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    我國煉鐵技術現狀及對焦炭質量具體的要求與建議


       近年來中國煉鐵工業得到快速發展,2009年產鐵5.43億噸,占世界總產量的60.53%,2010年前十個月中國產鐵4.96億噸,比上年同期增長8.27%。高爐生產技術也取得了長足的進步。2010年前三季全國重點鋼鐵企業高爐焦比為369kg/t,噴煤比為149kg/t,熱風溫度為1156℃,創造出歷史最好水平。首鋼、寶鋼等企業的一批高爐部分技術經濟指標已達到國際領先水平。但是,中國仍有一批落后的小高爐在生產。這說明,中國煉鐵技術發展是不平衡的。隨著高爐大型化的發展,高爐對焦炭質量的要求日益提高。主焦煤的短缺,已制約了中國高爐大型化的進程。中國在大力推廣搗固煉焦、干熄焦、煤調濕等技術,以緩解我國主焦煤資源的短缺,并滿足高爐的需求。在此,中國鋼鐵企業網特邀專家顧問王維興對我國煉鐵技術現狀及對焦炭質量提出了具體的要求與建議,文章如下: 
      一、中國煉鐵工業發展現狀
      近5年來,中國煉鐵工業處于高速發展階段,全國鐵生產量從2005年的3.43億噸,增長到2009年的5.43億噸,增長了2.00億噸,增幅達58.18%。在這5年期間,中國煉鐵生產技術也取得了長足進展。2010年前十個月全國鐵產量為4.96億噸,比上年增8.27%,預計全年可接近6億噸。表1為全國重點鋼鐵企業高爐技術經濟指標。
      
      中國煉鐵企業發展不平衡,是處于不同結構、不同層次、不同生產技術水平共同發展階段。目前,中國有1400多座高爐,其中大于1000M3的高爐有260多座,大高爐中約有三分之一的高爐煉鐵技術已達到國際水平,京唐公司曹妃甸5500M3的高爐指標達到國際領先水平。但是,約有四分之一的煉鐵產能屬于應淘汰的落后設備。
      1、重點鋼鐵企業高爐焦比不斷下降
      從表1可看出,近5年高爐焦比下降了38 kg/t。2010年前三季重點鋼鐵企業高爐焦比為369 kg/t,比上年度下降4kg/t。入爐焦比較低的企業有:寶鋼299kg/t,興澄323kg/t,長治332 kg/t,太鋼324 kg/t,青鋼326kg/t,唐鋼332 kg/t,鞍鋼332 kg/t,沙鋼334kg/t,首鋼334kg/t,邯鋼346kg/t,京唐338kg/t,韶鋼339kg/t,柳鋼340kg/t,武鋼344kg/t。
      支撐焦比下降的重要技術條件是:
     。1)焦炭質量改善是焦比下降的重要支撐
      煉鐵精料技術水平對高爐生產指標的影響率在70%,高爐操作水平的影響僅占10%,煉鐵企業管理水平占10%,設備因素占5%,外部條件(供應,動力,上下工序等)占5%。在高冶煉強度和高噴煤比條件下,焦炭質量水平對高爐指標的影響率在35%左右。焦炭質量變化對煉鐵生產影響見表2。

      從表2可看出焦炭質量指標中M10變化量,對高爐生產指標的影響比例最大。這表明,煉鐵工作者要十分關注M10數據的變化。M10指標是個焦炭抗碎指標,它是反應出焦炭在高爐冶煉過程中的破碎程度的指標。焦炭M10指標不好,在高爐冶煉過程中會易粉化,產生較多的粉末。焦炭粉末多會造成高爐爐料透氣性變差,壓差升高,風量減少,不允許多噴吹煤粉;同時,粉末增多,也容易被高爐煤氣帶出爐外,造成高爐除塵灰中含碳量增加,也就造成焦炭的高爐利用率的下降,焦比升高;焦炭易粉化,會造成爐缸內焦炭粒度變小,甚至會有較多的焦末,這會造成爐缸不活躍,直接使高爐鼓的風吹不透爐缸中心,還會使爐缸中心容易堆積;一些中小高爐有過使用M10指標差的焦炭,曾出現高爐休風后,不易恢復風量,延長爐況處理時間的案例。也曾出現過某座小高爐全使用土焦煉鐵,休風后,就吹不進風的現象。就是因為焦炭粉化后,爐缸內焦炭之間沒有多少空隙(正常的應有0.4的空間)。表3為歷年重點鋼鐵企業焦炭指標。

      從表3可看出,近5年來我國重點鋼鐵企業焦炭質量得到改善(只有含硫升高)。2008年上半年因鋼鐵市場需求火爆,鋼、鐵、材、焦產量增幅較大,造成煤炭供應緊張,焦炭質量呈下降態勢,這是屬于不正常生產狀態。
      通過表2和表3的數據進行綜合分析,可以看出焦炭M40在5年中升高2.20%,可使煉鐵焦比下降:5kg/t×2.2﹦11kg/t;M10下降0.18%,可使焦比下降7kg/t×(0.18÷0.20)﹦6.3kg/t;灰份下降0.27%,可使焦比下降412kg/t×1%×2.7﹦11.12kg/t;硫升高0.06,造成焦比升高3.7kg/t。綜合計算11+6.3+11.12-3.7﹦23.72kg/t。從表1知,近5年煉鐵焦比下降38kg/t,其中焦炭質量改善給高爐焦比下降的貢獻為23.72kg/t。
     。、重點鋼鐵企業噴煤比得到提高
      提高高爐噴煤比是煉鐵系統結構優化的中心環節,是世界煉鐵技術發展的主流。高爐噴吹煤粉是節約焦炭、降低煉鐵成本的重要措施之一,同時可以改善鋼鐵工業能源結構,緩解我國主焦煤資源短缺的矛盾。多噴煤,少用焦炭,就可以少建焦爐,從而降低煉鐵系統的建設投資和生產運行費用,并減少焦爐生產過程中對環境的污染,還可大大提高鋼鐵企業的勞動生產率和市場競爭力。
      2010年前三季重點鋼鐵企業噴煤比為149kg/t,比2005年提高25kg/t,達到歷史最好水平。噴煤比較高的企業有:德龍182kg/t,長治184kg/t,萊蕪173kg/t,武鋼為174kg/t,寶鋼171kg/t,唐鋼170kg/t,太鋼171kg/t,鞍鋼167kg/t,天鐵和新興鑄管均為165kg/t,湘鋼168kg/t,合鋼166kg/t。2009年全國重點鋼鐵企業噴煤總量達6443萬噸,為降低我國焦炭消耗量作出了貢獻。
      實現高爐噴煤比大于200kg/t的技術措施有:
      ●實現高風溫(>1200℃)
      ●低渣量(渣鐵比<300kg/t)
      ●富氧鼓風(富氧率<4%)
      ●脫濕鼓風(風的濕度<6克/m3)
      ●高爐爐料透氣性好(優化布料實現煤氣流分布均勻、礦石冶金性能好,原燃料轉鼓強度高等)
      ●進行無煙煤和煙煤混合噴吹,各風口噴煤量均勻
      ●噴吹煤性能好(煤粉粒度-200網目>80%,燃燒性、流動性、可磨性均好,發熱值高,含有害雜質少等)。
     。、重點鋼鐵企業熱風溫度不斷提高
      從表1可看出,重點鋼鐵企業高爐熱風溫度是連年提高,且增幅較大,有力地促進煉鐵焦比的不斷降低。熱風溫度在950~1050℃區間時,升高100℃,可降低煉鐵焦比約15kg/t;風溫在1050~1150℃區間時,升高100℃,可降低煉鐵焦比約10kg/t。高風溫是降低焦比的有效手段。
      熱風溫度提供的熱量是由用45%高爐煤氣燃燒換來的,且鋼鐵企業內擁有大量的高爐煤氣。所以說熱風是個煉鐵廉價的能源,要得到充分利用。高爐煉鐵所需要的熱量有78%是由碳素(焦炭和煤粉)燃燒提供,有19%是由熱風來提供,約3%是由爐料化學熱提供。我們煉鐵工作者要珍惜高風溫有降焦比的作用!
      2010年前三季重點鋼鐵企業高爐熱風溫度為1156℃,比上年下降4℃,出現近年的反,F象。熱風溫度較高的企業有:京唐1220℃,太鋼1218℃,寶鋼1215℃,攀鋼1200℃,三鋼1194℃,鞍鋼1186℃,韶鋼1181℃,唐鋼1179℃,津西1168℃,河北敬業1176℃,濟源1178℃,天鋼1175℃。
      2010年首季,首鋼京唐鋼鐵聯合公司曹妃甸5500m3高爐,采用煤氣干法除塵,頂燃式熱風爐,熱風溫度達1300℃,達到世界領先水平。
     。、中國加快了高爐大型化進程
      據統計,中國現有高爐均為1400多座,大于1000 m3以上容積的高爐約有260多座。具體1000立方米以上高爐不同容積的比例結構見表4。2010年新建的高爐有24座,預計2011年投產的高爐有23座。

      我國已能自主設計、設備制造、施工、投產4000 m3以上容積的現代化大型高爐。特別是2009年5月21日投產的曹妃甸5500 m3高爐,采用了水冷氣封并罐式無料鐘爐頂設備、四座頂燃式熱風爐,使用銅冷卻壁等綜合長壽技術,可實現高爐25年的長壽設計,煤氣全干法除塵,干式TKT系統,先進的噴煤系統和出鐵場合理布局,以及高標準的環保系統等64項先進的技術裝備,達到國際先進水平。該高爐2010年3月份的設計和生產指標見表5。

      表5的數據表明,巨型高爐與中小高爐相比,是有多方面的優勢。
      2008年1月國家建設部和質量監督檢驗檢疫總局聯合發布的《高爐煉鐵工藝設計規范》GB50427-2008號文件中,規定“高爐一代爐役的工作年限應達到15年以上”,并提出了高爐設計年平均利用系數、燃料比和焦比等指標,祥見表6。

      設計年平均焦比,kg/t≤360≤340≤330≤310≤310
      要認識到,大高爐在生產成本、折舊費用、噸鐵能耗、維修費用、人工成本、高爐長壽、勞動生產率等多方面比中小高爐是有較大優勢。如在同等生產條件下,一般大高爐的燃料比要比中小高爐低50~80kg/t。
      目前,中國煉鐵工業是處于多種層次、不同結構、不同生產技術指標共同發展階段。由于多種原因,現在大高爐的優勢尚未完全發揮出來。加上一些地方的保護主義存在,致使我國淘汰落后小高爐工作進程緩慢。目前,認為小高爐利用系數高,實際是一種錯覺和誤導。
      現在,小高爐在設計上是采用小爐容、大爐缸的方式建設。這就使利用系數失真?茖W評價高爐利用系數要改變過去只用爐容來進行計算。應當采用,將高爐爐容除以爐缸面積得出的數值再進行科學計算高爐系數。也就是,鐵產量÷(爐容÷爐缸面積)=高爐利用系數。用這種計算辦法可知,450 m3高爐的4.0系數,也就相當于寶鋼4350 m3高爐的2.2系數。所以,我們不能再宣傳小高爐的優勢了。
      要堅定我國高爐要大型化的發展方針,這是國內外煉鐵技術發展的大方向。大高爐的噸鐵風耗要比效高爐低200~400m3/t,,燃料比要比小高爐低50~80kg/t,在生產成本、維護費用、勞動生產率等方面均有優勢。
     。、資源緊缺和不斷漲價已嚴重影響我國煉鐵工業的發展
      2009年中國進口鐵礦石6.27億噸,對外依存度超過了60%。進口鐵礦石連年漲價,我國對外鐵礦石貿易話語權低,給我國造成巨額經濟損失。我國已成為煉焦煤進口國。2009年進口焦煤3449.3萬噸,消耗44.26億美元。2010年上半年進口2234.39萬噸,平均單價145.96美元/t,比上年升高17.56美元/t。
      去年我國大量進低品位鐵礦石(進口低于55%品位的鐵礦石約6000萬噸),造成煉鐵能耗上升,污染物排放增加,進口量增加,對我國產生較大負面影響。我們應當限制60%以下品位鐵礦石進口。
      巨型高爐對焦炭質量的要求還是比較苛刻。所以要適度控制4000 m3以上容積高爐的建設,可緩解主焦煤的短缺,也可抑制進口煤的漲價。
      二、高爐煉鐵對焦炭質量的要求
      1、焦炭對高爐煉鐵的作用:
      ●爐料的骨架作用:支撐爐內料拄,提高爐料透氣性;
      ●提供冶煉能量:與氧氣燃燒放熱,占煉鐵總熱量58%;
      ●鐵礦石的還原劑:碳和碳與氧反應生成的CO;
      ●對最初生成的鐵進行滲碳,生鐵中含炭量為2.2~6.0%;
      ●填充爐缸作用:活躍爐缸,提高爐缸的空間系數,使高爐休風后易恢復爐況。
      建設大高爐一定要有高質量焦炭的保證,企業高爐擴容也要以提高焦炭質量為前提,焦炭質量水平決定噴煤比的水平,焦炭質量也決定了爐缸工作狀態。
      焦炭在高爐內的變化:
      焦炭從入爐到達爐缸,受到內外部多種因素的影響,要經受碰幢、擠壓、麼損等機悈力學作用;碳溶損反映、堿金屬侵蝕、渣鐵溶蝕,以及向鐵水溶解等化學作用。這些作用的結果,使焦炭在高爐內不斷劣化。焦炭平均粒度變小,強度降低,氣孔增大,反映性提高。堿金屬對焦炭有較大的破壞作用(鉀對焦炭的破壞作用要比鈉大十倍以上)靠近爐墻的外圍焦炭質量變化的程度要比爐內變化的劇烈,是與爐內煤氣流河溫度的分度密切相關。
      焦炭從入爐到爐缸,平均粒度要減小20%~40%。在上中部粒度變化不大,在軟熔帶的焦炭受是有劇烈的碳溶反映,粒度變化較大……焦炭質量對焦炭自身的劣化是起重要的作用。其中以焦炭灰分,塊度,強度影響最為顯著。
      2、《高爐煉鐵工藝設計規范》GB50427-2008文件

      說明:
      ●大高爐對焦炭質量的要求要高于中小高爐,巨型高爐用焦炭質量更高,粒度要大一些。
      ●工業發達國家高爐煉鐵用焦炭質量普遍高于中國。如灰份一般在10%左右,含硫小于0.6%等。
      ●煉鐵精料技術要求:爐料<5mm的粉末含量要小于5%
      爐料5~15mm粒級組成要小于30%
      含有害雜質要少(見表8),K對爐料和耐材的破壞作用比Na要大10倍。注意焦炭和煤粉灰份中帶入有害雜質含量。
      焦炭均要進行整粒。目的就是要實現粒度均勻。如焦炭要保證60mm左右粒度占>80%,大于80mm的要小于10%,<5mm的要小于5%.。大粒度的焦炭(>75mm)在爐內易破碎,產生較多的粉末。這些粉末會使爐料透氣性惡化,高爐壓差升高,被迫減少風量,產量下降、焦比升高。

      3.高爐煉鐵的生產條件論
      鋼鐵冶金學的基本原理,要求高爐煉鐵必須要具備一定的基本條件。高爐煉鐵是要以精料為基礎。高爐煉鐵的每一項技術經濟指標的實現,均要有一定的技術支撐條件。也就是說,有什么樣的技術支撐條件,才會有什么樣的技術經濟指標。這是由冶金學科學規律所決定的。你要想糊弄高爐,高爐就會給你臉色看。高爐生產不順的大多數情況都是由煉鐵爐料質量變差所引起的。高爐生產不順,對全公司的生產組織會有大震動,不利于企業的節能減排。
      ●4000m3以上容積的高爐要求有苛刻的爐料質量(可見表9),要努力滿足巨型高爐對原燃料高質量要求,才能實現高爐高效化。根據我國現有鐵礦石和煉焦煤的資源狀況,減少對進口鐵礦石和煉焦煤的資源依賴,我國新建高爐爐容在2500M?左右為宜。
      ●根據我國主焦煤短缺的現狀,建議適度控制建設巨型高爐數量,避免進口煤炭像鐵礦石那樣漲價。
      ●建設大高爐和高爐擴容均要先落實好改善原燃料條件,否則大高爐難以達到高效。
      ●1000m3以下容積的高爐用焦炭質量可以不必追求焦炭熱性能指標。
      ●抓主要矛盾,關注焦炭M10的數值,對高爐生產影響力大。
      4、積極支持焦化界采用先進煉焦工藝、技術、設備
      為緩解我國主焦煤短缺,降低煉焦成本,我國焦化界在大力推廣優化配煤,搗固煉焦、焦煤調濕、干法熄焦、少水熄焦,優化焦爐熱工制度……我國煉鐵界應積極使用干熄焦焦炭, 搗固焦,小高爐不去片面追求焦炭的熱性能。煉鐵要通過降低燃料比和提高噴煤比來實現減少焦炭用量。
      我國煉鐵企業是歡迎使用搗固煉焦技術,特別是聯合企業自有焦化廠的,采用搗固煉焦技術,可明顯提高焦炭質量,可降低高爐焦比20~30kg/t。如漣鋼高爐使用搗固焦,高爐指標明顯改善,實現燃料比510kg/t,焦比320kg/t,煤比160kg/t,小塊焦比30kg/t但是獨立焦化廠使用搗固煉焦技術后,降低主焦煤比例太大,使搗固焦在高爐內的反應性大大下降,高爐燃料比升高,產量下降,造成煉鐵企業不愿使用獨立焦化廠的搗固焦。一些企業提出,建議搗固煉焦的焦肥煤配比大于60%。寶鋼外賣搗固焦的標準是,熱反應強度大于72%,熱反應性小于21%。一些煉鐵企業高爐是少量配搗固焦,有一定的好效應。
      目前,搗固焦指標的檢驗方法有缺陷:挑選大塊質量好的焦炭(不能代表真實的質量),在1000℃條件下做試驗(高爐爐缸內溫度在1420~1520℃),得出的數據不能代表焦炭在爐缸內的實際狀況,企業之間焦炭的熱反映性數據差距較大,不能完全代表焦炭的真實性能。所以,建議要建立新的搗固焦指標體系。修改檢驗搗固焦指標的檢驗方法。寶鋼、武鋼等企業用從風口取焦炭的方法,來檢驗焦炭實際質量的辦法是科學的。主要看焦炭的粒度組成和性能。再來評價焦炭的質量。
      鑒于搗固焦的檢驗和質量標準對高爐生產的影響率由不同說法(好壞均有),要開展這方面的細致研究,才有利于促進搗固焦的推廣
      5、呼吁煤炭界要提高洗煤水平,降低焦煤灰份,減少運輸量和費用,為煉鐵節能減排做貢獻。

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