高爐鈦煤混噴護(hù)爐技術(shù)應(yīng)用實踐

周大勇 呂昌賀 夏中海

1.引言

高爐鈦煤混噴技術(shù)在國外應(yīng)用較廣泛，但在國內(nèi)尚未推廣。工藝流程是：含鈦原料在原煤場的料堆上進(jìn)行配加，然后隨原煤進(jìn)入原煤倉，經(jīng)磨煤機(jī)烘干和制粉后，經(jīng)噴吹系統(tǒng)和煤粉一起由煤槍送入高爐。含鈦礦粉在風(fēng)口區(qū)域被還原后，直接進(jìn)入爐缸，對高爐上部影響較小。

沙鋼3號2680m3高爐二代爐役于2013年1月開爐，目前利用系數(shù)約2.42，燃料比約525kg/t。該高爐共有28個風(fēng)口，2個鐵口，爐缸直徑為10.9m，死鐵層深度為2.17m，爐缸側(cè)壁采用大塊碳磚和陶瓷杯壁結(jié)構(gòu)，爐缸冷卻水量4800m3/h。2018年以來，由于干熄焦檢修，高爐頻繁使用濕熄焦，導(dǎo)致爐缸中心透氣透液性下降，爐缸環(huán)流增加，爐缸側(cè)壁溫度大幅升高，標(biāo)高10.343m和9.243m熱電偶溫度大幅升高，其中10.343m處部分熱電偶最高點達(dá)到800℃以上（插入深度500mm）。2019年3月以來，3號高爐爐況穩(wěn)定，產(chǎn)量較高，但爐缸溫度處于高位，因此開始使用釩鈦礦護(hù)爐，主要方式為爐頂加入釩鈦塊。護(hù)爐期間鐵水鈦含量控制范圍為0.08%～0.12%，起到了一定的護(hù)爐效果。由于釩鈦塊鈦含量低，使用量大，也造成高爐渣比升高，影響了產(chǎn)量和燃料消耗。在分析了護(hù)爐成本和對爐況影響的情況后，決定對高爐進(jìn)行鈦煤混噴工業(yè)試驗（見表1）。

表1 沙鋼3號2680m3高爐試驗期間操作參數(shù)

2.沙鋼鈦煤混噴試驗方案

沙鋼3號高爐鈦煤混噴試驗原料采用江蘇某公司生產(chǎn)的含鈦礦粉（簡稱ITIC），ITIC的TiO2含量超過51%，遠(yuǎn)高于沙鋼高爐使用的釩鈦塊。全鐵含量高于29%，S、P和有害元素含量較低，可以滿足高爐生產(chǎn)需求。此外，ITIC粉的粒度較細(xì)，易于在爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)（見表2）。試驗期間與此對應(yīng)的ITIC粉在煤粉中的比例為2%-7%，各配比的噴吹過程見表3。

表2 ITIC粉和釩鈦塊成分分析 %

表3 試驗噴吹ITIC粉的鈦負(fù)荷 kg/t

3.鈦煤混噴試驗結(jié)果

3.1 噴煤系統(tǒng)情況

2019年3月底，沙鋼在3號高爐進(jìn)行了高爐鈦煤混噴試驗，試驗期間對高爐的生產(chǎn)情況進(jìn)行了跟蹤。由于噴吹鈦粉硬度較大，容易對管道造成磨損，因此安排每天對噴吹管道巡視。巡視部位包括：(1)可調(diào)煤粉給料機(jī)出口；(2)噴煤間噴吹直段管；(3)噴煤間外彎頭；(4)爐基噴煤管道；(5)煤粉分配器出口處至各支噴槍的管道。整個試驗過程中，噴煤主管和支管未發(fā)現(xiàn)因鈦煤混噴而增加磨穿漏粉次數(shù)的現(xiàn)象。試驗期間各風(fēng)口工作狀態(tài)正常，風(fēng)口未出現(xiàn)損壞。

3.2 高爐爐況

試驗期間，高爐爐況較好，順行未受到影響。高爐風(fēng)量、壓差、十次測溫曲線、鐵水溫度、爐渣堿度等參數(shù)均在正常水平（見表4）。

試驗期間，除普通塊礦取代原釩鈦塊外，高爐其余的爐料結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化。從表4可以看出試驗期間產(chǎn)量有所提高，渣比和燃料比有所下降，壓差、鐵水[Si]含量、爐渣堿度未發(fā)生明顯變化。入爐總鈦負(fù)荷略有下降，但鐵水中的鈦含量略有提高。

表4 噴吹鈦粉試驗前后高爐參數(shù)對比

試驗檢測，鈦在鐵水和渣中的比例[Ti]/(TiO2)，由試驗前0.06提高至0.072，約增長了20%，鈦的利用率得到了明顯提高。由于含鈦礦粉的粒度較小，風(fēng)口區(qū)域的溫度較高，從風(fēng)口加入含鈦礦粉，從熱力學(xué)和動力學(xué)上來說，均會提高TiO2生成Ti的反應(yīng)速率，增加鐵水中的鈦含量。鐵水的[Si]含量和爐渣堿度均變化不大。使用鈦煤混煤工藝，可以使鈦在鐵水和渣中的比例得到大幅提高（見圖1）。

圖1 試驗前后Ti在鐵水和渣中的比例

在鈦煤混噴期間，爐缸熱電偶溫度也出現(xiàn)了逐步下降的趨勢，爐缸10.343m熱電偶溫度較高。3月10日，休風(fēng)后爐缸溫度雖然有所下降，隨后又快速升高，達(dá)到了863℃。進(jìn)入鈦煤混噴試驗期后，在不控制產(chǎn)量的前提下，該熱電偶溫度逐步下降，降至584℃，說明鈦煤混噴起到了護(hù)爐效果。此外，爐缸9.243m的部分熱電偶溫度也有所下降（見圖2）。

圖2 爐缸10.343m 213C熱電偶溫度趨勢 ℃

3.3 沙鋼鈦煤混噴的問題

3.3.1 鐵水鈦含量存在波動

噴吹鈦粉試驗期間，鐵水中的鈦含量有所波動。鈦煤混噴期間，鐵水Ti含量的方差高于使用釩鈦塊時的方差。主要原因：（1）由于內(nèi)層包裝袋落入料倉，導(dǎo)致鈦粉倉下料口堵塞，配料不均勻。對包裝袋進(jìn)行改進(jìn)后，該問題得到解決；（2）由于試驗為摸索階段，期間對配入含鈦礦粉的鈦負(fù)荷進(jìn)行了多次調(diào)整，鐵水的物理熱和Si含量也存在波動（見表5）。

表5 鐵水硅（0.4%～0.5%時）在不同鈦負(fù)荷下的鐵水鈦含量

3.3.2 上料過程中揚(yáng)塵現(xiàn)象

上料過程中，含鈦礦粉在經(jīng)過稱重皮帶落入下方的上煤皮帶時，由于含鈦礦粉的粒度較小，容易產(chǎn)生揚(yáng)塵現(xiàn)象。解決方案可采取在稱重皮帶后端加裝霧化噴頭，同時，加強(qiáng)現(xiàn)有除塵擋板的密封性；也可在原料中加入適量水分，在濕基狀態(tài)下裝料。

4.結(jié)論

（1）鈦煤混噴試驗期間，高爐順行良好，未發(fā)生爐況波動。由于含鈦礦粉的鈦品位較高，使得高爐渣比下降了7kg/t，高爐產(chǎn)量略有增加，燃料比略有下降。

（2）由于含鈦礦粉的粒度較細(xì)，又從風(fēng)口噴入高爐，在高溫區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)，加快了反應(yīng)速率，提高了鈦在鐵水和爐渣中的分配比，提高了鈦的利用率。

（3）鈦煤混噴期間，爐缸10.343m和9.243m部分熱電偶出現(xiàn)了下降，說明含鈦礦粉起到了護(hù)爐的作用。

通過沙鋼3號2680m3高爐短期的鈦煤混噴工業(yè)試驗，獲得了初步成果，取得了一定的護(hù)爐和降本效果。但由于該試驗的時間較短，后續(xù)還將繼續(xù)進(jìn)行鈦煤混噴工業(yè)試驗研究，以便對該技術(shù)進(jìn)行全面的評估。

參考文獻(xiàn)略