關於混裝的初步探討

來自專欄高爐煉鐵技術分享

摘要:改變常規的礦焦分層布料手段,對礦焦均勻混合裝入爐內的方式進行探討,以期尋求更合理的裝料制度,達到節焦增產順行的最終目的.

關健詞:裝料制度 混裝 半混裝 布料

1. 混裝的概念

所謂礦焦混裝就是利用槽下裝料設備將礦石和焦炭均勻混合後裝入料車下到爐內,使高爐料柱不再是清晰的礦石層和焦炭層的層狀料柱結構,而是礦石和焦炭的均勻混合體.在實際操作中,又分為全混裝和半混裝,將入爐料全部均勻混合再裝入爐內的稱為全混裝,而保留原來的層裝結構,只選取入爐料的一部分進行焦礦混合後再裝入爐內的,稱為半混裝.半混裝不改變原來的料柱結構,是層裝與混裝的一種過渡結構.

2. 混裝的發展

自二十世紀七十年代開始,國外一些先進的大型鋼鐵公司為了尋求促使高爐順行,節焦,增產的新途徑,開始在不同的高爐上進行混裝試驗,1971年--1985年,前蘇聯彼得洛夫斯克廠在1033方高爐上進行了十多次的試驗,1985年,第聶波羅鋼鐵公司在1386方高爐上利用含粉末較多的熱燒結(小於5mm的10.5-14.2%)進行了長期試驗,蘇聯試驗結果:一般可節焦及增產2-4%,最多節焦5-8%,增產7%.

同樣,1977年,日本室蘭2290方高爐進行了半混裝試驗,即在6車一批料中取一車進行礦焦混裝,其後名古屋3240方高爐也進行了類似的半混裝試驗,但效果不明顯,僅焦比略降0.5%左右.1986年水島鐵合金公司在煉錳鐵的398方高爐上進行全混裝試驗,效果明顯,降焦達6.4%,而且錳的回收率也有提高.

我國的馬鞍山鋼鐵公司10號高爐(300方)在上世紀八十年代進行了一半正常料一半混裝料的短期試驗,效果不明顯,僅節焦0.1%,之後濟南鐵廠在1號高爐(100方)進行四個月的帶粉(燒結礦小於5mm的7--19%)全混裝試驗,效果比較明顯,降焦3.2%,增產6.4%.

因各廠混裝方法不同,取得的效果也不盡相同,同時也因上世紀高爐爐頂裝料採用鍾式布料,礦焦均勻混裝,限制了高爐的上部調劑手段,所以在之後的時間,日本及我國不少廠家採用了在保持層裝的同時向礦石中混加部分焦丁的半混裝方式,使用後都不同程度的提高了煤氣利用率,而且根據多數廠家的數據,焦丁對塊焦的置換比多數在1.0以上,最高可達到1.22.

3. 混裝對高爐冶煉行程的影響

3.1混裝改善高爐料柱的透氣性,促進爐況順行.

對於高爐內固體料柱來說,透氣性最好的是焦炭層,其次是焦礦界面的混料層,最差的是礦石層,而整個料柱的透氣性,不是取決於透氣性最好的焦炭層,而是取決於阻隕最大的礦石層.對於層裝高爐來說,礦石層的透氣性決定了整個高爐料柱的透氣性,一旦入爐料中粉末增多,將嚴重影響高爐料柱的透氣性,甚至引起懸料,所以層裝結構的高爐對於入爐原料要求特別是粉末含量要求較嚴格,而對於混裝高爐來說,因為其整個料柱是由單一的無差別的礦焦混合層組成,其透氣性雖然不如焦炭層,但卻要比礦石層好,特別是當礦石中含粉較多時,這種效果更加明顯,圖一為羅根諾夫用40--80mm焦炭及0--40mm燒結礦層裝與混裝的透氣性試驗結果,由圖一可以看出,在燒結礦粉末越多時,混裝可更大幅度地降低料柱阻損,改善料柱的透氣性.

圖一 燒結礦與焦炭層裝與混裝時料柱阻損的變化

圖二 高混裝度(礦焦同時入料車)與正常裝料時爐喉煤氣曲線的對比

在高溫區軟熔帶,由於層裝料柱的軟熔層阻力很大,因而煤氣流絕大部分是從軟熔層之間的焦炭層(焦窗)穿過軟熔帶的,軟熔帶的透氣性不僅取決於焦炭質量的好壞,焦炭層的厚薄,還和軟熔帶的寬度有直接的關係,因此這一部分也是高爐中透氣性最差的一部分.對於完全混裝的高爐料柱來說,其軟熔帶雖然還存在,但軟熔層消失了,由軟熔層和焦炭層疊加構成的軟熔帶變成了軟熔塊分散在焦炭之中的網狀結構,由X射線觀察混裝軟熔過程,證明此時料層仍具有較好的透氣性,並且由於焦炭與周圍的軟化爐料產生強列的還原反應,很快滲炭和滴落,使軟熔帶內FeO系初渣滯留量減少,軟熔帶變薄,使整個軟熔帶的壓力損失減少.

混裝後,礦石填充於焦炭之間,使高爐內整個料柱的堆比重增加,也有利於爐料的下降,促進了爐況的順行.

3.2 提高煤氣利用率,降焦增產

由於料柱透氣性的改善,同時由於礦焦均勻混裝,增加了礦焦接觸面,改善了傳熱過程,促進了固相反應的進行.煤氣熱能和化學能的利用都有不同程度的提高,圖二列出了高度混裝後的爐喉煤氣曲線,從圖中可以看出,煤氣利用得到提高.在同等冶煉條件下,使焦比降低,產量提高.

3.3 裝料制度簡化

層狀布料體系的裝料制度包括料線高低,爐料裝入順序,批重大小.以此來調整高爐上部的煤氣分布,運用起來往往彼此影響,調整到位也往往需要長期不斷的摸索,不同的高爐各不相同,既使是同類型的高爐,料制也是千差萬別,不利於相互比較和借鑒,隨著無料鍾爐頂在現代高爐上的應用,其布料方式更是百家爭鳴,更難比較其優劣了,這也就造成了在現代高爐上流行著各種各樣的布料方式,這也使很多高爐操作者感到無所適從.

混裝布料,因為入爐的是無差別的焦礦混合體,在鍾式爐頂時代,因設備限制,鍾式爐頂布料其堆尖往往靠近爐牆,僅靠料線高低來調整爐料堆尖以控制煤氣流很難得到預期目的,這也是混裝裝料模式沒能普及的原因之一.而隨著無料鍾爐頂在現代高爐上的普及,為混裝布料提供了可行的條件,只需要把握好合理的布料平台寬度和中心漏斗深度,就可以很方便的控制邊緣和中心煤氣流,使布料更簡便,更具有可比性.同時混裝布料在不改變現有設備的前提上,加大了上料能力,簡化了上料操作,使裝料制度更加合理和簡化.

3.4 煤氣的二次分布得到改善

混裝後雖然還有軟熔帶,但軟熔層已經消失,這使得煤氣流的二次分布不再是透過焦窗上行,而是通過焦炭與軟熔塊之間的孔隙上行,增大了上升煤氣與軟熔塊的接觸表面積,從而使煤氣的熱能和化學能得到更好的利用,另一方面,由於混裝後形成的這種軟熔帶形式,也促使煤氣流的分布趨向於平坦型過渡,這也改善了煤氣的利用,從而使煤氣流的分布更加合理,煤氣的利用率得到提高.

4 半混裝在現代高爐上的應用

半混裝是混裝與層裝的一種過渡形式,現在很多高爐採用將焦丁混到燒結礦中,以求充分利用燃料並得到較好的冶煉效果,但是,這種混裝方式,由於沒有從根本上改變了爐料裝料結構,從而也就沒能改變軟熔帶的形式,對煤氣流的二次分布依然是焦窗式的,而且混入的焦丁較少且混入的焦丁多在20mm以下,粒度和數量都少的焦丁在燒結礦中被燒結礦包裹，對改善爐料的透氣性和煤氣利用率效果不大,這也是前面所舉部分廠家半混裝效果不明顯的原因.目前也有部分高爐將焦炭中小於30mm的焦炭篩除以得到更多的焦丁加入燒結礦中,這使得焦炭層中焦炭的粒級縮小,同時燒結礦中由於加入的焦丁數量和粒度都有所提高,從而使得料柱的透氣性得到了較大的改善,煤氣利用率也有所提高,一般焦丁的置換比可得到1-1.2左右.

另國外也有資料研究表明,提高焦丁粒度和配比,可明顯降低全爐和礦石層的壓差,焦丁比例在20%以內,增加焦丁配比,對料層壓差的降低影響明顯,並且隨著使用焦丁粒度的增加,料層壓差減小,顆粒5-15的焦丁對改善礦石層和焦炭的透氣性效果不明顯.

結語

1 混裝作為一種一直存在於實驗階段的裝料方式,必將隨著現代高爐裝料設備的不斷更新和優化而走出實驗室.同時作為一種降焦增產保順行的冶煉手段,也將會受到越來越多的煉鐵工作者的重視.

2混裝的均勻程度對料層壓差和煤氣利用率影響較大,研究合理的混裝方式方法仍然是目前需要解決的難題之一.

3 混裝制度應用到現代高爐冶煉中,還需要一個不斷完善和成熟的過程,這也需要很多的具有創新精神的煉鐵工作者去不泄地努力和摸索,相信不久的將來,混裝必將取代現有的層裝裝料制度而成為主流裝料制度的一種.

5參考文獻:

[1] 周傳典,高爐煉鐵生產技術手冊,北京:冶金工業出版社,2002.8

[2] 成蘭伯,高爐煉鐵工藝及計算,北京:冶金工業出版面社,1991.12