天津鋼管直接還原鐵生產(chǎn)回顧與煉鋼應(yīng)用
1 簡介
天津鋼管煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原生產(chǎn)線是原冶金部“九五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目,全套設(shè)備技術(shù)從英國戴維公司(DAVY)引進(jìn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)直接還原鐵30萬噸,建有兩條φ5×80m的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線,是我國最大的煤基回轉(zhuǎn)窯還原鐵生產(chǎn)基地,由于采用了國外先進(jìn)工藝技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備,其生產(chǎn)水平和自動控制系統(tǒng)世界一流。該項(xiàng)目于1993年9月通過國家級審批,95年完成工廠設(shè)計(jì),96年9月完成設(shè)備安裝,1996年11月直接還原鐵項(xiàng)目開始熱負(fù)荷試車,1997年10月完成了對外合同規(guī)定的技術(shù)性能指標(biāo)的考核,1999年4月,直接還原鐵工程項(xiàng)目通過了國家總體驗(yàn)收。2008年10月,因國外長協(xié)礦合同終止,缺乏優(yōu)質(zhì)低價(jià)原料供應(yīng)而停產(chǎn)至今。
天津鋼管還原鐵廠投產(chǎn)初期,使用進(jìn)口南非塊礦作為回轉(zhuǎn)窯原料,為拓寬原料渠道,在我國鐵礦石資源不能滿足生產(chǎn)需求的情況下,天津鋼管還原鐵廠積極尋找適合還原鐵生產(chǎn)的原材料,經(jīng)過多次工業(yè)試驗(yàn),使用秘魯球團(tuán)礦、巴西球團(tuán)礦生產(chǎn)直接還原鐵獲得了成功。生產(chǎn)的直接還原鐵主要供天津鋼管煉鋼廠150t電爐煉鋼需要,由于天津鋼管還原鐵廠的穩(wěn)定供應(yīng),改變了以往天津鋼管直接還原鐵進(jìn)口的歷史,全部改用國產(chǎn)還原鐵產(chǎn)品。天津鋼管還原鐵廠投產(chǎn)運(yùn)行的10年多時間里,還原鐵產(chǎn)品產(chǎn)量逐年增加,質(zhì)量穩(wěn)步提高。
2 生產(chǎn)運(yùn)行情況
回轉(zhuǎn)窯直接還原是一項(xiàng)要求原燃料條件較高的工藝,需要“精料入窯,精心操作”,是一項(xiàng)看似簡單,實(shí)則復(fù)雜的工藝技術(shù)。天津鋼管還原鐵廠以進(jìn)口鐵礦石(或高品位氧化球團(tuán)礦)和陜西神府煤相匹配在大型回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn),經(jīng)過10余年的生產(chǎn)實(shí)踐和探索改造,走出了一條“引進(jìn)-消化-改造-創(chuàng)新”的道路。
天津鋼管回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線主要工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備由英國DAVY公司引進(jìn),設(shè)計(jì)能力為單窯年產(chǎn)15萬噸直接還原鐵。通過不懈努力,海綿鐵產(chǎn)量逐年提高。2003年全年DRI產(chǎn)量達(dá)到28.55萬噸,2004年達(dá)到超設(shè)計(jì)能力33.23萬噸的水平,2005年31.42萬噸,2006年21.23萬噸,2007年預(yù)計(jì)生產(chǎn)22萬噸,受原料、工藝操作、設(shè)備穩(wěn)定等多方面因素影響,在2004年各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到或超過設(shè)計(jì)水平,過程比較漫長。工廠從事海綿鐵生產(chǎn)人員50人,加上設(shè)備維護(hù)及管理人員,從事海綿鐵生產(chǎn)的職工不足100人。歷年來主要生產(chǎn)指標(biāo)見下表:
項(xiàng)目 年份 | DRI產(chǎn)量 Wt | 礦耗 Kg/t | 煤耗 Kg/t | 電耗 Kwh/t | 金屬化率 % | 備注
|
1997 | 6.02 | 1490 | 950 | 91.3 | ||
1998 | 8.39 | 1570 | 1040 | 143.3 | 92.6 | |
1999 | 10.6 | 1560 | 1026 | 155.6 | 93.8 | |
2000 | 13.58 | 1466 | 930 | 161.9 | 93.7 | |
2001 | 11.25 | 1440 | 970 | 133.6 | 92.3 | |
2002 | 22.04 | 1446 | 919 | 114 | 92.8 | |
2003 | 28.55 | 1480 | 868 | 95.86 | 93.1 | |
2004 | 33.23 | 1490 | 900 | 86.75 | 92.21 | |
2005 | 31.42 | 1489 | 900 | 90.12 | 91.87 | |
2006 | 21.23 | 1486 | 900 | 89.46 | 91.4 | |
2007 | 21.0 | 1570 | 900 | 119 | 91.32 | |
2008 | 15.0 | 1590 | 880 | 140 | 91.7 |
2005年以后海綿鐵產(chǎn)量出現(xiàn)下降趨勢,這主要是由于2005年1月24日公司自建的750M3高爐投產(chǎn),公司兩座超高功率電弧爐(2005年上半年建成投產(chǎn)一座90噸電爐)實(shí)現(xiàn)鐵水熱裝。150噸電爐配加的海綿鐵量由每爐50噸下降到30噸,海綿鐵生產(chǎn)處于限產(chǎn)狀態(tài)。
天津鋼管還原鐵廠直接還原鐵主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)如下表2。
表2 天津鋼管還原鐵廠直接還原鐵成分指標(biāo)表
成份 | TFe | 金屬化率 | S | P | SiO2+AL2O3 | 堆積密度(T/m3) | Sn/ Bi/ Pb/ B/ As | 粒度(mm) |
% | ≥92 | ≥92 | <0.03 | <0.055 | <4.0 | 2.1~2.4 | 0.0005 | 8-20 |
3、主要生產(chǎn)操作改造經(jīng)驗(yàn) 天津鋼管還原鐵廠在生產(chǎn)過程中對原設(shè)計(jì)中諸多不適應(yīng)生產(chǎn)的工藝和設(shè)備問題,從工廠熱試起就持續(xù)進(jìn)行技術(shù)改造,為保證生產(chǎn)穩(wěn)定,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,改善工廠環(huán)境起了重要作用
3.1 工藝方面
3.1.1 原料從塊礦改為球團(tuán)
基于公司鋼管產(chǎn)品高質(zhì)量的特殊要求,在堅(jiān)持精料方針的同時,為了拓寬原料供應(yīng)渠道,降低生產(chǎn)成本,對原料——鐵礦石、煤的使用進(jìn)行過多次試驗(yàn)。
回轉(zhuǎn)窯早期使用南非塊礦時,因礦石中有一部分粒度偏大不符合工藝要求,需要再破碎處理,同時,礦石本身含粉量較多,生產(chǎn)中礦耗增加,生產(chǎn)成本升高。且塊礦含鐵量與進(jìn)口球團(tuán)礦相比較低(TFe=66%),脈石含量高(SIO2+AL2O3約為4%),DRI用于煉鋼廠生產(chǎn)時渣量較大,冶煉電耗增高,因而,使得電爐加入量受到限制,通常每爐配入量只有30噸左右,還原鐵廠一座窯的產(chǎn)量基本上就滿足了煉鋼的用量。2003年5月份,還原鐵廠開始使用世界上優(yōu)質(zhì)的直接還原用礦----巴西球團(tuán)礦生產(chǎn)海綿鐵,其含鐵量高(TFe約68%),脈石含量低(SIO2+AL2O3約2%),DRI在電爐使用后收到了良好的效果,每爐鋼的DRI配入量可達(dá)到50噸,從而保證了還原鐵廠兩條窯可以同時滿負(fù)荷生產(chǎn)。
3.1.2 還原用煤選擇
還原用煤的選擇對煤基海綿鐵的生產(chǎn)至關(guān)重要,也可以說是決定性的因素。從1998年開始,在多次進(jìn)行火力模型模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,先后在回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行了巴西塊礦、秘魯球團(tuán)礦、巴西球團(tuán)礦、配加神府煤原煤、水洗煤及甘肅華亭原煤等多次工業(yè)性實(shí)驗(yàn),積累了大量的選煤經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)數(shù)據(jù),為優(yōu)化生產(chǎn),降低生產(chǎn)成本開辟了新的原料渠道。
3.1.3 配煤比例調(diào)整
在以往大量實(shí)驗(yàn)及不斷總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,還原鐵廠認(rèn)為外方工藝設(shè)計(jì)中對加入煤與噴吹煤的比例存在不合理性,造成工藝不穩(wěn)定及煤耗偏高的問題。2003年還原鐵廠又獨(dú)立完成了回轉(zhuǎn)窯噴煤系統(tǒng)的改造,使回轉(zhuǎn)窯配煤比例更加合理,操作更加穩(wěn)定,煤耗顯著下降,2008年還原鐵廠將對該系統(tǒng)進(jìn)行再一次的改造,到時工藝將更加合理,回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行將更加穩(wěn)定。
3.1.4 回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵輸灰系統(tǒng)改造
回轉(zhuǎn)窯煙氣布袋除塵的粉塵原設(shè)計(jì)由螺旋輸送機(jī)經(jīng)斗式提升機(jī)送入灰倉,然后落地排放。運(yùn)行中設(shè)備故障頻繁,粉塵泄漏嚴(yán)重,極大地妨礙生產(chǎn)的連續(xù)性和造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。前后三年,歷經(jīng)幾次改造失敗的教訓(xùn),2001年改用惰性氣體管式密封輸灰方式,改造最終取得成功。這種輸灰方式,設(shè)備運(yùn)行可靠,維護(hù)量小,安全可靠,灰塵在密封狀態(tài)輸送進(jìn)儲灰倉,出倉排放的粉塵經(jīng)過加濕機(jī)加濕后直接裝車外運(yùn),長期困擾生產(chǎn)連續(xù)性及環(huán)境污染的問題得到徹底解決,2008年還原鐵廠將對整個煙氣除塵系統(tǒng)進(jìn)行再次改造,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煙氣與二氧化硫排放雙達(dá)標(biāo),徹底實(shí)現(xiàn)海綿鐵的清潔生產(chǎn)。
3 .2 設(shè)備方面
3.2.1回轉(zhuǎn)窯和冷卻筒密封改造
回轉(zhuǎn)窯和冷卻筒的端部密封,原設(shè)計(jì)采用氣動干油摩擦密封方式,使用中發(fā)現(xiàn)其密封使用效果差,設(shè)備維護(hù)量大和油脂耗量大,潤滑用干油在高溫下極易燃燒,火災(zāi)險(xiǎn)情時常發(fā)生,同時煙塵泄漏造成的環(huán)境污染比較嚴(yán)重,威脅生產(chǎn)及員人的身體健康。通過考察咨詢,我們采用美國SVEDALA公司的技術(shù),于1997年底先后將兩座回轉(zhuǎn)窯和冷卻筒的密封改成金屬葉片和陶瓷纖維氈組合的形式,5年多來生產(chǎn)運(yùn)行證明,這一改造非常成功,不但完全滿足工藝要求,而且一年可節(jié)省直接費(fèi)用近上千萬元,同時此區(qū)域內(nèi)的工作環(huán)境得到了根本的改善,火災(zāi)隱患徹底杜絕,現(xiàn)在所有的密封材料已全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)一步降低,此項(xiàng)技術(shù)已在全國直接還原及氧化球團(tuán)生產(chǎn)行業(yè)被普遍采用。
3.2.2回轉(zhuǎn)窯出格柵改造
回轉(zhuǎn)窯卸料端原有格柵,雖采用耐熱鋼材但在冷熱交換的環(huán)境下極易變形,窯內(nèi)有結(jié)圈物排出時易引起格柵堵料事故,需停窯人工清理,既增加了工人的勞動強(qiáng)度同時產(chǎn)生極大的安全隱患。格柵改成水冷梁型式,并且相應(yīng)的對冷卻筒排料設(shè)備進(jìn)行了配套改造,其投資少,運(yùn)行可靠,大大簡化了日常清理窯內(nèi)結(jié)圈物(俗稱“扒大塊”)的操作,可提高窯的作業(yè)率約5%,對回轉(zhuǎn)窯的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,提高產(chǎn)量,減輕工人的勞動強(qiáng)度作用很大,并保證了工廠余熱發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定均衡地發(fā)電、供汽。
此外,大塊礦石破碎生產(chǎn)線的改造,合格粒度供煤,回轉(zhuǎn)窯噴煤系統(tǒng)及余熱鍋爐關(guān)鍵設(shè)備等共110多個改造項(xiàng)目先后實(shí)施,其中一些改造項(xiàng)目在國內(nèi)外同類工廠中首次采用,從而使得DRC法工藝技術(shù)更加完善,為正在發(fā)展的我國煤基會轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)探索了一些經(jīng)驗(yàn)。
經(jīng)過以上改造,回轉(zhuǎn)窯作業(yè)率從2000年時不到70%到2004年穩(wěn)定在97%以上,生產(chǎn)成本顯著降低。
十幾年來,公司先后投資近千萬元不停頓的進(jìn)行了環(huán)境治理。先后改造了11套小型不袋除塵器;改造粉塵加濕機(jī),消除了粉塵的污染。還原鐵廠11年的海綿鐵生產(chǎn)過程鑒定了“引進(jìn)-消化-改造-創(chuàng)新”道路的成功,海綿鐵生產(chǎn)從投產(chǎn)初期廠區(qū)內(nèi)紅粉黑灰漫天飛揚(yáng)、附近居民告狀、環(huán)保部門亮黃牌的境地,向著工藝更優(yōu)化、設(shè)備更高效、環(huán)境更美好、產(chǎn)品更優(yōu)良的方向穩(wěn)步發(fā)展。
4 還原鐵產(chǎn)品在150噸電爐煉鋼廠中應(yīng)用 天津鋼管集團(tuán)股份有限公司煉鋼廠于1992年正式投產(chǎn)。投產(chǎn)初期使用全廢鋼進(jìn)行冶煉,每爐加料3次,冶煉周期較長且“五害”元素含量較高,每天冶煉10爐左右。為提高冶煉速度,降低鋼中“五害”元素含量,煉鋼廠使用了進(jìn)口的海綿鐵進(jìn)行冶煉,1996年11月份,公司直接還原鐵廠正式投入生產(chǎn)。海綿鐵通過電爐高位料倉,經(jīng)爐蓋第五孔,連續(xù)加入爐內(nèi),從而減少了1次加料時間,縮短了冶煉周期。2003年煉鋼廠開始采用熱兌鐵水工藝,實(shí)現(xiàn)了“廢鋼+鐵水+海綿鐵”的一藍(lán)料冶煉操作,冶煉速度大幅度提高,2004年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)120萬噸合格坯。
4.1海綿鐵最優(yōu)加入量的確定
⑴2004年,煉鋼廠具備了廢鋼、鐵水、海綿鐵三大料型進(jìn)行配料的條件,為了取得高效的產(chǎn)能和低廉的制造成本,煉鋼廠以優(yōu)化配料作為切入點(diǎn),降低冶煉成本。
⑵在鐵水固定(單罐重~40噸)的情況下,通過加入不同量的海綿鐵進(jìn)行冶煉過程指標(biāo)測算,以低電耗、短周期為最終確定最優(yōu)海綿鐵加入量。
方案1 廢鋼+鐵水+海綿鐵(1870爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))
4.2 配料方案確定
通過上面的對比,以最優(yōu)節(jié)電和最短周期為指標(biāo),認(rèn)為海綿鐵加入量控制在30 ~35噸/爐為最優(yōu)。
為應(yīng)對鐵水或海綿鐵供應(yīng)不及時造成斷料的現(xiàn)象,特制定三大類配料方案,其中一種為全廢鋼配料,另兩種為使用海綿鐵配料(“廢鋼+海綿鐵”和“廢鋼+鐵水+海綿鐵”)。
注:上表未注明廢鋼量范圍相按±5控制
4.3 海綿鐵對冶煉過程指標(biāo)的影響
⑴煉鋼廠使用的海綿鐵是利用回轉(zhuǎn)窯直接還原而成,金屬化率高,殘余雜質(zhì)含量低。
⑵海綿鐵參與配料能夠有效稀釋鋼中殘余元素和有害物質(zhì)。
下面針對以上三種配料方案進(jìn)行比較。
下表為煉鋼廠使用海綿鐵指標(biāo)。
4.3.1電耗對比(4000爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))
注:㈠通過上圖,每種配料方案的電耗在總體上控制比較平。
㈡全廢鋼電耗最高,廢鋼+海綿鐵電耗次之,廢鋼+鐵水+海綿鐵電耗最低。
4.3.2周期對比(4000爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))
注:㈠通過上圖,每種配料方案的冶煉周期在總體上控制比較平穩(wěn),偶爾出現(xiàn)波動。
㈡全廢鋼周期最高,因加料次數(shù)多,廢鋼+海綿鐵周期次之,廢鋼+鐵水+海綿鐵周期最低,因鐵水帶入一部分物理熱。
4.3.3五害(As+Sn)元素殘余對比(2100爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))
注:㈠通過上圖,每種配料方案的五害在總體上控制比較平穩(wěn),廢鋼+鐵水+海綿鐵方案波動較大,主要因鐵水量時有波動。
㈡全廢鋼五害殘余最高,廢鋼+海綿鐵五害殘余次之,廢鋼+鐵水+海綿鐵五害殘余最低。
㈢主要因鐵水、海綿鐵殘余雜質(zhì)低,有效稀釋鋼中殘余元素。
4.3.4 Cu元素殘余對比(3000爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))
注:㈠通過上圖,每種配料方案的Cu元素殘余波動在±100ppm,總體比較平穩(wěn)。
㈡全廢鋼Cu元素殘余最高,廢鋼+海綿鐵Cu元素殘余次之,廢鋼+鐵水+海綿鐵Cu元素殘余最低。
㈢主要因鐵水、海綿鐵殘余雜質(zhì)低,有效稀釋鋼中殘余元素。
4.4驗(yàn)證海綿鐵對五害殘余的稀釋作用
目前煉鋼廠對于“五害”元素的分析主要考慮砷(As)和錫(Sn),由于鐵水和生鐵的五害元素含量比較穩(wěn)定。下面我們將海綿鐵不同的加入量對于砷(As)和錫(Sn)平均含量的影響進(jìn)行比較,見下表。
5結(jié)語 煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原生產(chǎn)工藝,工藝控制嚴(yán)格,強(qiáng)調(diào)精料入窯,精心操作,盡量減少原燃料的來料量和質(zhì)量的波動。經(jīng)過不斷技術(shù)改造革新,回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)工藝優(yōu)化、設(shè)備高效、環(huán)境友好、產(chǎn)品優(yōu)良的穩(wěn)步發(fā)展。
煉鋼廠使用海綿鐵的生產(chǎn)實(shí)踐表明:海綿鐵是一種有效稀釋鋼種殘余元素的清潔原料;海綿鐵的加入對冶煉電耗、周期存在一定影響;煉鋼廠通過摸索確定了海綿鐵加入量在總配料量的20%(30~35噸/爐)為最優(yōu)加入量,此時電耗、周期綜合指標(biāo)最經(jīng)濟(jì)。
陶江善1 王振祥2
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