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高拉速下提高中間包壽命生產(chǎn)實(shí)踐
正確看待原燃料質(zhì)量對(duì)高爐冶煉進(jìn)程的影響機(jī)理，理性分析爐況的運(yùn)行趨勢(shì)，加強(qiáng)槽下篩分管理，做好原燃料質(zhì)量跟蹤管理，根據(jù)原燃料的質(zhì)量制定合理的“攻、守、退”操作方針，將影響爐況穩(wěn)定順行的不利因素消除在萌芽狀態(tài)，為高爐穩(wěn)定順行保駕護(hù)航。
以前煉鐵界常說(shuō)七分原料三分操作是指原料的重要性在高爐順行上占70%份額，現(xiàn)在隨著高爐的大型化，煉鐵對(duì)原料重視程度的提高、設(shè)備、質(zhì)檢對(duì)生產(chǎn)起到的關(guān)鍵作用越來(lái)越大，所以說(shuō)現(xiàn)在是三三加質(zhì)檢，即：操作、設(shè)備、原料、質(zhì)檢數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性同等重要。隨著我國(guó)近幾十年冶金工業(yè)的發(fā)展及高爐的大型化、設(shè)備先進(jìn)化，煉鐵已經(jīng)形成了一個(gè)很規(guī)范化的生產(chǎn)流程，人工的影響基本上很小了，除非是設(shè)備出現(xiàn)了相應(yīng)問(wèn)題。而原料的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量就產(chǎn)生了很大的影響，所以控制了原燃料的粒度、品位、冶金性能和物理性能，就可以獲得更好產(chǎn)品質(zhì)量的概率及穩(wěn)定順行的高爐爐況。這句話實(shí)際上是強(qiáng)調(diào)原料(包括燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦)、燃料質(zhì)量(包括焦炭、噴吹煤粉)在高爐煉鐵中對(duì)高爐順行、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要性。為讓更多同行及新畢業(yè)的冶金系學(xué)員們系統(tǒng)地了解原燃料質(zhì)量對(duì)高爐冶煉的影響機(jī)理，筆者將十多年來(lái)對(duì)原燃料質(zhì)量變化造成高爐冶煉影響的總結(jié)分享給眾多讀者朋友，本文就以原料篩分開始對(duì)其一一做如下介紹。
1、槽下原料篩分的重要性
原料篩分：很多文章資料及各企業(yè)對(duì)強(qiáng)化冶煉和處理爐況過(guò)程中經(jīng)常提到加強(qiáng)原燃料的管理，加強(qiáng)槽下篩分管理，做好原燃料質(zhì)量跟蹤管理，可見(jiàn)原燃料質(zhì)量對(duì)高爐冶煉的重要性不言而喻。筆者相信各位同行朋友在很多會(huì)議場(chǎng)所也經(jīng)常聽到加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理，督促并跟蹤好槽下篩分管理工作，在爐況出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)領(lǐng)導(dǎo)問(wèn)的第一句話往往是原燃料什么情況，有沒(méi)有看料?但是很少有人能夠說(shuō)清楚加強(qiáng)槽下原燃料篩分的目的是什么，加強(qiáng)槽下篩分的用意何在。
筆者認(rèn)為對(duì)于槽下篩分的目的和用意不僅高爐操作者要清楚，還要讓負(fù)責(zé)原料篩分的操作人員了解，只有讓其明白原料篩分的目的和意義，并提高其工作的主動(dòng)性和積極性，才能確保原燃料篩分的質(zhì)量。對(duì)于原燃料篩分目的普遍理解是篩除小粒度粉末降低入爐物料的含粉率，有助于提高料柱的透氣性及日產(chǎn)量，降低料柱壓差和爐況難行的概率。此種理解沒(méi)有錯(cuò)誤，但是有些片面，很多東西無(wú)法解釋。
對(duì)此筆者的理解是，篩除小粒度物料，一是降低入爐物料的含粉率，防止小粒度粉末堵塞大顆粒物料的空隙，一旦粉末形成阻塞體，將會(huì)阻止高熱量還原煤氣流的通過(guò)，造成部分物料在上部塊狀帶很難加熱還原，當(dāng)這部分物料達(dá)到軟熔帶開始融化時(shí)，剩余的氧化物需要靠直接還原去除，這會(huì)導(dǎo)致噸鐵燃料比上升或爐況向涼。
二是操作者經(jīng)常從風(fēng)口看到的類似渣皮狀的“未熔”物料，很多缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作者往往認(rèn)為是渣皮脫落，渣皮脫落可以從遍布爐體各處的溫度曲線變化進(jìn)行驗(yàn)證，如若爐體各處溫度曲線平穩(wěn)，從風(fēng)口處降落的“未熔”物基本可以斷定為在上部未能熔化的物料即風(fēng)口“生降”。當(dāng)“生降”占比較大時(shí)噸鐵燃料比上升、爐溫下行也就成了必然。
三是由于其流動(dòng)特性粉末也會(huì)在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生沉積，造成布料偏析，當(dāng)原料裝入爐頂料罐時(shí)，粉末停留在裝入物料的碰撞點(diǎn)位置，并隨料位上升，而粗顆粒物料受安息角的影響則快速向下滾落。當(dāng)料罐下料時(shí)，將從位于中心的物料開始供料，這些中心物料小粒度物料占比很大，然后從料罐邊緣留出的大顆粒物料，以至于溜槽也產(chǎn)生粗細(xì)物料的偏析。小顆粒物料在降落曲線的內(nèi)部，大顆粒物料在曲線的外部迅速向低處滾落，導(dǎo)致在爐喉碰撞點(diǎn)的物料基本全是小顆粒物料，受小粒度物料的影響邊緣氣流也會(huì)發(fā)生一定的變化。
2、原料質(zhì)量對(duì)高爐冶煉的影響機(jī)理
燒結(jié)礦質(zhì)量：對(duì)于燒結(jié)礦的質(zhì)量的評(píng)價(jià)行業(yè)內(nèi)常用其物理性能和冶金性能進(jìn)行衡量比對(duì)。燒結(jié)礦的物理性能包括轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)和篩分指數(shù)，也就是燒結(jié)廠和質(zhì)檢室日常做的冷態(tài)強(qiáng)度下燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)。冶金性能主要包括還原性、低溫還原粉化性、軟熔性等。
1、燒結(jié)礦的物理性能對(duì)高爐冶煉最直接的影響就是在上部的塊狀帶，其現(xiàn)象大致體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)經(jīng)過(guò)多個(gè)物料轉(zhuǎn)運(yùn)站的碰撞和摔落到達(dá)礦槽料倉(cāng)時(shí)粒度等級(jí)已經(jīng)發(fā)生了變化，中小粒度占比會(huì)有所增加，這種變化對(duì)塊狀帶的煤氣流分布造成一定的影響;
(2)小粒度礦入爐后特別是在塊狀帶小粒度燒結(jié)礦不均勻的填充在空隙中，使得煤氣流的正常上升通道受阻，極易使高爐產(chǎn)生局部氣流，控制不到很有可能會(huì)造成管道行程;
(3)小粒度燒結(jié)礦入爐會(huì)填充大顆粒物料的縫隙，導(dǎo)致爐料的縫隙變小，含鐵原料不能充分與煤氣進(jìn)行接觸，降低燒結(jié)礦在上部塊狀帶的氣體還原量，由于氣體還原量的減少，煤氣利用率下降，直接導(dǎo)致下部直接還原量增加、噸鐵燃料消耗增加，高爐產(chǎn)量降低;
(4)塊狀帶爐料的正常預(yù)熱完全是靠下降的爐料和上升的高溫煤氣在逆向運(yùn)動(dòng)中的熱傳遞、熱交換實(shí)現(xiàn)的，由于小粒度礦入爐后的不均勻的填充在空隙中，使得煤氣流的正常上升通道受阻，氣流分布不均勻，使得部分爐料無(wú)法充分預(yù)熱，這部分爐料到了軟熔帶由于溫度不足不能正常熔化，只能在下部直接還原，隨著直接還原量的增加所消耗的焦炭比例也會(huì)增加，在風(fēng)口氣化燃燒的焦炭比例勢(shì)必降低，造成高溫煤氣量減少，綜合負(fù)荷也會(huì)隨之下降。
2、燒結(jié)礦的冶金性能對(duì)高爐冶煉操作的影響是從還原反應(yīng)開始的等溫線以下開始的，此時(shí)爐料中的表水已經(jīng)蒸發(fā)完畢，隨著爐料和上升煤氣中CO的接觸，爐料中的Fe2O3(赤鐵礦)最先開始進(jìn)行脫除氧的反應(yīng)，此反應(yīng)過(guò)程是放熱的過(guò)程，緊跟其后的是Fe3O4(磁鐵礦)這個(gè)過(guò)程是吸熱的過(guò)程，然后是FeO(浮士體)和FeO1/2，反應(yīng)過(guò)程是放熱的過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中FeO只能在下部的高溫區(qū)進(jìn)行直接還原，F(xiàn)eO含量也意味著上部燒結(jié)礦還原的難易程度。還原性的高低同時(shí)也意味著爐缸工作負(fù)荷的大小和燃料消耗的高低。 低溫還原粉化性(RDI)，爐料中的Fe2O3(赤鐵礦)和上升煤氣中CO的接觸并發(fā)生反應(yīng)后，該反應(yīng)會(huì)使?fàn)t料的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，也可能會(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)的破裂，使?fàn)t料變成較小的顆粒，爐料的這一特性被稱之為低溫還原粉化，如若低溫還原粉化率較高則會(huì)使?fàn)t料的空隙度降低、爐身上部料柱透氣先惡化，爐身結(jié)瘤的風(fēng)險(xiǎn)性也會(huì)增加，煤氣流的正常分布也會(huì)遭到破壞，煤氣利用變差，在上部因小粒度礦不均勻的填充在空隙中，使得煤氣流分布不均勻，造成部分爐料無(wú)法充分預(yù)熱和進(jìn)行脫氧反應(yīng)，這部分爐料到了軟熔帶才能逐步熔化甚至部分熔化，最終導(dǎo)致風(fēng)口出現(xiàn)生降，噸鐵燃料比增加、產(chǎn)量下降。通過(guò)對(duì)燒結(jié)礦成分及煉鐵高爐透氣性、煤氣利用等參數(shù)不斷分析研究，最終確定Al2O3、R2、FeO、TiO2對(duì)燒結(jié)礦RDI+3.15影響因素大致如下：
(1)MgO/Al2O3對(duì)RDI+3.15的影響在燒結(jié)礦冷卻過(guò)程中，孔隙周圍的磁鐵礦被氧化形成骸晶狀赤鐵礦;這種骸晶狀赤鐵礦在燒結(jié)礦低溫還原過(guò)程中極易被還原并產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，使燒結(jié)礦發(fā)生粉化。根據(jù)礦相分析，確定了不同MgO/Al2O3條件下燒結(jié)礦中骸晶狀赤鐵礦的體積含量;根據(jù)骸晶狀赤鐵礦的體積含量與燒結(jié)礦低溫還原粉化性能的關(guān)系可知當(dāng)MgO/Al2O3為1.22時(shí)，骸晶狀赤鐵礦的含量較低，燒結(jié)礦具有較好的低溫還原粉化性能。究其原因當(dāng)燒結(jié)礦的MgO/Al2O3適宜時(shí)，其礦物組成比較合理，因而在很大程度上抑制了骸晶狀赤鐵礦的生成，使低溫還原粉化性能得到改善。當(dāng)MgO/Al2O3過(guò)高時(shí)，一方面會(huì)促進(jìn)燒結(jié)礦中磁鐵礦的發(fā)展;另一方面較多白云石的配入也使得燒結(jié)礦大孔增多，從而為骸晶狀赤鐵礦的生成提供了條件，導(dǎo)致燒結(jié)礦低溫還原粉化性能惡化。Al2O3在赤鐵礦中固溶量的增加，燒結(jié)溫度較高時(shí)，熔體中次生赤鐵礦結(jié)晶格子的一部分Fe3+被Al3+代替，促使Fe2O3再結(jié)晶連晶，由粒狀向片狀發(fā)展。數(shù)個(gè)單顆粒結(jié)合為片狀結(jié)晶態(tài)，使Fe2O3還原時(shí)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力由較為分散變得相對(duì)集中，引起晶面收縮，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力使燒結(jié)礦的強(qiáng)度降低，還原時(shí)容易產(chǎn)生新裂紋，而且裂紋容易擴(kuò)展，促使膨脹激烈化。從改善燒結(jié)礦低溫粉化指標(biāo)考慮，應(yīng)盡可能控制燒結(jié)礦MgO/Al2O3在1.06-1.22的范圍，以保證RDI+3.15指標(biāo)能夠滿足高爐生產(chǎn)需要。
(2)FeO對(duì)RDI+3.15的影響隨著亞鐵的升高，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能得到有效改善，因FeO對(duì)RDI+3.15的影響，隨著亞鐵由8.3%升高至9.8%，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能得到有效改善，因燒結(jié)過(guò)程中隨著燃料的增加提高了燒結(jié)礦溫度后亞鐵升高，增加了赤鐵礦的溶解，生成了更多的液相，從而使燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)變得致密，燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)得到改善，但隨著亞鐵逐漸增加，燒結(jié)低溫還原粉化指標(biāo)提升并不大，反而燒結(jié)還原性指標(biāo)開始下降，所以在能夠滿足燒結(jié)低粉化指標(biāo)前提下適當(dāng)控制亞鐵在10%以內(nèi)。
(3)堿度R對(duì)RDI+3.15的影響通過(guò)增加生石灰用量，燒結(jié)礦堿度由1.83%升高至1.96%，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能得到有效提升，同時(shí)燒結(jié)料層的透氣性得到改善，當(dāng)燒結(jié)礦R2低于1.85時(shí)，每降低0.1的堿度，將影響燃料比和產(chǎn)量各3.0%~3.5%。據(jù)了解，在實(shí)踐生產(chǎn)中，降低堿度對(duì)高爐燃料比的影響遠(yuǎn)高于3.5%的比例。原因是燒結(jié)礦堿度R下降以后其粘結(jié)相礦物發(fā)生變化，主要由鈣鐵橄欖石及少量的硅酸一鈣、硅酸二鈣，鐵酸鈣和玻璃體組成，燒結(jié)礦冶金性能差。但是隨著堿度的提高，硅酸二鈣、鐵酸鈣明顯增多，而鈣鐵橄欖石和玻璃體則逐漸下降，從而改善了燒結(jié)礦RDI+3.15指標(biāo)，所以建議在考慮燒結(jié)產(chǎn)量平衡的同時(shí)，適當(dāng)提高燒結(jié)礦堿度，以提高燒結(jié)礦低溫還原粉化性能。
(4)TiO2對(duì)RDI+3.15的影響燒結(jié)礦中TiO2由0.28%降低至0.23%，燒結(jié)RDI+3.15上升，同時(shí)減少高爐鐵水含鈦量，鐵水流動(dòng)性變好。相關(guān)研究表明燒結(jié)礦中的TiO2主要存在于玻璃相中，TiO2降低了玻璃相的斷裂韌性，玻璃相的抗還原粉化晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力能力降低，使燒結(jié)礦的裂紋產(chǎn)生更多，粉化加劇。燒結(jié)礦中的RDI+3.15隨著燒結(jié)礦中TiO2含量的增加而降低，在還原時(shí)燒結(jié)礦產(chǎn)生的裂紋增多，同時(shí)燒結(jié)礦中的鈣鈦礦和氣孔也增多，不僅使燒結(jié)礦強(qiáng)度降低，而且改善了還原的動(dòng)力學(xué)條件，惡化了中鈦型燒結(jié)礦的還原粉化性能，所以降低入爐料鈦含量，有利于燒結(jié)礦冶金性能提升。
3、軟熔性是指燒結(jié)礦的軟化開始溫度、軟化區(qū)間、軟熔帶的透氣性。軟化開始溫度和軟化終了溫度決定了軟化區(qū)間，對(duì)燒結(jié)礦的高溫性能來(lái)講燒結(jié)礦軟化開始溫度越高越好，一旦爐料開始軟化和熔化，將造成煤氣透氣性大幅度下降，因此爐料的軟化溫度區(qū)間越小越好，一是高爐軟熔帶的高度有所降低，二是爐料在爐內(nèi)加熱時(shí)，不會(huì)堵塞煤氣流的通道，有利于提高料柱透氣性。對(duì)于物料的軟化溫度一般要求≥1100℃，軟化終了溫度在1300-1350℃，軟化溫度區(qū)間≤150°C，在100-120℃比較合適。
燒結(jié)礦開始軟化溫度的高低取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而開始軟化溫度的變化往往是氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度起主導(dǎo)作用的結(jié)果。這就是說(shuō)，軟化終了溫度往往是礦物組成起主導(dǎo)作用。反之，如果軟化開始溫度低，首先是軟化溫度區(qū)間自然變大軟熔帶厚度增加，其次是不利于軟熔帶透氣性的改善，料柱壓差升高爐況穩(wěn)定性下降。
據(jù)相關(guān)試驗(yàn)表明軟化帶的阻力損失約占25%，這也是反映爐料在爐身下部和爐腰部位順行狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)。對(duì)燒結(jié)礦的熔滴性能來(lái)講，熔融開始溫度要求≥1400℃，溫度越高越好，熔融溫度越高也就意味著熔融區(qū)間越低、熔融層厚度越小，最大壓差越低，軟熔帶對(duì)高爐煤氣流的阻力越小。
熔滴性能是燒結(jié)礦冶金性能中最重要的性能，因?yàn)槿鄣螏У淖枇p失約占高爐總阻力損失的60%，它是高爐下部順行的限制性環(huán)節(jié)。這也是由過(guò)去長(zhǎng)期以高爐上部操作為主改為以高爐下部操作為主的新的高爐操作理念的原因所在。
球團(tuán)礦質(zhì)量：對(duì)于燒結(jié)礦質(zhì)量的評(píng)價(jià)通常是從化學(xué)成分、冷態(tài)強(qiáng)度、球團(tuán)礦的粒度、膨脹特性、軟化和熔化等指標(biāo)進(jìn)行比較。生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于球團(tuán)性能最為關(guān)注的無(wú)非是粒度、冷態(tài)抗壓強(qiáng)度、膨脹性及軟化和熔化溫度。球團(tuán)礦粒度波動(dòng)范圍是最小的塊狀物料，大粒度球團(tuán)對(duì)提高料層的透氣性較為有利，而小粒度球團(tuán)更容易被還原，但是粒度范圍較大時(shí)對(duì)料層透氣性會(huì)產(chǎn)生不利的負(fù)面影響。
對(duì)于球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度而言，其差別有些大抗壓強(qiáng)度好的球團(tuán)礦能到2800N，差的會(huì)低于2000N，對(duì)于酸性球團(tuán)礦來(lái)講其冶金性能一般，但是強(qiáng)度較好，還原度指標(biāo)稍差，軟化和熔化溫度比溶劑性球團(tuán)和鎂基球團(tuán)低。在膨脹方面酸性球團(tuán)對(duì)CaO比較敏感當(dāng)R2>0.25時(shí)其膨脹趨勢(shì)非常強(qiáng)，尤其是爐內(nèi)存在堿金屬含量是，球團(tuán)礦會(huì)發(fā)生過(guò)度膨脹，膨脹以后勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生粉末，對(duì)料柱的透氣性和順行程度造成不良的影響。
塊狀質(zhì)量：對(duì)于塊礦的影響關(guān)注的重點(diǎn)是塊礦的還原粉化性能、熔化溫度和物理特性。由于塊礦屬于生礦，其冶金性能比燒結(jié)礦和球團(tuán)礦差，一般具有如下特征：
(1)塊礦的軟化溫度較低、軟熔帶較寬、軟熔性能差，熔滴區(qū)間大，這些性能導(dǎo)致高爐軟熔帶的透氣性變差，下部壓差增高;
(2)塊礦的熱爆裂性能較差，中溫區(qū)爆裂后，粉化產(chǎn)生大量粉末，對(duì)透氣性和煤氣流的分布影響嚴(yán)重;
(3)塊礦的SiO2/Al2O3較低，對(duì)高爐造渣影響較大，特別是初成渣影響爐內(nèi)氣流的變化，造成邊緣氣流逐步增加，同時(shí)渣中Al2O3升高，降低爐渣的流動(dòng)性，降低脫硫能力而影響生鐵質(zhì)量;
(4)一些塊礦品種的還原性不好，造成高爐燃料比升高。因此，如果處于生產(chǎn)成本的考慮，需要大幅度提高塊礦的使用比例時(shí)，要注意塊礦冶金性能，防止因冶金性能下降破壞高爐的順行，惡化冶煉指標(biāo)導(dǎo)致得不償失的現(xiàn)象。堿性金屬的影響：通常所說(shuō)的堿金屬是指鉀、鈉和鋅，高爐內(nèi)的堿金屬對(duì)高爐冶煉運(yùn)行有多重影響。不過(guò)在以中心氣流為主的高爐受堿金屬的影響一般較小，因?yàn)橹行拿簹饬鞯臏囟壬叩囊欢ㄋ街?，部分堿金屬和所有的鋅會(huì)以蒸氣的方式隨爐頂煤氣排出高爐。
這種現(xiàn)象曾經(jīng)在1080m³和1280m³高爐使用同樣物料，由于1280m³高爐中心氣流的較旺盛，從凈煤氣除塵灰的成分和1080m³高爐受到的影響來(lái)看，中心氣流旺盛的高爐受堿金屬的影響較小。如果爐頂煤氣溫度低，堿金屬和鋅會(huì)在爐內(nèi)積聚，導(dǎo)致高爐順行程度下降。
堿金屬對(duì)高爐冶煉的影響如下所述：
(1)從化學(xué)反應(yīng)的角度來(lái)講，堿金屬對(duì)焦炭溶損反應(yīng)(C+CO2→2CO)起到催化劑的作用，同時(shí)也意味著隨著堿金屬含量的增加，噸鐵燃料比也會(huì)所有提高;
(2)造成焦炭和爐料強(qiáng)度下降，加劇焦炭和爐料的粉化程度，惡化料柱透氣性，降低高爐順行程度及生產(chǎn)指標(biāo);
(3)堿金屬和鋅粘附在固體顆粒表面粘結(jié)到高爐爐身的爐墻上。形成爐瘤帶來(lái)的影響是爐料下降惡化，在極端情況下導(dǎo)致懸料和滑料;
(4)堿金屬會(huì)侵蝕耐火材料，尤其是碳基耐火材料，是耐火材料強(qiáng)度下降“變脆”或者出現(xiàn)不同程度的裂紋，降低爐襯使用壽命。
鑒于堿金屬對(duì)高爐冶煉的不良影響，為確保高爐爐況穩(wěn)定順行，GB-50427-2008高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)原燃料堿金屬的總含量要求≯3kg/t。在局部地區(qū)一些公司受條件限制，所使用的當(dāng)?shù)罔F礦，堿金屬可能會(huì)到較高的水平。
3、燃料質(zhì)量對(duì)高爐冶煉的影響機(jī)理
1、焦炭質(zhì)量：高爐冶煉常用的焦炭質(zhì)量指標(biāo)除常規(guī)固定碳、灰分、揮發(fā)分、硫分、水分之外還有工業(yè)分析指標(biāo)，強(qiáng)度指數(shù)M40、耐磨指數(shù)M10、反應(yīng)性指數(shù)CRI、反應(yīng)后強(qiáng)度CSR。M40和M10是反映焦炭冷態(tài)性能的重要指標(biāo)。較高的M40和較低的M10，有利于提高爐內(nèi)塊狀帶的透氣性，改善爐況的順行程度。
相較于焦炭M40的變化對(duì)產(chǎn)量的影響，M10對(duì)高爐冶煉過(guò)程的影響更大，M10對(duì)產(chǎn)量的影響是M40的3.6倍。因此在提高M(jìn)40的同時(shí)須保證M10得到有效控制。對(duì)于焦炭反應(yīng)性指數(shù)CRI、反應(yīng)后強(qiáng)度CSR，迄今為止最常用的方法是采用日本新日鐵的“化學(xué)反應(yīng)性指數(shù)試驗(yàn)”，通過(guò)焦炭在100%CO2和1100℃環(huán)境中，經(jīng)120分鐘的氣化反應(yīng)后的百分?jǐn)?shù)即CRI，焦炭反應(yīng)性越大，重量損失越大。完成反應(yīng)后的焦炭經(jīng)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后，顆粒大于10mm的百分比即CSR，CRI和CSR成反比例關(guān)系。焦炭對(duì)冶煉機(jī)理的影響大多數(shù)操作者一般停留在料柱骨架、發(fā)熱劑、還原劑、滲碳劑的認(rèn)識(shí)里，這種認(rèn)識(shí)在一定程度上也有很大的片面性。
對(duì)此筆者的理解是：
(1)實(shí)現(xiàn)煤氣上升并分布穿過(guò)爐料，支撐高爐軟熔帶以上的全部物料重量，保證渣鐵向下順利流動(dòng)至鐵口;
(2)產(chǎn)生熱量來(lái)熔化爐料;
(3)產(chǎn)生還原氣體來(lái)脫除含鐵爐料中與鐵結(jié)合的氧;
(4)提供碳脫除含鐵爐料中在塊狀帶未能脫除的剩余氧和滿足鐵水滲碳的需要。
基于上述內(nèi)容和高爐大型化以后煤比不斷提高的現(xiàn)實(shí)條件，為確保高爐爐況的穩(wěn)定順行對(duì)焦炭質(zhì)量的要求也更為苛刻。
首先焦炭在爐內(nèi)下降過(guò)程中，面臨擠壓、機(jī)械磨損和(化學(xué))侵蝕的狀態(tài)，焦炭M40指標(biāo)的優(yōu)劣決定了裝料帶和塊狀帶焦炭的受擠壓后的狀態(tài)，較好的M40能夠降低焦炭在裝料帶的破碎率，同時(shí)在塊狀帶下部也能保持較好的粒度，如此對(duì)提高塊狀帶的透氣性和降低爐料壓差極為關(guān)鍵。
其次從900℃起，焦炭開始于CO2反應(yīng)，一直持續(xù)到1000℃，這個(gè)區(qū)域內(nèi)焦炭發(fā)生的劣化是由機(jī)械磨損和溫和的氣化反應(yīng)造成的，M10指標(biāo)的優(yōu)劣決定了這個(gè)區(qū)間內(nèi)的磨損狀況，較低的M10代表焦炭的抗磨損程度較好，反之較差。
CRI(焦炭反應(yīng)性指數(shù))：在軟熔帶塊狀鐵礦物料開始軟化和變形，形成較大的團(tuán)狀顆粒粘結(jié)體。此區(qū)域礦層物料基本沒(méi)有透氣性可言，上升的煤氣只能通過(guò)保留的焦炭層(焦窗層)通過(guò)。由于在較高的溫度水平，此區(qū)域溫度在1000~1300℃的區(qū)間范圍，焦炭反應(yīng)速率增加，焦炭與CO2氣體反應(yīng)較為激烈，其環(huán)境和熱反應(yīng)試驗(yàn)過(guò)程中基本相似，區(qū)域內(nèi)焦炭塊與軟化或熔化物料的接觸更加密切，由此不僅造成焦炭反應(yīng)后的失重和多孔狀變化，還會(huì)導(dǎo)致焦炭顆粒的耐磨損強(qiáng)度下降。CRI指數(shù)越高，在高溫區(qū)的反應(yīng)越激烈，失重現(xiàn)象越大，耐磨強(qiáng)度下降幅度也就越大，反之亦然。
隨著焦炭CRI指數(shù)的升高，軟熔帶焦窗的厚度在擠壓后也就越小，料柱的透氣性也會(huì)隨之下降，料柱壓差勢(shì)必上升，高爐爐況的穩(wěn)定順行也會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，反之亦然。
CSR(焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度)：反應(yīng)后強(qiáng)度和反應(yīng)性指數(shù)呈成反比關(guān)系，隨著CRI的升高，CSR逐漸下降，對(duì)高爐的影響機(jī)理有：
(1)造成軟熔帶焦窗變薄、料柱透氣性變差、壓差升高的現(xiàn)象;
(2)導(dǎo)致風(fēng)口焦炭燃燒的數(shù)量下降，燃燒產(chǎn)生的熱量下降，加重爐溫向涼趨勢(shì);
(3)CSR下降以后高爐接受高噴煤比的能力下降，由此導(dǎo)致富氧率和產(chǎn)量的下降以及噸鐵成本上升;
(4)隨著M40的下降，進(jìn)入爐缸的焦炭粒度也會(huì)下降(因?yàn)檫M(jìn)入爐缸中心的焦炭，基本沒(méi)有或者非常有限的受到CO2侵蝕，其CSR性能基本沒(méi)有下降，該焦炭或多或少保持裝入爐時(shí)的粒度，僅僅是在爐內(nèi)下降過(guò)程中受到輕微磨損的影響)，由此導(dǎo)致爐缸死焦堆的孔隙度變差，爐缸死焦堆的透液性和爐缸活躍程度下降，鐵水沿爐缸圓周方向的環(huán)流侵蝕加重，對(duì)爐缸炭磚的象腳侵蝕有加重的趨勢(shì);
(5)隨著M40的下降，進(jìn)入爐缸的焦炭粒度也會(huì)下降，從而導(dǎo)致爐缸焦堆透液性差，此種條件下鐵水硅素含量偏高使鐵水黏度大、爐渣中MgO/Al2O3偏低爐渣流動(dòng)性下降，很容造成致爐缸的液體排泄能力下降，從而導(dǎo)致風(fēng)口小套下部和前端燒損。根據(jù)酒泉鋼鐵技術(shù)部的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，焦炭質(zhì)量對(duì)高爐冶煉過(guò)程影響程度的排序依次為M10、M40、CRI、CSR。
2、煙煤、無(wú)煙煤質(zhì)量：燃煤質(zhì)量指標(biāo)除了碳含量和氫含量之外還包含灰分、揮發(fā)分、硬度(可磨指數(shù))、水分、堿金屬、發(fā)熱值，對(duì)高爐冶煉來(lái)講上述成分除了硬度(可磨指數(shù))之外再有就是風(fēng)口噴煤的均勻性及全風(fēng)口噴煤，畢竟個(gè)別風(fēng)口斷煤對(duì)高爐軟熔帶造成的危害太大。煤對(duì)于高爐噴吹的特別之處，最有價(jià)值的熱量是來(lái)自煤變成CO、H的“不完全燃燒”，CO和H用來(lái)還原鐵礦石中的氧，因此也被稱為氣體“還原劑”。
眾所周知在高爐下部需要高溫?zé)崃?熱焓，對(duì)于熱焓的定義筆者2021年12月16日發(fā)表在中國(guó)煉鐵網(wǎng)《MgO對(duì)煉鐵生產(chǎn)的影響》一文中曾有詳細(xì)的解釋)，最適宜的煤是灰分含量低以及結(jié)構(gòu)中氧含量低的煤。因?yàn)槊褐写嬖谔?mdash;氧鍵(是指碳原子和氧原子之間形成的共價(jià)鍵，是有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)中最常見(jiàn)的化學(xué)鍵之一)越少，形成CO時(shí)產(chǎn)生的熱量越多。從產(chǎn)生熱量的角度來(lái)講，灰分、揮發(fā)分含量越低煤粉質(zhì)量越好。在生產(chǎn)過(guò)程中操作除關(guān)注煤粉灰分、揮發(fā)分、固定碳、水分之外，還需關(guān)注煤粉的發(fā)熱值，當(dāng)高爐其他變量較為穩(wěn)定時(shí)，煤粉發(fā)熱值的變化同樣會(huì)造成爐溫、風(fēng)量及料速的波動(dòng)。
再者風(fēng)口局部斷煤對(duì)軟熔帶的影響太大，筆者對(duì)其的理解是：
(1)在冶煉過(guò)程中，每個(gè)風(fēng)口在單位時(shí)間內(nèi)都接受同樣的熱量，一旦局部風(fēng)口斷煤，該風(fēng)口的熱風(fēng)量仍與相鄰的風(fēng)口相同。但此風(fēng)口至燃燒焦炭，由此導(dǎo)致焦炭燃燒速率(生產(chǎn)率)的增加和火焰燃燒溫度的大幅度上升;
(2)由于該風(fēng)口的煤被分給其他風(fēng)口，降低了其他風(fēng)口的焦炭燃燒速率(生產(chǎn)率)和火焰溫度，結(jié)果造成了高爐軟熔帶的不對(duì)稱性，據(jù)相關(guān)計(jì)算，個(gè)別風(fēng)口斷煤時(shí)造成其對(duì)應(yīng)軟熔帶局部上移的厚度能夠達(dá)到正常風(fēng)口對(duì)應(yīng)軟熔帶的一倍;
(3)高爐煤比越高，斷煤風(fēng)口帶來(lái)的軟熔帶不對(duì)稱問(wèn)題越嚴(yán)重，如果連續(xù)兩個(gè)相鄰風(fēng)口斷煤，對(duì)軟熔帶的危害會(huì)更加嚴(yán)重，因?yàn)樵诟呙罕雀郀t的冶煉過(guò)程中兩個(gè)風(fēng)口的煤量平均到其他風(fēng)口，其他風(fēng)口的火焰溫度和生產(chǎn)速率勢(shì)必更低，軟熔帶的不對(duì)稱性也會(huì)拉的更大。為確保軟熔帶的均勻性，在生產(chǎn)過(guò)程中務(wù)必要重視風(fēng)口均勻噴吹，一旦個(gè)別風(fēng)口局部斷煤要迅速采取措施，避免造成這種軟熔帶的不對(duì)稱性，以保持氣流的均勻分布。
4、總結(jié)
1、根據(jù)原燃料質(zhì)量對(duì)高爐冶煉的影響，在日常組織生產(chǎn)過(guò)程中為平衡生產(chǎn)成本或不可控因素不得不使用低品質(zhì)爐料時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)可以根據(jù)爐料的不良特性，臨時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，以免造成爐況波動(dòng);
2、為確保生產(chǎn)穩(wěn)定、順行，控制最重要的工藝變量，減少因原燃料質(zhì)量的波動(dòng)導(dǎo)致爐況順行遭到破壞，生產(chǎn)系統(tǒng)可以有組織、有計(jì)劃地將低品質(zhì)爐料逐步消化掉;
3、如因外部因素，企業(yè)不得不長(zhǎng)時(shí)間使用低品質(zhì)原燃料時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)“燒結(jié)、煉鐵生產(chǎn)十穩(wěn)定”和生產(chǎn)操作“攻、守、退”的原則制定有針對(duì)性的具體操作方針，用以過(guò)渡低品質(zhì)原燃料的生產(chǎn)，達(dá)到生產(chǎn)穩(wěn)定、順行的目的。
實(shí)時(shí)匯聚核
心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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實(shí)時(shí)匯聚核心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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