一种高炉停炉降料面的方法 |
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| 申请号 | CN202410080927.4 | 申请日 | 2024-01-19 | 公开(公告)号 | CN117904378A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司; 江苏沙钢钢铁有限公司; 江苏沙钢集团有限公司; | 发明人 | 卢瑜; 张国良; 杜屏; 程宝泉; 常李; 周大勇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 高炉 冶炼 技术领域，具体涉及一种高炉停炉降料面的方法，包括：在降料面过程中，通过炉顶喷洒液态二 氧 化 碳 将炉顶 温度 控制在350℃以下，同时保持炉内二氧化碳体积百分含量≥35％，氢气体积百分含量≤4％，氧气体积百分含量≤1％。本发明通过在炉顶喷出液态二氧化碳取代炉顶打 水 ，能够杜绝氢气的产生；同时在整个料面下降过程中，将二氧化碳的体积百分含量保持在35％以上，在 矿石 还原阶段不存在水与 焦炭 的 水 煤 气 反应，料面氧含量很低，可以达到 爆震 的概率；其次，即使降料面到炉腹以下，进入 风 氧过剩阶段，但氧气的 密度 很轻，会快速上浮，而二氧化碳会快速下沉，进而 覆盖 在 炉料 的表面，阻止煤气的燃烧。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高炉停炉降料面的方法，其特征在于，包括：在降料面过程中，通过炉顶喷洒液态二氧化碳将炉顶温度控制在350℃以下，同时保持炉内二氧化碳体积百分含量≥35％，氢气体积百分含量≤4％，氧气体积百分含量≤1％。 |
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| 说明书全文 | 一种高炉停炉降料面的方法技术领域背景技术[0002] 目前，高炉的设计炉龄为15‑20年，生产到一定年限后，需要对高炉进行停炉大修。现有技术中高炉停炉普遍采用空料线法，即：在高炉内大幅降低矿石与燃料的比例，停止上料，高炉继续送风，使得高炉下部焦炭逐步烧掉，矿石在下降的过程中逐步融熔化，高炉炉料逐步下移，高炉空间至上而下逐步空出，从而腾出高炉风口以上整个空间。在停炉过程中，采用炉顶打水和风量大小控制炉顶温度，当料线降至风口附近进行休风。 [0003] 然而，空料线法停炉存在以下缺点：第一，在炉顶打水过程中，如果水不能迅速汽化，水滴遇到炙热的焦炭会发生水煤气反应，即，2H2O＝2H2+O2(1)，2C+O2＝2CO(2)。水分解生成的氢气和氧气被下部鼓风迅速吹离焦炭层表面，所以炉顶打水的水煤气反应实质上只进行了第一步的水分解反应生成氢气和氧气，第二步反应很难有机会进行，这就使得煤气中含有了大量氢和氧，落到焦层表面的水越多，煤气中含有的氢和氧的体积百分含量就越高，越容易产生爆炸，停炉过程中安全性不好保证。第二，当料面进入炉腹，矿石还原反应逐渐停止，炉料透气性变好，部分风中O2透过料层进入煤气层，与煤气中的CO及H2燃烧。风量越大，煤气流速度快，进入煤气层的O2越多，越容易发生煤气爆炸，影响停炉过程的安全性。这其实是影响停炉过程安全的主要原因。在以往停炉过程中主要避免措施是料面进入炉腹直接切煤气。这种停炉方法的缺点是切煤气时间太早，影响煤气回收，料面太高，停炉后清理工作量大，此外对周围环境造成非常大的影响。所以现有的空料线停炉的技术方案对停炉过程中的氢气的体积百分含量和氧气的体积百分含量都有严格的技术要求，一旦停炉过程中氧气和氢气的体积百分含量超标，就需要全开或者半开炉顶放散阀门，将炉内煤气直接排放到大气中，溢出的大量烟尘、煤气、粉尘颗粒和噪声波及周围约5公里范围，污染了周围的环境。 发明内容[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： [0006] 一种高炉停炉降料面的方法，包括：在降料面过程中，通过炉顶喷洒液态二氧化碳将炉顶温度控制在350℃以下，同时保持炉内二氧化碳体积百分含量≥35％，氢气体积百分含量≤4％，氧气体积百分含量≤1％。 [0007] 优选的，所述降料面过程中外入的二氧化碳流量通过以下计算公式得到：外入的二氧化碳流量t/h＝摩尔体积常数×[Q煤气×(CO％+CO2％×2+O2％×2)×1000/摩尔体积常数‑2×(Q煤气×N2％‑Q外氮)/79％×0.21×1000/摩尔体积常数]/2/1000×2/1000，其中，Q煤气为高炉炉顶煤气量，CO％为测得的炉顶煤气成分中CO的体积百分含量，CO2％为测得的炉顶煤气成分中CO2的体积百分含量，O2％为测得的炉顶煤气成分中O2的体积百分含量，N2％为测得的炉顶煤气成分中N2的体积百分含量，Q外氮为炉身静压系统中氮气的流量。 [0009] 和/或，所述降料面前还进行前期准备工作。 [0010] 优选的，所述前期准备工作包括以下步骤： [0011] (1)停炉降料面前，逐步降低边缘负荷，同时降低冷却壁水流量从而冲刷炉墙； [0012] (2)调整焦炭负荷、铁水温度和炉渣成分，让炉渣碱度缓慢下降，铁水温度缓慢提高，高炉气流分布逐步调整至与停炉期间接近的状态； [0013] (3)加停炉料； [0014] (4)预休风。 [0015] 优选的，所述步骤(1)中，在停炉降料面前三天分六步逐步降低边缘负荷和冷却壁水流量； [0016] 和/或，所述边缘负荷降至1.3‑1.5； [0017] 和/或，所述冷却壁水流量降至3700‑3900m3/h。 [0018] 优选的，所述步骤(2)中，分六步逐步降低焦炭负荷、焦丁和煤比，同时加入锰矿、萤石、硅石和蛇纹石调整渣铁成分；其中，焦炭负荷从5.1‑5.5逐渐下降至2.8‑3.2，焦耗从350‑370kg/t逐渐上调至460‑540kg/t，煤比从170‑190kg/t逐渐下调至60kg/t以下，焦丁的量从1.1‑1.3t逐渐下降至0t；控制铁水中si的质量百分含量从0.35‑0.45％逐渐上调至 0.85‑0.95％，锰的质量百分含量从0.1％以下逐渐上调至0.35‑0.45％，铁水温度≥1500℃，炉渣碱度从1.10‑1.20逐渐下调至0.93‑0.97，炉渣中Al2O3从15.2‑15.8％逐渐下降至 13.9‑14.1％，MgO/Al2O3从0.45‑0.55逐渐上调至0.55‑0.65。 [0019] 优选的，所述步骤(3)中，停炉料结构要求块矿和球团比例总和不超过20％，其中块矿比例不超过10％，停止喷煤，全焦冶炼，焦炭负荷<3.0，焦耗>600kg/t；加入锰矿、萤石、硅石和蛇纹石调整渣铁成分；其中，控制铁水中si的质量百分含量达到0.95％‑1.05％，锰的质量百分含量≥0.4％，铁水温度≥1500℃，炉渣碱度<0.95，炉渣中Al2O3≤15.0％，MgO/Al2O3≥0.55；并在最后一批停炉料布完后，采用水渣覆盖焦炭表面。 [0020] 优选的，以料面降低到炉腰时水渣的厚度为准，所述水渣的重量通过公式m＝πd2δρ/4计算得到，其中，m为水渣的重量，π为3.1415，d为炉腰的直径，δ为水渣在炉腰的厚度，ρ为水渣的密度； [0021] 和/或，所述水渣在炉腰的厚度不低于300mm。 [0022] 优选的，所述步骤(4)预休风的具体过程为： [0023] ①安装炉顶喷液态二氧化碳系统，喷枪数至少8只，确保喷枪的最大流量≥67t/h； [0024] ②检修炉身静压孔，接入惰性气体； [0025] ③检查炉顶大放散装置，焊补和加固炉壳； [0026] ④处理损坏的冷却设备和更换漏水风口小套； [0028] ⑥检查雷达探尺。 [0029] 优选的，所述喷枪的最大流量为所需液态二氧化碳的最大流量的1/n，n为喷枪数，而所需液态二氧化碳的最大流量按照煤气中二氧化碳的最高体积百分含量为50％计算。 [0030] 在本发明中，所述停炉降料面过程中外入的二氧化碳的流量计算方法如下：假设高炉炉顶煤气量为Q煤气，高炉风量为Q风量，根据氮平衡：Q风量×79％＝Q煤气×N2％，如果炉身静压系统接入惰性气体为N2，那么氮平衡的公式可以变换为Q风量×79％+Q外氮＝Q煤气×N2％，其中，Q煤气的量可以通过炉顶煤气流量表得出，N2％为测得的炉顶煤气成分中N2的体积百分含量，Q外氮为炉身静压系统中氮气的流量，可以通过流量表查出； [0031] 1)首先计算从风中带入炉内的氧原子的摩尔数＝2×Q风量×0.21×1000/摩尔体积常数＝2×(Q煤气×N2％‑Q外氮)/79％×0.21×1000/摩尔体积常数； [0032] 2)根据氧平衡，风中带入炉内的氧原子的摩尔数+外入的液态二氧化碳带入的氧的摩尔数＝煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数＝Q煤气×(CO％+CO2％×2+O2％×2)×1000/摩尔体积常数，其中，CO％为测得的炉顶煤气成分中CO的体积百分含量，CO2％为测得的炉顶煤气成分中CO2的体积百分含量，O2％为测得的炉顶煤气成分中O2的体积百分含量； [0033] 3)外入的二氧化碳的流量t/h＝摩尔体积常数×[(煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数)‑风中带入炉内的氧原子的摩尔数]/2/1000×2/1000。综上，外入的二氧化碳流量t/h＝摩尔体积常数×[Q煤气×(CO％+CO2％×2+O2％×2)×1000/摩尔体积常数‑2×(Q煤气×N2％‑Q外氮)/79％×0.21×1000/摩尔体积常数]/2/1000×2/1000。其中，按照1kg液3 态二氧化碳产生0.5m的气体计算。 [0034] 本发明技术方案，具有如下优点： [0035] 1.一种高炉停炉降料面的方法，包括：在降料面过程中，通过炉顶喷洒液态二氧化碳将炉顶温度控制在350℃以下，同时保持炉内二氧化碳体积百分含量≥35％，氢气体积百分含量≤4％，氧气体积百分含量≤1％。本发明通过模仿二氧化碳灭火器的原理，在炉顶喷出液态二氧化碳结合下部停煤取代炉顶打水，能够杜绝氢气的产生；同时在整个料面下降过程中，将二氧化碳的体积百分含量保持在35％以上，一方面由于二氧化碳具有较高的密度，约为空气的1.5倍，在炉顶喷出的液态的二氧化碳会立即汽化，替代炉内的煤气而覆盖在炉料的表面，降低炉料表面的氧浓度，产生窒息作用从而防止爆震的产生；另一方面，液态二氧化碳从储存容器中喷出时，会由液体迅速汽化成气体，而从周围吸引部分热量，起到冷却的作用，从而降低炉顶气体温度和炉料表面温度。与传统炉顶打水降料面相比，本方法在矿石还原阶段中不存在水与焦炭的水煤气反应，且料面氧的体积百分含量很低，可以达到<0.5％，从而大大降低了煤气爆震概率；其次，即使降料面到炉腹以下，进入风氧过剩阶段，但氧气的密度很轻，会快速上浮，而二氧化碳会快速下沉，进而覆盖在炉料的表面，阻止煤气的燃烧。因此，本方法既避免了高炉降料线停炉过程的煤气爆震的发生，又避免了粉尘、废气和噪声对周围环境的污染。 [0036] 2.本发明的一种高炉停炉降料面的方法中，为了防止二氧化碳与焦炭发生碳的气化反应，在最后一批停炉料布完后，采用水渣覆盖焦炭表面，从而降低一氧化碳在煤气中体积百分含量，提高二氧化碳的体积百分含量，充分发挥二氧化碳的阻燃作用。 [0037] 3.本发明的一种高炉停炉降料面的方法中，通过添加锰矿，增加铁水中Mn元素的质量百分含量为0.35‑0.45％(正常铁水锰的质量百分含量为0.2％左右)，控制较低的炉渣碱度为0.93‑0.97，更有利于降低渣铁的粘度，加快铁水和炉渣的顺利排出。 [0038] 4.本发明的一种高炉停炉降料面的方法中，本发明通过提前减小边缘负荷和降低冷却壁软水流量相结合，冲刷炉墙，保证停炉过程中炉型的规整，减小边缘气流的波动和炉温的波动，保证停炉过程的顺利进行，减轻了停炉后炉墙渣皮的清理工作。 [0039] 5.本发明的一种高炉停炉降料面的方法中，整个流程只需要高炉预休风一次，优化了高炉降料线停炉流程，提高了高炉停炉的效率。 具体实施方式[0040] 提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。 [0041] 实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。 [0042] 本发明实施例1‑2中，正常生产时的煤气成分为：24.34％CO、22.35％CO2、49.31％N2、3.51％H2、0.49％O2。 [0043] 实施例1 [0044] 本实施例提供一种高炉停炉降料面的方法，包括以下步骤： [0045] (1)分六步逐步降低边缘负荷，同时降低冷却壁水流量冲刷炉墙。具体过程如表1所示： [0046] 表1 [0047] [0048] 其中，边缘负荷＝(边缘矿石圈数/边缘焦炭圈数)×(总焦炭圈数/总矿石圈数)×焦炭负荷；通过等面积法将高炉炉喉划分为11等份圆环，即11个档位(最外侧为11，最里圈为1)，其中11‑9档属于边缘区域，8‑7档均属于环带区域，6‑1档属于中心区域。 [0049] (2)停炉降料面前三天左右，调整焦炭负荷、铁水温度和炉渣成分，让炉渣碱度慢慢下降，铁水温度缓慢提高，高炉气流分布逐步调整至与停炉期间接近的状态。其中，分六步逐步降低焦炭负荷、焦丁和煤比，同时加入锰矿、萤石、硅石和蛇纹石调整渣铁成分，铁水温度为1510‑1520℃；具体过程和数据如表2所示： [0050] 表2 [0051] 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 第六步 停炉期间矿批t/p 70 67 63 60 57 54 51 焦批t/p 13.4 13.6 13.9 14.3 14.9 17.1 20.3 焦丁t/p 1.1 1.1 0.5 0.5 0.25 0 0 煤量t/h 45 40 35 30 20 10 0 焦炭负荷 5.25 4.88 4.56 4.22 3.84 3.17 2.52 煤比kg/t 176.3 156.3 149.2 127.3 84.7 42.3 0 焦耗kg/t 367 372 397 406 415 467 659 锰矿t/p 0.3 0.6 0.85 1 1.2 1.35 1.5 萤石t/p 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 0.8 硅石t/p 0.2 0.4 0.6 0.8 0.8 0.8 0.8 蛇纹石t/p 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 炉渣碱度 1.132 1.085 1.040 1.025 0.982 0.966 0.861 Al2O3％ 15.28 14.94 14.65 14.64 14.10 14.10 14.03 MgO％ 7.69 7.82 7.97 7.96 8.34 8.51 8.52 MgO/Al2O3 0.50 0.52 0.54 0.54 0.59 0.60 0.59 Si％ 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Mn％ 0.08 0.15 0.23 0.27 0.32 0.36 0.47 [0052] (3)加停炉料。停炉料结构要求块矿和球团比例总和为18％，其中块矿比例为8％以下，停止喷煤，全焦冶炼，焦炭负荷为3.0以下，焦耗为600kg/t以上；根据生产现状，加入锰矿、萤石、硅石和蛇纹石调整渣铁成分；其中，控制铁水中[si]的质量百分含量为0.95‑1.05％、锰的质量百分含量为0.45‑0.50％，铁水温度为1510‑1520℃，炉渣碱度为0.85‑ 0.90、Al2O3为14.0‑14.5％、MgO/Al2O3为0.55‑0.60；并在最后一批停炉料布完后，采用水渣覆盖焦炭表面。以料面降低到炉腰时水渣的厚度为300mm为准，所述水渣的重量通过公式m 2 ＝πd δρ/4计算得到，其中，m为水渣的重量(52.4t)，π为3.1415，d为炉腰的直径(13.5m)，δ 3 为水渣在炉腰的厚度(300mm)，ρ为水渣的密度(1220kg/m)。 [0053] (4)预休风。具体过程为：①安装炉顶喷液态二氧化碳系统，喷枪数为8只，喷枪的最大流量为67t/h；②检修炉身静压孔，接入惰性气体；③检查炉顶大放散装置，焊补和加固炉壳；④处理损坏的冷却设备和更换漏水风口小套；⑤修改探尺编码器，加长探尺，并加固探尺钢丝绳连接器；⑥检查雷达探尺。其中，所述喷枪的最大流量为所需液态二氧化碳的最大流量的八分之一，而所需液态二氧化碳的最大流量按照煤气中二氧化碳的最高体积百分含量为50％来计算。 [0054] (5)停炉降料面。通过炉顶喷洒液态二氧化碳将炉顶温度控制在350℃以下，同时保持炉内二氧化碳体积百分含量为50％，停炉降料面至风口中心线以下，同时最后一次铁出完，直至高炉休风。其中，外入的二氧化碳的流量通过氮气平衡和氧气平衡计算得到。 [0055] 所述停炉降料面过程中外入的二氧化碳的流量计算方法如下： [0056] 假设高炉炉顶煤气量为Q煤气，高炉风量为Q风量，根据氮平衡：Q风量×79％+Q外氮＝Q煤气×N2％，其中Q煤气的量可以通过炉顶煤气流量表得出(炉顶煤气发生量为3 560000m/h)，N2％为测得的炉顶煤气成分中N2的体积百分含量(35％)，接入的惰性气体流 3 3 3 量为0m/h，代入式中，得到Q风量＝(Q煤气×N2％‑Q外氮)/79％＝248101.27m /h≈248101m /h； [0057] 1)首先计算从风中带入炉内的氧原子的摩尔数＝2×Q风量×0.21×1000/摩尔体3 积常数；将Q风量为248101.27m/h、摩尔体积常数为22.4L/mol代入式中，得到风中带入炉内的氧原子的摩尔数为4651899mol/h； [0058] 2)根据氧平衡：风中带入炉内的氧原子的摩尔数+液态二氧化碳带入的氧的摩尔数＝煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数＝Q煤气×(CO％+CO2％×2+O2％×2)×1000/摩尔体积常数；其中，煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数＝560000×[14.4％+50％×2+0.3％×2]×1000/22.4＝28750000mol/h，由此可得液态二氧化碳带入的氧的摩尔数＝ 28750000‑4651899＝24098101mol/h； [0059] 3)外入的二氧化碳的流量t/h＝摩尔体积常数×[煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数‑风中带入炉内的氧原子的摩尔数]/2/1000×2/1000＝539.8t/h≈540t/h。 [0060] 本实施例用二氧化碳停炉时，煤气成分为：14.4％CO、50％CO2、35％N2、0.3％H2、0.3％O2。具体停炉降料面控制参数如表3所示。 [0061] 表3 [0062]CO2 50％ 3 炉顶煤气发生量(m/h) 560000 3 煤气中氮气体积(m/h) 196000 3 风量大小(m/h) 248101 3 风量大小(m/min) 4135 摩尔体积常数(L/mol) 22.4 风中氧原子摩尔数(mol/h) 4651899 煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数(mol/h) 28750000 外入的氧原子摩尔数(mol/h) 24098101 外入的二氧化碳摩尔数(mol/h) 12049051 3 外入的二氧化碳体积(m/h) 269899 液态二氧化碳总管流量(t/h) 540 单根喷枪的流量(t/h) 67 [0063] 本实施例停炉安全平稳，在矿石还原阶段中不存在水与焦炭的水煤气反应，避免了高炉降料线停炉过程的煤气爆震的发生，同时又避免了粉尘、废气和噪声对周围环境的污染。 [0064] 实施例2 [0065] 本实施例与实施例1的区别在于，炉内二氧化碳体积百分含量保持在35％，其他条件同实施例1所示。 [0066] 本实施例中，用二氧化碳停炉时，煤气成分为：15.1％CO、35％CO2、49.3％N2、0.3％H2、0.3％O2。具体停炉降料面控制参数如表4所示。 [0067] 表4 [0068]CO2 35％ 3 炉顶煤气发生量(m/h) 450000 3 煤气中氮气体积(m/h) 221850 3 风量大小(m/h) 280823 3 风量大小(m/min) 4680 摩尔体积常数(L/mol) 22.4 风中氧原子摩尔数(mol/h) 5265427 煤气中的CO+CO2+O2带的O原子的摩尔数(mol/h) 17216518 外入的氧原子摩尔数(mol/h) 11951091 外入的二氧化碳摩尔数(mol/h) 5975545 3 外入的二氧化碳体积(m/h) 133852 液态二氧化碳总管流量(t/h) 268 单根喷枪的流量(t/h) 33 [0069] 本实施例停炉安全平稳，在矿石还原阶段中不存在水与焦炭的水煤气反应，避免了高炉降料线停炉过程的煤气爆震的发生，同时又避免了粉尘、废气和噪声对周围环境的污染。 [0070] 对比例1 [0071] 本对比例与实施例1的区别在于，炉内二氧化碳体积百分含量保持在30％，其他条件同实施例1所示。 [0072] 本对比例中，用二氧化碳停炉时，煤气成分为：22％CO、30％CO2、33％N2、12％H2、3.0％O2。本对比例停炉过程中高炉煤气中的CO2体积百分含量不高，但是CO的体积百分含量大于20％，O2的体积百分含量大于等于3.0％，H2的体积百分含量大于10％，在高炉密闭容器内，一旦料面降至炉腹将产生大量的CO和H2，同时由于料面上方温度高达1000℃以上，极容易发生煤气或者氢气的爆炸反应，影响停炉过程的安全。 [0073] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 |
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