1概述

隨著鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的革新，印度由于擁有大量的鐵礦石資源，所以海綿鐵和矮高爐在鐵礦石加工方面占據(jù)重要位置。高等級有一定尺寸的鐵礦石在回轉(zhuǎn)窯中處理，生產(chǎn)海綿鐵，而粉礦(‐10mm)及燒結(jié)礦在矮高爐中冶煉。許多情況下，這兩種鐵礦石冶煉工藝均可以消化采礦過程產(chǎn)生的碎礦，因此保證了鐵礦石得到最佳應(yīng)用。海綿鐵和矮高爐或中等尺寸爐身高爐冶煉的鐵水可用于生產(chǎn)鋼水。大多數(shù)情況下，矮高爐冶煉鐵水用于生產(chǎn)鑄造級別的生鐵、釩鐵和錳鐵合金。

本研究在中國專家的參與下進行，目的是改善矮高爐的應(yīng)用效果。位于印度奧里薩邦Barbil地區(qū)的。Kalinga煉鐵廠(KIW)是奧里薩邦實業(yè)發(fā)展公司(IDCOL)的一個制造部門，KIW廠主要業(yè)務(wù)是生產(chǎn)生鐵，其中鑄造用生鐵占90％，其余10％用于加工管。

KIW鐵廠共有4座高爐，每一座高爐生鐵產(chǎn)能約120t／d~130t／d，所有4座在運行的高爐總年產(chǎn)能力為19．8萬t。高爐的技術(shù)參數(shù)列于表1。

焦比在提高高爐產(chǎn)量及工藝經(jīng)濟性方面有著重要作用。KIW的每一座高爐的焦比約為950kg／t鐵水，每一座高爐的生產(chǎn)率為2t／m³·d鐵水，其中含2．5％Si。為了提高高爐產(chǎn)量并降低運行成本，必須要降低焦比。

IDCOL公司要求位于Bhubaneswar的地區(qū)研究實驗所(Regional Research Laboratory)與中國的專家合作研究，提出降低焦比的措施。通過采用以下措施可以實現(xiàn)焦比的顯著降低：

·使用燒結(jié)礦等高質(zhì)量爐料；

·噴煤粉；

·提高鼓風(fēng)溫度。

2高質(zhì)量爐料

原料的質(zhì)量是至關(guān)重要，但僅靠爐料質(zhì)量還不足以保證高爐的高效運轉(zhuǎn)。其實，高爐就是一個大的反應(yīng)器，按照逆流原理工作，高爐的基本功能是生成一個氧氣及上升氣體與下降爐料之間熱交換的環(huán)境。爐頂內(nèi)的爐料布料是最重要的控制因素，可在日常的高爐操作中進行控制。在理想條件下，爐料布料控制爐料均勻下降及氣體均勻流動。焦炭燃燒產(chǎn)生熱，并還原氧化物，在鐵水中增碳，同時焦炭也起支撐爐料的作用。由于碳酸鹽(石灰石和白云石)的分解是一個吸熱過程，大多數(shù)放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱僅用于補償這一吸熱過程需要的熱量。

3原料

為了保證生產(chǎn)130t／d的生鐵，需要在Barbil的KIW煉鐵廠高爐中裝入爐料。可按以下步驟準(zhǔn)備高質(zhì)量的爐料：

a)  裝入料具有良好的組成及合適的粒度分布；

b)  裝入料在熱冷條件下具有足夠的強度。

KIW煉鐵廠使用質(zhì)量和粒度合理的(>10mm)原料。因此，在這方面沒有必要進一步改善。KIW每一批爐料的成分如表2所示。原料的化學(xué)分析結(jié)果見表3。KIW也使用燒結(jié)礦(總料中10％)，它是KIW在自己的燒結(jié)機上燒結(jié)的(50t／d)。

4燒結(jié)礦

有些時候在爐料中加入大約200kg燒結(jié)礦或100kg廢料。燒結(jié)機每次裝料量及成分見表4。

KIW煉鐵廠使用的燒結(jié)礦堿度(CaO／SiO₂)約1．0。實際操作表明，高爐中燒結(jié)礦(﹤5mm)堿度每提高10％，焦比就下降2％。鑒于這一點，KIW生產(chǎn)的燒結(jié)礦質(zhì)量需要提高。提高燒結(jié)礦質(zhì)量是改善高爐爐料質(zhì)量的重要手段。使用CaO／SiO₂比約1．8~2．0的高堿度燒結(jié)礦，高爐焦比將會下降，相應(yīng)的石灰石和白云石裝入量也會減少，從而減少煅燒它們所需的熱負荷。石灰石或自云石裝料量每減少1公斤，焦比將下降0．35kg，從而在高爐中用含鐵的原料替代減少的石灰石和白云石，提高高爐生產(chǎn)率。絕對需要使用至少30％～40％的高堿度燒結(jié)礦，從而實現(xiàn)現(xiàn)代高爐操作可接受的焦比。

高堿度的燒結(jié)礦應(yīng)當(dāng)具有好的化學(xué)成分、足夠的冷熱強度和合理的粒度分布，粒度應(yīng)該在6．3mm～40rnm之間。因此，高質(zhì)量的爐料意味著爐料的穩(wěn)定性和焦比降低。

5裝料次序

高爐裝料次序影響爐內(nèi)氣體分布和下降爐料的加熱，爐料和氣體的分布不僅嚴重影響燃料比和生產(chǎn)率，也對爐襯壽命造成極大影響。

在高爐爐喉處的爐料布料基本上是鐵礦石和焦炭。焦炭的透氣性比鐵礦石好，因此，在爐喉不同料線處鐵礦石和焦炭比例將成為影響氣流的重要因素。

在KIW煉鐵廠，目前采用如下的裝料次序：

CC↓ 00↓ CC↓00

就是說，在裝兩斗焦炭后裝兩斗鐵礦石。這種形式的裝料次序?qū)��?dǎo)致高爐爐壁溫度高，而高爐中心位置的溫度相對低。此外，中心處的CO₂也高，從而對爐襯造成損壞。

因此，建議按照以下制度改變裝料次序：根據(jù)獲得好的高爐性能要求采用鐵礦石焦炭同裝或鐵礦石焦炭分裝。

特征值EB表示分布在高爐邊緣的鐵礦石層和焦炭層厚度之比。相同的熔融條件下，在不同裝料次序時，EB值越大，在上述裝料次序下高爐邊緣越厚。

分析以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，正裝和反裝對爐料分布的影響幾乎相同。與其它裝料方式相比兩者之間的差異非常小，而且它們對氣流的影響也比較適中。正同裝與反同裝差異大，但是從正同裝變成反同裝差異更大。

事實上，裝料次序的影響源于爐料堆角的變化。由于鐵礦石和焦炭在高爐內(nèi)的堆角不同以及裝料次序的變化，爐料分布將隨之發(fā)生變化。分析任何煉鐵廠的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)均可發(fā)現(xiàn)裝料次序的影響。

粒度大的鐵礦石的堆角大致與焦炭相同，因此，無論是正裝還是反裝都不會對爐料分布產(chǎn)生影響。由于細礦石的堆角與焦炭的差異很大，因此裝料次序的改變對爐料分布產(chǎn)生較大影響。

6噴煤系統(tǒng)(CIS)

通過高爐上的鼓風(fēng)口噴入輔助燃料，如煤、油和天然氣等，可以顯著降低焦比。盡管噴入燃油和天然氣有利于高爐操作，但它們的價格非常高。為了有效地解決全焦炭操作帶來的問題，并降低能源成本，噴煤粉(PCI)成為一個潛在的可行途徑。

在高爐鼓風(fēng)口區(qū)對煤粉氣動運輸進行噴煤，每噴入1kg煤粉可節(jié)約0．8kg~0．9kg焦炭。噴煤系統(tǒng)可噴入從粉末到顆粒等各種粒度不同類型的煤。在KIW煉鐵廠還沒有使用噴煤系統(tǒng)。通過噴煤，可以顯著降低焦比。目前噴煤技術(shù)的最新進展是采用超高噴煤比，在全氧氣高爐中噴入高達350kg／t鐵水的煤，實現(xiàn)焦比下降200kg／t鐵水。

7煤的質(zhì)量選擇

煤質(zhì)量主要受到灰分、水分、揮發(fā)分和粒度的影響。灰分必須盡可能的低(<15％)，通過高的炭含量，實現(xiàn)高的煤與焦炭置換率、鐵水中低硅含量、低的渣量和高的生產(chǎn)率及低焦比。煤中的灰分形成爐渣。煤粉的流動性受到水分的影響，因此水分含量必須低于1．5％。

在中國，將煤放置在溫度約150℃的旋轉(zhuǎn)干燥機中加熱，除去水分，隨后磨碎至200目(0．06mm)以下，送往鼓風(fēng)口。因此，在給定的火焰溫度下，煤中水分越低，噴煤比就越高。含有高揮發(fā)分的低級煤燃燒效率高，這是最終確定任何一種煤是否適合噴入高爐的參數(shù)。含10％~15％揮發(fā)分的煤更為合適。通常，無煙煤中含10％揮發(fā)分并能方便地進行噴煤操作。而煙煤含15％以上的揮發(fā)分，需要用氮氣進行吹洗以防止發(fā)生爆炸。不過，可獲取性及經(jīng)濟性對煤的類型選擇起主要作用，煤中揮發(fā)物質(zhì)含量是次要參數(shù)。

煤的粒度是實現(xiàn)風(fēng)口回轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)所需燃燒程度的重要參數(shù)。如果燃燒不徹底，則煤粒就被吹進爐料中并與氣流作用，因此煤粉顆粒越細，燃燒越充分。在噴煤工藝中，煤的最佳顆粒尺寸小于200目。在加熱、高溫分解和燃燒等幾個過程發(fā)生煤的燃燒。煤的燃燒由其尺寸、揮發(fā)物質(zhì)含量和孔體積決定，必須維持臨界的氧氣／炭比，即2．1。在140kg／t~1 50kg／t鐵水的噴煤比下，O／C比接近極限值。

在較高的噴煤比下，隨著成比例的煤的不充分燃燒，生成的煙塵量也隨著增加。每種煤都有自己的特征，除了灰分和揮發(fā)分外，它也含一些氧氣和氮氣。因此，含高揮發(fā)分和較小顆粒尺寸的煤具有好的燃燒陛。在無煙煤中加入褐煤具有實際效果。

因此，總的來說，噴煤操作的優(yōu)點源于以下原因：

·高質(zhì)量的爐料是大量噴煤的基礎(chǔ)。

·煤粉的作用主要是替代風(fēng)口區(qū)的焦炭燃燒。

·風(fēng)口前的火焰溫度對煤的噴入非常重要，易于使火焰溫度保持在高于2000℃。

·當(dāng)火焰溫度超過1000℃時，噴煤比將為100kg／t鐵水。

·高噴煤比將不會對高爐的順利運行產(chǎn)生不良影響。

·高噴煤比將縮短高爐冶煉周期。因此，建議在KIW煉鐵廠4座高爐上全部采用CIS，系統(tǒng)的設(shè)計將根據(jù)KIW要求進行。