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    天津鋼管直接還原鐵生產(chǎn)回顧與煉鋼應(yīng)用

    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:



    表1 天津鋼管還原鐵廠歷年直接還原鐵產(chǎn)量及物耗指標(biāo)

        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

    1天津奧沃冶金技術(shù)咨詢有限公司,2天津鋼管集團(tuán)股份有限公司

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