济钢球团竖炉使用高炉-转炉混合煤气的改造及效果

摘要 济钢球团生产中赤铁精矿配比增加后，竖炉利用系数下降，球团矿质量降低。为了改变这一状况，球团厂实施了竖炉使用高炉-转炉混合煤气改造，并取得了显著效果。在赤铁精矿配比为30%的条件下，竖炉利用系数提高，球团矿质量改善。同时，转炉煤气在球团生产中的大量使用，为济钢提高转炉煤气回收量，实现负能炼钢奠定了基础，也开辟了一条转炉煤气利用的新途径。
关键词 竖炉球团 高炉-转炉混合煤气 赤铁精矿 球团矿质量
1 前言
长期以来，国内球团竖炉多以高炉煤气为燃料，以单一磁铁精矿为铁料生产球团矿。为拓宽球团生产的原料来源，一些企业尝试过陪加赤铁精矿，但其配比一般在10%以下。自2001年以来，济钢球团厂为降低生产成本，也开始尝试陪加赤铁精矿，并取得了一定成效，但赤铁精矿配比一般在12%左右，当超过15%后，球团矿质量成下降趋势[1] 。为了攻克这一课题，缓解磁铁精矿供应紧张的局面，济钢球团厂通过实施高炉-转炉混合煤气改造和热工参数调整，建立了与焙烧赤铁精矿相适应的热加工操作制度，取得了显著效果。
2 问题的提出
2002年济钢3号竖炉投产后，球团生产对磁铁精矿的需求增加，为缓解磁铁精矿采购不足的矛盾，2003年一季度，球团原料结构中增加了磁铁精矿配比（由正常生产时的12%增加到20%左右）。在生产操作上，我们虽然采取了提高焙烧温度等措施，但与增配赤铁精矿之前相比，竖卢利用系数仍降了0.143t/(m2·h),球团矿抗压强度仅为2761N/个（详见表1），与炼铁要求球团矿抗压强度大于3000N/个的指标差距甚大。
表1 磁铁矿配比增加后球团矿质量变化及相关数据表
时间 竖炉利用系数/t·m-2·h-1 原料结构% 球团矿质量 焙烧温度/℃
   赤铁精矿 磁铁精矿 炼钢污泥 粘结剂 抗压强度N·个-1 转鼓指数（+6.3mm）/%
2002年 6.68 12 82.3 3.4 2.3 2900 89.44 1100
2003年一季度 6.537 19 75 3.6 2.4 2761 89.3 1120

针对球团矿质量下降的问题，我们进行了深入分析。与焙烧磁铁矿球团相比，配加磁铁矿后，FeO氧化放热量减少，须增加外部供热。虽然我们提高了焙烧温度，但由于高炉煤气热值较低，在保证氧化性焙烧气氛的前提下，焙烧温度仅能提高到1100℃左右。经测试，在1100℃的焙烧温度下，煤气燃烧废气含氧量仅为1.8%，属虚弱氧化气氛，由此造成球团矿经过焙烧带后仍没有氧化完全，再到达均热带后，与上行的冷却风中的氧发生反应，致使焙烧带下移，均热带几乎消失，最终导致球团矿质量下降。根据球团固结理论，适宜焙烧温度和氧化性气氛是决定球团矿生产和球团矿固结强度的重要因素[2]，而提高焙烧温度，增强竖炉焙烧的氧化性气氛，可以通过提高煤气热值的方式来实现。
综合分析济钢的煤气资源状况，考虑到转炉煤气资源比较丰富，且热值较高（其可燃成分主要为CO，详见表2），因此，决定采用高炉-转炉混合煤气来提高煤气热值，并围绕使用高炉-转炉混合煤气进行了一系列的配套改造。
表2 济钢高炉煤气、转炉煤气成分 %
煤气类别 CO2 CO  CH4 H2 O2 N2
高炉煤气 19.83 20.7 0.55 3.5 0.5 54
转炉煤气 19.9 51.03 0.2 0.6 1.5 27

3 使用高炉-转炉混合煤气的实践
3.1  建设高炉-转炉煤气混合站
熟路球团生产要使用高炉-转炉混合煤气，首先必须建设煤气混合站。为节约投资，我们就进敷设了Dg600管道将转炉煤气引致球团生产区，并将该管道沿供应球团生产的Dg1200高炉煤气管道方向同向敷设至球团煤气加压站北侧；根据高炉煤气和转炉煤气混合要求，在球团煤压机前的煤气主管道上新建设了高炉-转炉美期间以混合站，通过三个蝶阀分别对转炉煤气、高炉煤气和混合煤气进行流量控制，从而实现了高炉-转炉煤气的简易混合。
3.2 竖炉燃烧器改造
原竖炉燃烧器是为燃烧高炉煤气设计的，其适宜的燃烧燃料烧热值区间为2.93~3.77MJ/m3，考虑到使用混合煤气后煤气热值增加，我们对燃烧器进行了更新改造。将新燃烧器的适宜燃烧热值区间调整为3.35~4.19MJ/m3，以确保热值增加后混合煤气能够安全稳定燃烧。
3.3 生产效果
2003年3月，我们利用三座竖炉计划检修之机，完成了对煤气系统和竖炉燃烧器的改造。4月份开始使用混合煤气，并初步将高炉煤气和转炉煤气按2：1~3：1的体积比进行混合后使用，取得了显著效果。
3.3.1球团矿质量改善
与2003年未使用混合煤气之前的一季度相比，2003年4月~9月在赤铁精矿配比增加1%的情况下，竖炉利用系数提高0.479t/(m2·h),成品球团矿的抗压强度增加289N/个，转鼓指数提高0.98％；球团矿质量也保持了较高水平（详见表３）。
表３　使用高炉-转炉混合煤气后球团生产的原料结构及相关质量
时间 竖炉利用系数/t·m-2·h-1 原料结构% 球团矿质量 焙烧温度/℃
   赤铁精矿 磁铁精矿 炼钢污泥 粘结剂 抗压强度N·个-1 转鼓指数（+6.3mm）/%
2003年4~9月份 7.016 20 73.6 4.0 2.4 3050 90.28 1130
2003年四季度 7.120 32 61.8 3.2 2.6 3010 89.92 1210
注：2003年一季度球团矿质量数据见表1
值得注意的是，在赤铁精矿配比增加的情况下，使用混合煤气后，虽然高炉煤气消耗量降低，但由于转炉煤气用量增加和焙烧温度的提高，球团矿生产能耗大量增加（详见表4）。
表4 2003~2004年陪加转炉煤气前后球团矿能耗数据
时间 消耗煤气量/m3·t-1 热耗MJ·t-1
 高炉煤气 转炉煤气
2002年 216 0 7577
2003年1~3月 215 0 753
2003年4~9月 147 66 1004
2003年10~12月 153 75 1043
3.3.2转炉煤气回收效益显著
随着球团矿的质量改善和产量提高，球团生产使用的转炉煤气量不断增加，2003年4月~12月份平均使用转炉煤气量为810万m3/月，折合炼钢转炉煤气回收量为46m3/t钢,，与2002年同期的转炉煤气回收量27.75m3/t钢相比，吨钢转炉煤气回收量增加了18.25m3,多回收的转炉没起创效益高达400多万元，效果显著。
3.4 煤气系统存在的主要问题
球团生产使用混合煤气较长时间后，我们发现混合煤气供应能力和热值稳定性方面存在一些问题，影响了转炉煤气使用量的增加。
3.4.1 转炉煤气压力低影响转炉-高炉煤气混合比的提高