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研究:攀钢高炉炉料结构发展与优化
发布日期:2015-11-16 阅读次数:1577

关键词: 

  高炉炉料结构是指入炉含铁炉料中天然块矿、烧结矿、球团矿的搭配组合。随着人们对高炉炉料结构与冶炼关系认识的不断深入,寻求合理的炉料结构作为高炉增产节焦的一种有效手段已逐渐被认同。据有关资料报道,高炉炉料结构合理与否将影响产量、焦比,分别为10%和5%以上。但是,“高炉合理炉料结构”通常应根据高炉所在地区的资源条件和技术、经济环境等因素来综合考虑,一般认为,“高碱度烧结矿+酸性氧化球团”炉料结构较为理想。近年来,我国经济的持续发展,为钢铁工业的发展提供了巨大的动力,钢铁工业规模的不断攀升使铁矿石供需矛盾加剧,其价格也一路飚升。攀钢虽然有自己的大型矿山,但为了优化炉炉料结构,每年也使用了一定量的进口矿,因此进口矿价格上涨对攀钢生产成本的影响较大。如何合理利用本地铁矿资源和进口矿资源,降低原料成本,优化炉料结构,获得较好的技术经济指标,也是攀钢一直不断努力的方向。

  1、攀钢高炉炉料结构演变 

  精料是高炉强化冶炼的物质基础,随着高炉大型化、自动化和强化冶炼,高炉技术经济指标的优化对原料提出了更高的要求。“操作、原料三七开”形象地说明了高炉精料的重要。攀钢近10年来,采取以提高入炉品位为中心的精料措施,使高炉利用系数连年创纪录,1995年高炉利用数达到1.7t/(m3·d),1999年突破2.1t/(m3·d),2001年达到2.3t/(m3·d),2003达到2.4t/(m3·d),2005超过2.5t/(m3·d),其中2号、3号高炉利用系数长时间超过2.6t/(m3·d)。攀钢高炉入炉品位排在全国大型钢铁厂倒数第一,但技术指标却名列前茅,攀钢以设计年产铁300万t水平实现了400万t/a规模的梦想,在这之间,炉料技术每一个小的进步,都使攀钢高炉的技术指标迈出了一大步。

  纵观攀钢高炉炉料结构(本文所指的攀钢为攀钢集团本部,以下同)的发展历史,大致经历了全钒钛矿烧结矿冶炼、低碱度烧结矿+块矿、高碱度钒钛烧结矿+块矿、高碱度钒钛烧结矿+球团矿4个阶段。

  第一阶段,通过熟悉、了解,掌握了高炉冶炼高钛型全钒钛磁铁矿的特点和规律,但泡沫渣、铁损高、铁水粘罐等问题困扰着高炉正常生产,高炉技术经济指标低下。

  第二阶段,1978~1994年,随着对炉料结构重要性的认识和研究,找到了第一阶段全钒钛冶炼出现泡沫渣的解决办法,解决了困扰正常生产的一系列技术难题,高炉生产有了较大发展,1978年高炉利用系数首次突破1.4t/(m3·d)。

  第三阶段,从1995年开始,在解决了钒钛矿冶炼特有问题的基础上,高炉精料技术开始崭露头角,以提高烧结矿碱度、品位和降低入炉粉末为中心,结合低硅烧结、富氧大喷煤、布料制度优化等强化冶炼措施,使高炉生产技术指标连年上台阶,入炉品位由1995年的46%上升到2003年的49.3%,高炉利用系数也由1.7t/(m3·d)上升至2.4t/(m3·d),并实现了年产铁400万t的梦想。

  第四阶段,从2002年开始,在对球团矿的生产及原料进行了充分调研以及实验室进行系统研究的基础上,开始进行钒钛球团矿半工业性试验,在解决了球团原料结构和摸索出适宜的造球参数后,于2003年在4号高炉进行了高炉工业试验。高炉配加球团工业试验结果表明,在当时的条件下,配加13%左右的球团矿,使4#高炉产量增加249t/d,产量增幅达到8%,高炉利用系数提高约0.18t/(m3·d)。2005年,攀钢第一条年产120万t先进的链蓖机回转窑球团生产工艺建成并快速达产,为攀钢高炉提高球团矿配比,优化炉料结构提供强有力的保证,使攀钢全厂高炉球团配比达到了18%,高炉铁矿石入炉品位首次超过了50%,高炉利用系数再次上了一个新的台阶:4号高炉利用系数首次突破了2.4t/(m3·d),2号、3号高炉利用系数长时间稳定在2.6t/(m3·d)以上,月平均最高达到2.7t/(m3·d)。

  2005年,随着铁矿石原料大幅上涨和钢铁价格大跌,攀钢虽然有自己的资源优势,但激烈的市场竞争带来的威胁仍然很大。攀钢白马矿的开发、第二条球团生产线的开工、大容积高炉的投产、阶磨阶选提高精矿品位,为攀钢提高竞争力提供了更多的资源。如何将这些资源充分利用,降低生产成本,创造更大效益,也摆在了攀钢决策者面前。带着“球团矿配比能否再提高,高炉能否进一步强化”这个问题,2005年8月,在4#高炉进行了为期一个月的提高球团矿配比工业试验,成功地将球团矿配比提高到30%,入炉品位达到51.1%。并取得了明显的增铁节焦效果。高炉配加30%球团试验期间,高炉增产达305t/d,节焦31kg/t,4#高炉利用系数创历史新高,达到了2.54t/(m3·d)。2006年1月,攀钢炼铁厂利用3号高炉大修的机会,将2号、4号高炉球团矿配加比例提高到28%,两座高炉利用系分别达到2.666t/(m3·d)和2.525t/(m3·d)。攀钢高炉提高球团矿配比试验的成功和推广应用,为攀钢进一步优化高炉炉料结构创造了条件。

  2、攀钢高炉炉料结构特点 

  攀钢高炉由于冶炼的需要,需同时控制炉渣TiO2含量及炉渣碱度,其主要特点是球团矿配比及种类、块矿的配加比例对烧结的原料结构产生较大的影响:

  1)块矿配比不变时,球团矿配比提高,则烧结原料中的钒钛精矿配比下降,普通矿配比增加;

  2)球团矿配比不变时,块矿配比提高,则烧结原料中的钒钛精矿配比增加;

  3)在炉料结构不变情况下,球团矿TiO2含量增加,则烧结原料中的钒钛精矿配比下降,普通矿配比增加;

  4)提高入炉品位对各种入炉原料配比产生影响。入炉品位的提高,对烧结原料结构、高炉原料结构均需进行调整,如降低块矿配比、降低钒钛矿配比、使用低TiO2含量、高TFe含量钒钛矿等。

  3、目前攀钢高炉炉料存在的问题 

  攀钢近年来虽已成功应用了目前较为成熟的精料技术,但鉴于目前的炉料现状与高钛型钒钛矿冶炼特点,仍需对炉料结构作进一步研究,如烧结矿质量与碱度控制、球团矿的种类及碱度、球团矿的经济配加比例等。

  3.1攀钢高炉炉料结构现状

  攀钢经过30多年的发展,目前生产能力已具备600万t/a生铁规模,主要情况为:烧结机6台,共计852m2,年产入炉烧结矿约750万t;高炉5座,共计6950m3,其中1~3号高炉容积均为1200m3,4号高炉为1350m3,5号高炉为2000m3。由于新建的5号高炉没有新建配套的烧结机,因此在5座高炉生产情况下,目前烧结矿供应不足,高炉使用的球团矿配比较高,高炉炉料结构大致为:25%~30%球团矿+65~70%烧结矿+5%块矿,综合入炉品位为50.5%。

  3.2烧结矿质量有待提高

  3.2.1烧结矿强度差

  与普通矿相比,攀钢烧结矿低温还原粉率高,转鼓强度低,这是攀钢高炉炉料的主要不足之处。攀钢目前的烧结矿转鼓强度仅为70%,低温还原粉化率高达50%左右。实践表明,高炉强化冶炼对烧结矿质量要求更高,因此攀钢烧结矿质量还有待进一步提高。

  3.2.2烧结矿碱度高

  由于攀钢高炉入炉球团矿配比高达30%,而高炉同时使用了SiO2含量高达18%左右的块矿,烧结矿碱度达到2.35~2.4,而攀钢目前的烧结机面积小,碱度太高时烧结速度太快,烧结矿质量、产量得不到保证。因此烧结矿碱度平衡矛盾随着球团矿配比的提高开始出现。

  3.3多种球团矿(全钒钛、混合球团)混用

  由于攀钢可能使用的钒钛球团矿种类有3种,混合球团(普通矿+钒钛矿,TiO27%)、白马全钒钛球团矿(TiO29.5%)、攀精全钒钛球团(TiO213%)。这3种球团矿Ti2含量差异较大,存在着与之相搭配的烧结原料结构,这对烧结生产将产生很大影响。

  3.4成本与精料技术的矛盾

  提高高炉精料水平对改善高炉的技术经济指标无疑最重要的,攀钢近年来高炉入炉品位的提高绝大部分也归功于高品位普通矿的使用。随着矿石价格上涨和钢材价格的下跌,成本因素成为炉料优化的主线。攀钢使用的进口矿价格远高于自产矿,铁品位高约8~10个百分点,多使用自产矿对降低成本有利,但对烧结矿质量及提高入炉品位不利,对高炉的精料水平将产生较大的影响。

  4、攀钢高炉炉料结构优化 

  4.1研究适宜的球团矿配比

  攀钢高炉配加球团矿冶炼实践表明,高碱度烧结矿为主+酸性球团矿的炉料结构冶炼效果优于烧结矿+块矿。而球团矿价格比进口矿低,其性价比优于进口矿(单价/TFe),因此,在碱度平衡的前提下,研究经济适宜的球团矿配比,对于改善高炉技术经济指标、替代进口矿、降低成本是有利的。从目前球团矿使用情况来看,配加30%球团矿的冶炼效果优于18%,高炉产量增加约10%,但球团矿配比在35%~45%的冶炼效果、经济评价、对烧结矿质量的影响还有待进一步研究。

  4.2提高烧结矿质量

  从上述分析可知,全钒钛球团矿由于TiO2含量高于混合球团矿,其替代钒钛烧结矿能力大于混合球团矿。如果炉料结构中烧结矿的配比不变,在维持炉渣TiO2含量一定的情况下,则使用全钒钛球团矿对降低烧结矿TiO2含量更有利。在烧结原料品种不发生变化的情况下,烧结矿TiO2降低就就意味着烧结原料中的普通矿配比增加。实验研究表明,钒钛烧结矿TiO2含量降低对烧结矿的强度会有所改善,特别是钒钛烧结矿TiO2含量降低至5%以下,烧结碱度在2.2以上时,对烧结矿的强度将有质的改变,烧结矿强度可在目前的基础上提高5个百分点以上。因此,通过提高全钒钛球团矿比例,大幅降低烧结矿TiO2含量,从而提高烧结矿强度,是改善炉料质量的主要方向。

  4.3改变烧结原料结构

  目前攀钢使用的攀精矿TiO2高达13%左右,这是烧结矿TiO2含量高的主要原因,而白马钒钛矿的TiO2含量低于10%,如果将白马矿配入烧结,攀精矿制作成全钒钛球团矿,则可使烧结矿TiO2含量大幅下降。据计算,如果炉料结构中攀精球团矿配比达30%,在维持目前炉渣TiO2水平下,白马矿配入烧结,烧结矿的TiO2可降低至4.5%左右。烧结杯和球团焙烧实验表明,此时的烧结矿转鼓强度与目前相比可提高5个百分点以上,而高钛型球团矿的质量也可满足高炉生产。因此,改变烧结原料结构,将TiO2含量低的钒钛精矿配入烧结,TiO2含量高的钒钛精矿制作成球团,是可行的方案之一。

  4.4合理的块矿配加比例

  从钒钛矿炉料结构特点分析来看,高炉配加块矿的作用与烧结配加中品位普通粉矿的作用是一样的。提高块矿比例虽可以提高烧结矿碱度,但在炉渣TiO2含量一定时,提高块矿比例,则烧结原料中钒钛精矿配比将上升,中品位普通比例下降,因此高炉适当降低块矿比例,则烧结原料的钒钛精矿配比下降,中品位普通粉矿配比上升,对烧结降低TiO2是有利的。降低块矿配比虽然对烧结矿碱度有负面影响,但这种影响可通过提高球团矿比例来消除。

  4.5优化烧结原料结构,降低成本 

  4.5.1提高攀精矿品位,替代部分进口矿

  结合阶磨阶选后攀精矿以及周边钒钛精矿的价格优势(采购价格低),适当降低进口矿配比,提高周边中品位粉矿配比,可降低烧结原料成本。

  计算表明,在目前炉料配比情况下,攀精矿铁品位由52%提高到54%后,在保持入炉品位和炉料结构不变的情况下,可替代进口矿5个百分点(约40万t/a),增加5个百分点中品位粉矿,降低炼铁成本约12元/t。

  4.5.2增加周边高品位钒钛精矿配比,替代部分进口矿

  由于周边钒钛精矿价格与自产攀精矿相比,价格低,品位高,TiO2含量低,替代进口矿能力比高品位攀精矿强。计算表明,烧结配加周边钒钛精矿5个百分点,在保持入炉品位和炉料结构不变的情况下,可替代5个百分点高攀精矿的同时,增加1个百分点中品位粉矿,降低进口矿配比2个百分点(约17万t/a),降低炼铁成本约17元/t。

  4.5.3适当提高炉渣TiO2含量,提高钒钛矿配比提高炉渣TiO2,在炉料结构不变的情况下,可增加烧结中钒钛矿配比,降低价格较高的普通矿配比,降低铁矿石成本。计算表明:将目前炉渣TiO2含量提高0.5个百分点,则炉料中钒钛矿配比(铁矿石配比)增加3个百分点,进口矿配比降低3个百分点,炼铁成本下降29元/t,但综合入炉品位下降约0.22个百分点。

  5、结语 

  高炉炉料结构优化是一个长期研究的问题,在不同市场条件下具有不同的意义,在钢铁价格上升时期则以规模为主导,在钢铁价格下降时期则以成本为主线。因此,随着攀钢炼铁规模的扩大和市场资源的变化,合理利用攀钢及周边地区的资源,优化攀钢高炉炉料结构,在不同时期为攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿选择经济适宜的炉料结构,具有十分重要的意义。

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