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高炉富氧鼓风的作用及现状

2020年08月06日 10:28 耐火材料网 yll/文

中国耐火材料网

    高炉炼铁工程设计、生产操作应以精料为基础,采用喷煤、高风温、高压、富氧等炼铁技术,全面贯彻高效、低耗、优质、长寿、环保的炼铁技术方针。

    高炉富氧鼓风已成为国内外炼铁界普遍采用的技术,富氧鼓风可以提高产量、提高风口前理论燃烧温度(即炉缸温度)、提高喷煤比、降低生产过程污染物排放,有较好的经济效益,近年我国高炉一般富氧率在3%~4%。采取一些必要的技术措施,高炉富氧不会出现安全问题。

    高炉炼铁进行富氧鼓风可提高产量,炉腹煤气量减少,吨铁煤气量减少,有利于提高喷煤比(富氧风口前理论燃烧温度得到提高)。所以,炼铁富氧要与提高喷煤比相结合。

    高炉鼓风中含氧量从21%增至25%,可以增产3.2%~3.5%;风中含氧从25%升到30%,可以增产3%。富氧1%,可增加喷煤比20~30kg/t,煤气发热值提高3.4%,可增产4.79%,风口面积要缩小1.0%~1.4%。因为富氧后煤气体积会减小,高炉鼓风要保持原来风速,要使所鼓的风仍然可以吹透炉缸中心,这样炉缸才能活跃。如高炉出现炉况不顺的现象,要先停氧。

    高炉富氧7%以上是不经济的。生产氧气需要消耗电能,受电力价格影响。建议要为高炉专门配备变压吸附制氧设备(在新修订的《高炉炼铁工程设计规范》的附件中有说明)。变压吸附制氧设备不受炼钢富余氧量变化的制约(供氧量的波动),富氧鼓风的含氧量也不用很高,达到氧含量的85%即可,成本也低(生产1立方米氧气的变压吸附制氧设备需要0.3千瓦时的电,而深冷制氧消耗0.5千瓦时的电)。变压吸附制氧设备运行也灵活(开停机只要十几分钟,深冷制氧机开停机需要1天以上)。

    富氧对高炉炼铁的作用

    高炉鼓风进行富氧,会使风口前理论燃烧温度大幅度升高:富氧1%,理论燃烧温度提高45~50℃;如风温在1000~1150℃,风中湿度为1%时,富氧到26%~28%时,理论燃烧温度会到2500℃以上(高炉正常工作时,炉缸温度一般在2200±50℃),这样的高炉会很难操作,必须加大喷煤比,可以降低炉缸温度。

    高炉鼓风富氧以后,鼓的风中氮气含量会降低,理论燃烧温度的提高,加快了燃料的燃烧(又提高了冶炼强度),导致风口前的燃烧带缩小,会引起边缘煤气流的发展。

    高炉鼓风富氧使高炉内温度场分布发生变化,炉身的煤气温度下降,使炉顶温度也下降(对除尘有影响);产生的煤气量减少,使煤气带入的热量减少,炉身区域的热平衡紧张;正常高炉生产理论上,鼓风燃烧1kg碳素(煤粉和焦炭)需要3.96m3的空气,高炉富氧后,需要的空气量要减少,使鼓风带入的热量减少。

    富氧对铁矿石间接还原有利(主要是炉缸煤气中CO浓度提高,鼓风中N2含量降低),间接还原是放热反应,可促进炼铁降低燃料比。

    富氧有利于提高喷煤比,富氧1%,风口区理论燃烧温度提高45~50℃,允许增加喷煤比20~30kg/t;

    富氧有利于提高产量,富氧1%,提高产量4.79%。

    我国高炉富氧情况

    目前,我国大多数高炉富氧率在2.5%~4.0%,富氧率的高低主要是受氧气价格影响,还受到生铁产量、喷煤比高低的的影响。如沙钢氧气价格在0.5元/立方米左右,高炉生产就可以多富氧(9%~11%)。沙钢高炉曾经富氧达到过12.62%,煤比为174.98kg/t,煤气CO2含量达23.70%,炉缸活跃,铁水温度充沛,炼铁工序能耗为363.09kgce/t,铁水成本较低,取得较好的经济效益。

    富氧高炉操作的调剂顺序:富氧对高炉生产指标有一定影响,调剂炉缸热状态以及提高冶炼强度,高炉炼铁操作的科学手段顺序为:

    富氧—喷煤—风温—风量—装料制度—变焦负荷—加焦。

    对高炉炼铁生产,热制度影响由快变慢的顺序:风量、风温、喷煤、焦负荷。

    对高炉富氧的探讨

    在一般原燃料质量条件下,高炉喷煤比在130kg/t以下,高炉炼铁可以不进行富氧;对于喷煤比较低的企业,要尽可能提高喷煤比,应该富氧(煤粉可代替焦炭)。会有较好的经济效益(2019年重点钢铁企业的喷煤比为147kg/t,煤粉的价格比焦炭低751.61元/吨;一个年产400万吨的炼铁企业,如果喷煤比在140kg/t,就可以年喷吹56万吨煤粉,代替的等量的焦炭,可以年降低42090.16万元的炼铁成本);

    瑞典炼铁界研究结果曾表明:高炉富氧最高不要超过37%,超过了高炉难于操作(煤气流分布不均,炉缸过热,耐火材料易损坏、风口区软熔带煤气透气性变差,炉顶温度过低,除尘效果不好等),高炉炼铁生产经济性不好。

    对近期出现的纯氧高炉及相关问题的探讨,笔者谈些意见和建议:因为给高炉氧气供应量不可能太大(受制氧机的能力限制),致风速不高,使鼓的风不易吹透大中型高炉的炉缸中心,造成炉缸不活跃(故纯氧高炉必然是小高炉,产量上也不能满足炼钢大生产的需求);氧气燃烧的温度可以达到3000℃以上,风口区的一般耐火材料很难承受这种高温,耐火材料的破损使高炉寿命降低;出现炉顶温度过低,有结露现象,煤气除尘工作不能正常进行。因此,纯氧高炉不适合现在高炉的设计理念,需要进行大量的调整(炉型结构,冷却设备的结构、形状,耐火材料的选择,生产操作制度等)。

    (王维兴)

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