CN115612764B - 一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法，其特征在于它包括以下步骤：1）按下式计算鼓风动能E：E=0.5×ρ₀×Q×V实²÷g÷n；2）判断炉况是否顺行；3）炉况顺行操作；4）炉况异常操作；5）高炉冶炼操作获得合格铁水。根据不同的原料、燃料条件，适时调整风口的开闭数量以及开闭风口的布局，再通过入炉原料的调整，并结合常规高炉冶炼操作，大大提高炉况稳定性，明显减少高炉崩料、滑料，改善铁水质量，使铁水含硅0.15‑0.60%稳定率从85%提高到95%，降低高炉燃料比10‑20kg/t，为钢铁企业进一步降低高炉冶炼成本、减少碳排放做出积极贡献。

Description

一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种冶炼方法，特别是一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法，属于高炉冶炼技术领域。

背景技术

送风制度是指通过风口向高炉内鼓送具有一定能量风的高炉冶炼控制操作，它包括风量、风温、风压、风中含氧、喷吹燃料、风口直径、风口伸入炉内长度等参数控制，由此确定两个重要的风速和鼓风动能参数。现实生产操作表明，不同的原料、燃料条件下以及不同的炉缸直径应达到对应的鼓风动能，因为：过小的鼓风动能会造成炉缸冶炼不活跃、初始煤气流分布偏向边缘；而过大的鼓风动能则容易形成顺时针方向的涡流，进而堆积在风口下方而烧坏风口下端。为了维持合理的鼓风动能值常需要进行大风量操作，并需要适配相应的进风面积，因此，在高炉冶炼中，大风量操作都采用全风口，以增加进风面积，完成高强度冶炼，但对原料、燃料(主要是焦炭)质量、综合入炉品位要求都非常高：首先入炉矿石品位要求在58％以上，且品位稳定率高，烧结矿转鼓指数大于80％，碱度稳定率在98％，氧化亚铁稳定率高；其次入炉有害元素要低，尤其是钾、钠、铅、锌负荷要求越低越好。

随着原料、燃料资源的逐渐贫乏，尤其是远离港口、无内河运输的地区，在国际铁矿石价格上涨、国内钢铁竞争激烈等因素影响下，造成这些地区的钢铁企业矿石资源紧缺，不得不尽量采用本地的低品位、质量波动大、有害元素高的矿石、燃料资源作为入炉原料，且烧结矿配料采用70-75％本地矿+25-30％进口矿，致使综合入炉品位低于56％、渣量大于410kg/t、锌负荷大于0.5kg/t、铅负荷大于0.2％、钾钠负荷大于3.5kg/t、钛负荷大于13.0kg/t，同时焦炭反应性高于25％、反应后强度低于67％、焦炭抗碎强度(M40)低于87％、M10高于6.0％。也就是说综合入炉品位低于同行业2.5％，有害元素远高于同行业水平，原料、燃料质量的波动大于同行业水平。因此，在这样的条件下采用行业内通用的大风量、全风口强化冶炼，使高炉炉况的稳定性得不到保障，燃料消耗居高不下。因此有必要对现有技术加以改进。

发明内容

为解决本地矿产资源品质差所带来的高炉炉况稳定性差、燃料消耗高等系列问题，本发明提供一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法。

本发明通过下列技术方案完成：一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)按下式计算鼓风动能E：

E＝0.5×ρ₀×Q×V_实 ²÷g÷n，式中：

E——鼓风动能，kg·m/s；

ρ₀——空气密度1.293kg/m³；

Q—鼓风量m³/min；

n——风口个数；

g——重力加速度9.81m/s²；

V_实——风口实际风速m/s；

V_实＝V_标×(T+273)×0.1013÷(0.1013+P_风)÷273；

V_标——风口标准风速m/s；

T——热风温度℃；

P_风——热风压力MPa；

并且：V_标＝Q÷F÷60，其中：

Q——鼓风量m³/min；

F——风口送风总面积m²；

2)判断炉况是否顺行：当步骤1)的鼓风动能低于16000kg.m/s，燃料比高于正常值5～10kg/t时，按下列判断：

下料均匀、顺畅，煤气流稳定，煤气利用率大于46.5％，渣铁成分稳定，料柱透气性指数22000～23000，冷却水进水、出水温差6～6.5℃时，为炉况正常；

下料不畅，有崩料、滑料现象，煤气利用率小于46.5％，渣铁成分不稳定，料柱透气性指数低于20000，冷却水进水、出水温差超过8℃，为炉况异常；

3)炉况顺行操作：当步骤2)的炉况正常，且鼓风动能连续3天低于16000kg.m/s，燃料比高于正常值5-10kg/t，煤气利用率连续3天低于46.5％，焦炭质量下滑，焦炭反应性高于25％，焦炭反应强度低于67％，铁水出现高硅低温度现象，则进行下列操作：增加风速至鼓风动能大于17000kg.m/s、料柱透气性指数大于22000，调整入炉原料至铁水含硅量0.2-0.5％、铁水温度大于1450℃、炉渣碱度在原有基础上降低0.02-0.04、风口面积在总风口面积基础上缩小10％；

4)炉况异常操作：当步骤2)的炉况异常，且鼓风动能连续5天低于15000kg.m/s，燃料比高于正常值10kg/t以上，煤气利用率连续3天低于45.5％，焦炭反应性低于27％，反应后强度低于65％，渣皮不稳频繁脱落，炉渣碱度1.14-1.20倍波动，出渣、出铁不顺畅，铁水温度低于1450℃，则进行下列操作：增加风速至鼓风动能大于17500kg.m/s、料柱透气性指数大于22000，调整入炉原料至铁水含硅量0.3-0.50％，铁水温度大于1470℃、炉渣碱度在原有基础上降低0.03-0.05、风口面积在总风口面积基础上缩小15％；

5)高炉冶炼操作获得合格铁水：通过步骤3)或步骤4)改善料柱透气性指数，稳定铁水温度，保持鼓风动能大于17000kg.m/s，同时按常规高炉冶炼操作，获得合格铁水。

所述步骤3)或步骤4)中，调整入炉原料具体如下：

A)改善矿石原料如下：

A1)从料堆配料上进行调整：降低钒钛矿的使用比例，降低二次资源的使用比例，具体为：钒钛精矿配入量从8％降到3％，降低烧结矿的钛含量，使入炉钛负荷从13kg/t下降到11.5kg/t，同时通过提高造堆层数、优化混匀配料，改善混匀料上堆前的混匀效果，提高造堆成分中的TFe±0.5％稳定率大于85％、Si0₂±0.3％稳定率大于90％、MgO±0.3％稳定率大于87％；

A2)改善烧结矿质量：通过稳定混合料水份，减少烧结过程的水份波动，控制点火温度，避免表面过熔或欠点火现象，及时调整熔剂配比，使烧结矿碱度R±0.05％稳定率大于90％、烧结矿FeO9±1％稳定率大于80％、烧结矿转鼓强度大于78％；

A3)优化炉料结构：降低落地即碎的烧结矿配入比例，从20％降到10％，提高正常烧结矿比例从54％到64％，同时停止小粒度矿的使用；

B)改善焦炭原料如下：增加干熄焦配比从20％到35％，以改善料柱透气性指数。

本发明在高炉容积、炉缸直径不变的情况下，通过调整风口开闭数量以及开闭风口的布局，获得较高鼓风动能，因为从鼓风动能的计算公式可看出：当冶炼强度一定时，鼓风量Q₀也一定，则风口打开数目n越多，鼓风动能E越低，煤气流量大，煤气与炉料接触不充分，导致煤气利用率差，因此，在炉缸死料柱变小、炉缸活跃情况下减少风口打开数量，有利于炉缸煤气流的分布，同时煤气量减少可使煤气与炉料充分接触，有利于改善煤气利用率，降低燃料比。另外，缩小进风面积后，可增加鼓风动能，使风口回旋区往炉缸中心延伸，减少边缘煤气流，在其它条件均不变的前提下，使炉墙渣皮趋于稳定不会脱落，降低铁水温差，减少热损失，进一步降低燃料比。虽然风量减少后，会使铁水产量减少，但燃料比降低后，同等冶炼条件下仍会使铁水产量有所增加，因此产量影响不大。

本发明具有下列优点及效果：采用上述方案，可根据不同的原料、燃料条件，调整风口的开闭数量以及开闭风口的布局，进而调整进风面积以及风流的分布，在提升鼓风动能的同时，使煤气流合理分布，从而改善煤气利用率，有效降低高炉燃料比。尤其是在原料、燃料波动较大的钢铁企业，随着原料、燃料条件的变化和炉况顺行程度，适时调整风口的开闭数量以及开闭风口的布局，再通过入炉原料的调整，并结合常规高炉冶炼操作，大大提高炉况稳定性，明显减少高炉崩料、滑料，改善铁水质量，使铁水含硅0.15-0.60％稳定率从85％提高到95％，降低高炉燃料比10-20kg/t，为钢铁企业进一步降低高炉冶炼成本，进一步减少碳排放做出积极贡献。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法，其中高炉容积为：2500m³，工作风口个数28个(堵2个风口作业)，包括以下步骤：

1)按下式计算鼓风动能E：

E＝0.5×ρ₀×Q×V_实 ²÷g÷n，式中：

E——鼓风动能，kg·m/s；

ρ₀——空气密度1.293kg/m³；

Q——鼓风量4600m³/min；

n——风口28个；

g——重力加速度9.81m/s²；

V_实——风口实际风速302m/s；

V_实＝V_标×(T+273)×0.1013÷(0.1013+P_风)÷273；

V_标——风口标准风速246m/s；

T——热风温度1220℃；

P_风——热风压力0.35MPa；

并且：V_标＝Q÷F÷60，其中：

F——风口送风总面积0.3112m²；

通过计算得鼓风动能E＝16413kg·m/s；

操作方针及设定指标如下：

并根据实际生产和测量，得到下列指标：

燃料比：515kg/t；

煤气利用率：46.76％；

料柱透气性指数：22500；

冷却水进水温度：40.2℃；

冷却水出水温度：46.5℃；

冷却水进水、出水温差：6.3℃；

焦炭反应性：22.65％；

焦炭反应强度：67.37％；

干熄焦配比：20％；

铁水含硅量：0.4％；

铁水温度：1470℃；

2)步骤1)计算得到的鼓风动能E为16413kg·m/s，高于16000kg.m/s，燃料比高于正常值5kg/，按下列判断炉况是否正常：

下料均匀、顺畅，煤气流稳定，煤气利用率大于46.0％，渣铁成分稳定，料柱透气性指数22000～23000，冷却水进水、出水温差6.3℃，为炉况正常；

3)步骤2)的炉况正常，且鼓风动能连续3天低于16000kg.m/s，燃料比高于设定值10kg/t，煤气利用率连续3天低于设定的46.5％，焦炭质量下滑，反应性高于25％，反应强度低于67％，铁水出现高硅低温度现象，进行下列操作：

增加风速，使鼓风动能大于17000kg.m/s、料柱透气性指数大于22000，控制铁水含硅量0.2％、铁水温度大于1470℃、炉渣碱度在原有基础上降低0.02、风口面积在总风口面积基础上缩小10％，同时调整入炉原料如下：

A)改善矿石原料如下：

A1)从料堆配料上进行调整：降低钒钛矿的使用比例，降低二次资源的使用比例，具体为：钒钛精矿配入量从8％降到3％，降低烧结矿的钛含量，使入炉钛负荷从13kg/t下降到11.5kg/t，同时通过提高造堆层数、优化混匀配料，改善混匀料上堆前的混匀效果，提高造堆成分中的TFe±0.5％稳定率大于85％、Si0₂±0.3％稳定率大于90％、MgO±0.3％稳定率大于87％；

料堆配比调整见下表1：

表1

A2)改善烧结矿质量：通过稳定混合料水份，减少烧结过程的水份波动，控制点火温度，避免表面过熔或欠点火现象，及时调整熔剂配比，使烧结矿碱度R±0.05％稳定率大于90％、烧结矿FeO9±1％稳定率大于80％、烧结矿转鼓强度大于78％；

A3)优化炉料结构：降低落地即碎的烧结矿配入比例，从20％降到10％，提高正常烧结矿比例从54％到64％，同时停止小粒度矿的使用，烧结矿成分见表2：

表2

B)改善焦炭原料为：增加干熄焦配比从20％到35％，以改善料柱透气性指数，具体焦炭指标指标及使用配比见表3：

表3：

4)通过步骤3使料柱透气性指数不断改善，铁水温度稳定，保持鼓风动能大于17000kg.m/s，同时按常规高炉冶炼操作，获得合格铁水，该铁水化学成分见表4：

表4：

主要技术经济指标见表5：

表5

实施例2

一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法，其中高炉容积为：2500m³，风口个数28个(堵2个风口作业)，包括以下步骤：

1)按下式计算鼓风动能E：

E＝0.5×ρ₀×Q×V_实 ²÷g÷n，式中：

E——鼓风动能，kg·m/s；

ρ₀——空气密度1.293kg/m³；

Q——鼓风量4450m³/min；

n——风口28个；

g——重力加速度9.81m/s²；

V_实——风口实际风速292m/s；

V_实＝V_标×(T+273)×0.1013÷(0.1013+P_风)÷273；

V_标——风口标准风速238m/s；

T——热风温度1220℃；

P_风——热风压力0.35MPa；

并且：V_标＝Q÷F÷60，其中：

F——风口送风总面积0.3112m²；

通过计算得鼓风动能E＝14859kg·m/s；

操作方针及设定指标如下：

并根据实际生产和测量，得到下列指标：

燃料比：520kg/t；

煤气利用率：45.48％；

料柱透气性指数：19300；

冷却水进水温度：40.5℃；

冷却水出水温度：48.7℃；

冷却水进水、出水温差：8.2℃；

焦炭反应性：27.26％；

焦炭反应强度：64.73％；

干熄焦配比：20％；

铁水含硅量：0.45％；

铁水温度：1440℃；

2)步骤1)计算得到的鼓风动能E为14859kg·m/s，低于16000kg.m/s，燃料比高于正常值5～10kg/t时，按下列判断炉况是否正常：

下料不畅，有崩料、滑料现象，煤气利用率小于46.0％，渣铁成分不稳定，料柱透气性指数低于20000，冷却水进水、出水温差超过8℃，为炉况异常；

3)步骤2)的炉况异常，且鼓风动能连续5天低于15000kg.m/s，燃料比高于正常值10kg/t以上，煤气利用率连续3天低于45.5％，焦炭反应性低于27％，反应后强度低于65％，渣皮不稳频繁脱落，炉渣碱度1.14-1.20倍波动，出渣、出铁不顺畅，铁水温度低于1450℃，则进行下列操作：增加风速至鼓风动能大于17500kg.m/s、料柱透气性指数大于22000，调整入炉原料至铁水含硅量至0.50％，铁水温度大于1470℃、炉渣碱度在原有基础上降低0.03-0.05、风口面积在总风口面积基础上缩小15％；

所述调整入炉原料具体如下：

A)改善矿石原料如下：

A1)从料堆配料上进行调整：降低钒钛矿的使用比例，降低二次资源的使用比例，具体为：钒钛精矿配入量从8％降到3％，降低烧结矿的钛含量，使入炉钛负荷从13kg/t下降到11.5kg/t，同时通过提高造堆层数、优化混匀配料，改善混匀料上堆前的混匀效果，提高造堆成分中的TFe±0.5％稳定率大于85％、Si0₂±0.3％稳定率大于90％、MgO±0.3％稳定率大于87％；

料堆配比调整见下表6：

表6

A2)改善烧结矿质量：通过稳定混合料水份，减少烧结过程的水份波动，控制点火温度，避免表面过熔或欠点火现象，及时调整熔剂配比，使烧结矿碱度R±0.05％稳定率大于90％、烧结矿FeO9±1％稳定率大于80％、烧结矿转鼓强度大于78％；

A3)优化炉料结构：降低落地即碎的烧结矿配入比例，从20％降到10％，提高正常烧结矿比例从54％到64％，同时停止小粒度矿的使用，烧结矿成分见表7：

表7

C)改善焦炭原料为：增加干熄焦配比从20％到35％，以改善料柱透气性指数，具体焦炭指标指标及使用配比见表8：

表8：

4)通过步骤3使料柱透气性指数不断改善，铁水温度稳定，保持鼓风动能大于17000kg.m/s，同时按常规高炉冶炼操作，获得合格铁水，该铁水化学成分见表9：

表9：

主要技术经济指标见表10：

表10

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Claims (1)

1.一种依据原料、燃料条件控制鼓风动能的冶炼方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)按下式计算鼓风动能E：

E＝0.5×ρ₀×Q×V_实 ²÷g÷n，式中：

E——鼓风动能，kg·m/s；

ρ₀——空气密度1.293kg/m³；

Q—鼓风量m³/min；

n——风口个数；

g——重力加速度9.81m/s²；

V_实——风口实际风速m/s；

V_实＝V_标×(T+273)×0.1013÷(0.1013+P_风)÷273；

V_标——风口标准风速m/s；

T——热风温度℃；

P_风——热风压力MPa；

并且：V_标＝Q÷F÷60，其中：

Q——鼓风量m³/min；

F——风口送风总面积m²；

2)判断炉况是否顺行：当步骤1)的鼓风动能低于16000kg·m/s，燃料比高于正常值5～10kg/t时，按下列判断：

下料均匀、顺畅，煤气流稳定，煤气利用率大于46.5％，渣铁成分稳定，料柱透气性指数22000～23000，冷却水进水、出水温差6～6.5℃时，为炉况正常；

下料不畅，有崩料、滑料现象，煤气利用率小于46.5％，渣铁成分不稳定，料柱透气性指数低于20000，冷却水进水、出水温差超过8℃，为炉况异常；

3)炉况顺行操作：当步骤2)的炉况正常，且鼓风动能连续3天低于16000kg·m/s，燃料比高于正常值5-10kg/t，煤气利用率连续3天低于46.5％，焦炭质量下滑，焦炭反应性高于25％，焦炭反应强度低于67％，铁水出现高硅低温度现象，则进行下列操作：增加风速至鼓风动能大于17000kg·m/s、料柱透气性指数大于22000，调整入炉原料至铁水含硅量0.2-0.5％、铁水温度大于1450℃、炉渣碱度在原有基础上降低0.02-0.04、风口面积在总风口面积基础上缩小10％；

4)炉况异常操作：当步骤2)的炉况异常，且鼓风动能连续5天低于15000kg·m/s，燃料比高于正常值10kg/t以上，煤气利用率连续3天低于45.5％，焦炭反应性低于27％，反应后强度低于65％，渣皮不稳，频繁脱落，炉渣碱度在1.14-1.20倍之间波动，出渣、出铁不顺畅，铁水温度低于1450℃，则进行下列操作：增加风速至鼓风动能大于17500kg·m/s、料柱透气性指数大于22000，调整入炉原料至铁水含硅量0.3-0.50％，铁水温度大于1470℃、炉渣碱度在原有基础上降低0.03-0.05、风口面积在总风口面积基础上缩小15％；

5)高炉冶炼操作获得合格铁水：通过步骤3)或步骤4)改善料柱透气性指数，稳定铁水温度，保持鼓风动能大于17000kg·m/s，同时按常规高炉冶炼操作，获得合格铁水；

所述步骤3)或步骤4)中，调整入炉原料具体如下：

A)改善矿石原料如下：

A1)从料堆配料上进行调整：降低钒钛矿的使用比例，降低二次资源的使用比例，具体为：钒钛精矿配入量从8％降到3％，降低烧结矿的钛含量，使入炉钛负荷从13kg/t下降到11.5kg/t，同时通过提高造堆层数、优化混匀配料，改善混匀料上堆前的混匀效果，提高造堆成分中的TFe±0.5％稳定率大于85％、Si0₂±0.3％稳定率大于90％、MgO±0.3％稳定率大于87％；

A2)改善烧结矿质量：通过稳定混合料水分，减少烧结过程的水分波动，控制点火温度，避免表面过熔或欠点火现象，及时调整熔剂配比，使烧结矿碱度R±0.05％稳定率大于90％、烧结矿FeO9±1％稳定率大于80％、烧结矿转鼓强度大于78％；

A3)优化炉料结构：降低落地即碎的烧结矿配入比例，从20％降到10％，正常烧结矿比例从54％提高到64％，同时停止小粒度矿的使用；

B)改善焦炭原料如下：增加干熄焦配比从20％到35％，以改善料柱透气性指数。