的间接还原程度不足的缺陷。但是在软熔带上方喷吹煤粉进行气化反应的环境温度不能过低，而煤粉与二氧化碳的的反应是吸热反应，因此该处喷吹煤粉的量需要合理控制，并且煤粉喷吹的均匀性需要保证(即喷吹量和煤粉的喷吹均匀性是非常重要的)。本发明通过设置喷煤管的结构为水平段和垂直段相结合的形式(“L”型)，既避免了竖直长管的较长管道带来的缺陷，同时还避免了水平喷管使得煤粉反应位置不确定的缺陷，使得在软熔带上方的具体位置能够实现煤粉的均匀的喷吹，通过将喷煤管的水平位置进行具体设置，使得其喷煤的位置能够相对的保证在靠近中心的位置(但不是中心)，且通过设置在软熔带上方一圈的喷煤管(即多个喷煤管均匀布设)，从而能够更加均衡软熔带上方具体位置的温度控制，从而能够使得块状带的间接还原更加充分，从而保证了高炉的顺行。通过设置整体在垂直方向和水平方向都倾斜的侧斜喷煤口且将垂直段底端封口，使得通过载气运送的煤粉向下整体呈现螺旋的形式喷出，而高炉气体为向上运动，从而在环形的整圈上均形成多个固定旋向的紊流区域，使得二者接触更加充分，煤粉在气体中的分布更加均匀，从而使得喷煤效果更加良好。进一步优选相对的两个喷煤管的旋向不同，从而使得每个紊流区域对周围的紊流区域影响进一步减小，进一步提升喷煤均匀性的效果。通过合理设置喷煤量(和/或喷煤压力)，从而使得在该部位的喷煤量既不能过多而造成温度大幅下降的缺陷，同时还能保证产生的一氧化碳的量能够增加对块状带充分的间接还原，使得其更加适应本发明特定喷煤结构的设置，强化本发明特定高富氧大渣量条件下的喷煤效果。
3，通过对入炉焦炭的粒度以及入炉的分布方式进行具体设置，在不改变现有焦炭质量的前提下，仅通过分类筛分而将相对的大颗粒设置在中心区域，将相对的小颗粒设置在边缘区域，并且配合本发明特定的高富氧大渣量工况条件而合理设置粒径分界点，使得在中心区域焦炭整体颗粒相对较大，焦炭和焦炭之间空隙形成的气流通道相对较宽，从而可以相对的发展中心气流，而且通过将相对较大颗粒或小颗粒的焦炭又分别分成两个粒径，整体分层铺设，避免了过小粒径对过大粒径中空隙的填充情况的出现，避免了气流通道局部被堵塞情况的过多发生。由于本发明对软熔带上方喷煤管的具体是设置以及配合风口面积与鼓风量之间关系的设置，这样的焦炭设置可以对高富氧大渣量冶炼的整体顺行起到协调配合作用，进而无需提高焦炭质量来增加成本，只需对现有焦炭通过分类筛分的方式进行合理利用，并与上述喷煤管以及风口面积与鼓风量关系等相配合使用即可从不同方式提高这种特定工况情况下的高炉顺行的效果。
附图说明
图1为本发明喷煤管布置透视示意图。
图2为图1中的A向剖视结构示意图。
其中：101-软熔带，201-喷煤管的水平段，202-喷煤管的垂直段，203-侧斜喷煤口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)在河北某钢厂的高炉炼铁车间进行本实施例的一种高富氧大渣量的高炉冶炼方法，该高炉采用高富氧大渣量的冶炼制度，其鼓风动能E为11000J/s，富氧量为12000m3/h，工作风口数N为22个(在其它实施例中可以设置20～26个均可)，本实施例设置风口总截面积为约0.2179m2，鼓风量为约3200m3/min，满足公式a的的要求。通过将风口总截面积与高炉鼓风量的搭配关系进行合理设置，使得各位置的气流发展均衡，从而也改善了软熔带的透气性，保证了高炉的顺行。
(2)设置喷煤管，本实施例在软熔带上方1.2m处(垂直段的底端位置)的高炉炉壁上贯穿均匀设置19根所述喷煤管，所述喷煤管包括水平段和垂直段，所述水平段贯穿高炉壁且一端连通在高炉外部，另一端与垂直段的顶端连通，喷煤管的所述水平段和所述垂直段相接处为非直角的弧形连通。在垂直段上均匀排列设置有多个斜向下喷煤的侧斜喷煤口，所述垂直段距离高炉竖直中心线的距离为L1，距离该高度高炉炉壁的距离为L2，本实施例中L1＝0.8L2。所述侧斜喷煤口设置有3排，每排设置有6个。在每个垂直段上均布的所述侧斜喷煤口的旋向一致且结构相同，每个所述侧斜喷煤口的顶端与垂直段的管道内部连通，另一端以倾斜的结构向斜下方延伸。且如图1所示，以高炉竖直中心线为轴对称的相对的两个喷煤管的所述侧斜喷煤口的旋向相反。喷煤管所述垂直段的底端封闭设置，喷煤管的所述水平段和所述垂直段的长度之比为1.5:1。且如图1所示，侧斜喷煤口在垂直段外表面的垂直方向上设置有角度，如图2所示，与水平方向也设置有角度。本实施例所述侧斜喷煤口与水平位置的最小夹角α为50°，所述侧斜喷煤口与垂直段外壁表面在竖直方向上的夹角为20°。这样的角度设置使得煤粉喷出后形成紊流分散效果是最佳的。水平夹角过小则会使得煤粉横向扩散过大，水平夹角过大则会使得煤粉过于集中，垂直夹角过小会使得向下喷吹的压力过大而导致煤粉过于集中，垂直夹角过大会使得整体旋流喷出效果不佳。(本发明在软熔带下方也设置有常规喷煤口，在不改变这些设置以及常规喷煤操作的情况下，在软熔带上方设置上述喷煤管作为增加块状带间接还原、合理布局气流流动方式以及进一步降低燃料比的措施)。
(3)分类筛分焦炭，将焦炭筛分为粒径小于18mm、18～25mm、25～41mm、41～50mm、50～59mm以及59mm以上六个型号，其中粒径为41～50mm和50～59mm的焦炭作为高炉中心区入炉焦炭，粒径为18～25mm和25～41mm的焦炭作为高炉边缘区入炉焦炭，且中心区入炉焦炭为粒度为50～59mm的焦炭与粒度为41～50mm的焦炭按上下层间隔交替铺设，且边缘区入炉焦炭为粒度为18～25mm的焦炭与粒度为25～41mm的焦炭按上下层间隔交替铺设，其它粒径的焦炭回炉重新造焦。
(4)按步骤(1)和步骤(2)的设置方式以及步骤(3)的入炉焦炭方式开始采用现有高富氧大渣量的冶炼方式进行高炉冶炼。
(5)设置喷煤量，在高炉冶炼过程中采用步骤(2)喷煤管的的侧斜喷煤口进行喷煤操作，煤粉在每一根喷煤管的喷吹量为约0.08kg/tHM(在其它实施例中喷煤压力可以设置为高炉风压+150KPa)。喷煤管内的煤粉以载气进行承载后喷出，所述载气为氮气和处理后的高炉煤气的混合气体，所述处理后的高炉煤气为通过换热降温至65℃并经过脱水处理后的高炉煤气，载气中氮气和处理后的高炉煤气的混合体积比为0.9：1.3，载气混合后经煤气压缩机加压后进入到喷吹罐内，然后通过喷煤管的水平段进入到喷煤管内，继而通过多个所述侧斜喷煤口喷出，且煤粉与所述载气的质量比为28：1。
对比例1
本对比例其它设置方式与实施例1相同，不同之处在于设置风口总截面积为约0.1320m2，鼓风量为约3200m3/min，不满足公式a的的要求。通过30天的相同条件下的小规模对比性试验，本对比例在高炉上部出现局部冷炉的情况，而实施例1没有出现该情况，这是由于虽然鼓风量与实施例1相同，但是风口相对实施例1较细或较少，从而造成风速的提高，而风速的提高导致风压稍有提高，造成富氧部分相对实施例1反应过速，从而造成上部可能出现的局部冷炉的情况。
对比例2
本对比例设置现有横置的喷煤管，其它设置方式与实施例1相同，通过30天的相同条件下的小规模对比性试验，发现本对比例软熔带上方局部的温度过低，且边缘气流存在滞流的情况，但块状带的间接还原不足，而实施例1没有这种情况。这是由于横置喷煤管在软熔带上方喷煤时，由于煤粉在气体中的均匀性没有得到保证，从而存在煤粉在局部富集而导致部分过量反应或局部反应不充分而造成的。
对比例3
本对比例的焦炭配置采用现有的不分粒度的均匀与矿分层布置，其它设置方式与实施例1相同，通过30天的相同条件下的小规模对比性试验，发现本对比例相对于实施例1而言边缘气流过度发展，没有强化中心气流，焦比相较实施例1上升了11个百分点。
对比例4
本对比例的煤粉在每一根喷煤管的喷吹量为约0.25kg/tHM；喷煤压力设置为高炉风压+80KPa，其它设置方式与实施例1相同，通过30天的相同条件下的小规模对比性试验，发现本对比例上部温度有明显下降的情况，相较实施例1，上部温度下降了30～32℃左右，存在冷炉情况的可能性，是由于该部位喷煤量的增加，而煤粉的气化反应是吸热反应，从而导致过度吸热而造成温度过低的问题。
对比例5
本对比例的喷煤管没有设置侧斜喷煤口且垂直段的底端开口设置，其它设置方式与实施例1相同，通过30天的相同条件下的小规模对比性试验，发现本对比例块状带的间接还原相较实施例1下降了约11％，喷煤效果有所下降。
对比例6
本对比例的喷煤管设置的侧斜喷煤口没有设置与垂直方向的倾斜角度(即没有整体形成螺旋喷射)，其它设置方式与实施例1相同，通过30天的相同条件下的小规模对比性试验，发现本对比例块状带的间接还原相较实施例1下降了约6％，喷煤效果有所下降。
Claims (10)
1.一种高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设置风口总截面积，按照下述公式a设置风口总截面积，
其中，S为风口总截面积，单位为m2，BV为高炉鼓风量，单位为m3/min；
(2)设置喷煤管，在软熔带上方设置多根所述喷煤管，所述喷煤管包括水平段和垂直段，所述水平段贯穿高炉壁且一端连通在高炉外部，另一端与垂直段的顶端连通，在垂直段侧壁上均匀排列设置有多个斜向下喷煤的侧斜喷煤口，所述垂直段距离高炉竖直中心线的距离为L1，距离该高度高炉炉壁的距离为L2，满足L1＝(0.6～0.95)L2；
(3)分类筛分焦炭，将焦炭筛分为粒径小于18mm、18～25mm、25～41mm、41～50mm、50～59mm以及59mm以上六个型号，其中粒径为41～50mm和50～59mm的焦炭作为高炉中心区入炉焦炭，粒径为18～25mm和25～41mm的焦炭作为高炉边缘区入炉焦炭，且中心区入炉焦炭为粒度为50～59mm的焦炭与粒度为41～50mm的焦炭按上下层间隔交替铺设，且边缘区入炉焦炭为粒度为18～25mm的焦炭与粒度为25～41mm的焦炭按上下层间隔交替铺设，其它粒径的焦炭回炉重新造焦；
(4)按步骤(1)和步骤(2)的设置方式以及步骤(3)的入炉焦炭方式开始采用高富氧大渣量冶炼方式进行高炉冶炼；
(5)设置喷煤量，在高炉冶炼过程中采用步骤(2)喷煤管的的侧斜喷煤口进行喷煤操作，煤粉在每一根喷煤管的喷吹量为0.03～0.38kg/tHM。
2.根据权利要求1所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，在每个垂直段上均布的多个所述侧斜喷煤口的旋向一致且结构相同，每个所述侧斜喷煤口的顶端与垂直段的管道内部连通，另一端以倾斜的结构向斜下方延伸。
3.根据权利要求1或2所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，所述喷煤管设置有10～25根，且均匀贯穿布设于软熔带上方的高炉侧壁上。
4.根据权利要求3所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，喷煤管内的煤粉以载气进行承载后喷出，所述载气为氮气，且煤粉与所述载气的质量比为(21～38)：1。
5.根据权利要求3所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，喷煤管内的煤粉以载气进行承载后喷出，所述载气为氮气和处理后的高炉煤气的混合气体，所述处理后的高炉煤气为通过换热降温至50～80℃并经过脱水处理后的高炉煤气，载气中氮气和处理后的高炉煤气的混合体积比为(0.8～1)：(1.2～1.8)，载气混合后经煤气压缩机加压后进入到喷吹罐内，然后通过喷煤管的水平段进入到喷煤管内，继而通过多个所述侧斜喷煤口喷出，且煤粉与所述载气的质量比为(25～42)：1。
6.根据权利要求5所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，喷煤管所述垂直段的底端封闭设置，且垂直段的底端距软熔带顶层的距离为0.5～4.2m；喷煤管的所述水平段和所述垂直段的长度之比为(1.3～1.8):1。
7.根据权利要求1所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，作为替换，步骤(3)中，将焦炭筛分为粒径小于18mm、18～41mm、41～59mm以及59mm以上四个型号，其中粒径为41～59mm的焦炭作为高炉中心区入炉焦炭，粒径为18～41mm的焦炭作为高炉边缘区入炉焦炭，其它粒径的焦炭回炉重新造焦。
8.根据权利要求1或7所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，在垂直段上设置的所述侧斜喷煤口设置有3～6排，每排设置有3～12个。
9.根据权利要求1或7所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，喷煤管的所述水平段和所述垂直段相接处为非直角的弧形连通。
10.根据权利要求1或7所述的高富氧大渣量的高炉冶炼方法，其特征在于，以高炉竖直中心线为轴对称的相对的两个喷煤管的所述侧斜喷煤口的旋向相反。
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