八钢欧冶炉抑制竖炉煤气反窜技术实践.pdf

总第 165 期新疆钢铁2023年第 1 期八钢欧冶炉抑制竖炉煤气反窜技术实践季书民（宝钢集团新疆八一钢铁有限公司碳中和办公室，新疆 乌鲁木齐 830022）摘要：为了降低八钢欧冶炉煤气反窜的煤气流由气化炉窜入竖炉造成的竖炉粘结的危害，通过在竖炉底部中心设置煤气导入装置，同时在竖炉炉外的脱碳煤气管道上设置脱碳煤气控制装置煤气调节阀。由此控制从脱碳煤气导入装置进入竖炉中心区域的脱碳冷煤气量，改变了竖炉内部的温度场和压力场，达到了防止竖炉粘结的目的，同时也提高欧冶炉的稳定运行生产。另外通过导入脱碳煤气，提高了竖炉DRI（海绵铁）的金属化率，提高欧冶炉的生产效率，降低欧冶炉的燃料比和生产成本。关键词：欧冶炉；竖炉；抑制；煤气反窜中图分类号：TF55文献标识码：A文章编号：1672-4224（2023）01-0022-03Practice of Suppressing Gas Backflow in the Vertical Furnace of theEuropean Smelting Furnace of BasteelJI Shu-min（carbon neutralization Office of Baosteel Group Xinjiang Bayi Iron&Steel Co.，Ltd.）Abstract：The article introduces the harm of shaft furnace adhesion caused by the reverse flow of gas from the gasifierinto the shaft furnace.By installing a gas inlet device at the bottom center of the shaft furnace and a decarburizationgas control device gas regulating valve on the decarburization gas pipeline outside the shaft furnace，thedecarburization cold gas flow from the decarburization gas inlet device into the central area of the shaft furnace iscontrolled，which changes the temperature and pressure fields inside the shaft furnace，The goal of preventing shaftfurnace adhesion has been achieved，while also improving the stable operation and production of the Europeansmelting furnace.In addition，by introducing decarbonized gas，the metallization rate of DRI（sponge iron）in theshaft furnace has been improved，the production efficiency of the European smelting furnace has been improved，andthe fuel ratio and production cost of the European smelting furnace have been reduced.Key words：european smelting furnace；vertical furnace；inhibition；gas backflow前言中国宝武八一钢铁欧冶炉是在原宝钢罗泾COREX-3000 炉搬迁至八钢的基础上，通过近百项工艺设备技术创新及系统优化，采用新疆本地廉价的煤、焦资源，并配加高碱度烧结矿、球团矿、生矿的炉料结构，形成的一套独特全新的非高炉熔融还原炼铁工艺。欧冶炉工艺是一种用煤和矿生产热铁水的新工艺，该工艺有不用或少用焦炭、对环境友好、能耗低、投资省、应变能力强等特点，与传统的高炉炼铁工艺相比，具有环保、节能的极大优势，是一项非常新型的炼铁技术。1欧冶炉竖炉煤气反窜机理分析通过八一钢铁欧冶炉的生产实践来看，欧冶炉具备稳定的工业生产能力，搬迁至八钢后，通过技术升级，作业率由 90%提高到 94%以上，在欧冶炉正常生产过程中，气化炉拱顶温度控制在 10501080，还原煤气是通过荒煤气发生管掺混冷煤气后由围管进入竖炉的，还原煤气温度约835870。通过荒煤气发生管，添加冷煤气降温进入热旋风除尘，通过围管进入竖炉；另外，部分煤气经洗涤器洗涤后，一部分经压缩机加压成为冷煤气内部循环和脱除 CO2后喷入气化炉风口，剩余的煤气外排给煤气总管管网，具体见下图1。欧冶炉虽然生产过程趋于稳定，但是在稳定生产的同时，受欧冶炉结构设计影响，气化炉拱顶温度联系人：季书民，男，47岁，高级工程师，宝钢集团新疆八一钢铁有限公司碳中和办公室E-mail：22总第 165 期新疆钢铁2023年第 1 期的 10501080 高温煤气沿 DRI（海绵铁）下降管进入竖炉的情况是必然的，无非是强弱或均匀的问题。由于气化炉拱顶到竖炉中心局部区域的阻损小于煤气通过荒煤气发生管、热旋风、围管的阻损，导致部分煤气在压差的作用下进入竖炉，生产中部分1050 的高温煤气会通过 DRI（海绵铁）下降管和DRI（海绵铁）螺旋直接由气化炉窜入竖炉，称之为煤气反窜，具体见下图2。图1欧冶炉煤气流程图图2欧冶炉煤气反窜流程图由于气化炉高温煤气直接进入竖炉，过高的炉料温度极易造成竖炉炉料粘结，根据粘结物的取样分析，煤气反窜温度过高是造成竖炉粘结的主要因素，正常生产中为抑制煤气反窜带来的危害，炉料温度控制小于 900。由于竖炉的 DRI（海绵铁）是经过 8个圆周分布均匀的 DRI（海绵铁）螺旋及下料管排入气化炉，如果反窜加大或不均匀，会造成8个螺旋的排料率下降或竖炉圆周下料的不稳定，这给竖炉的布料及煤气利用造成不利影响，同时，由于排料率的变动，小时熔炼率也会有波动，继而造成燃料比的不稳定，影响了炉温的稳定性，降低铁水质量，进一步影响欧冶炉稳定运行。2抑制欧冶炉竖炉煤气反窜的技术措施为了解决欧冶炉煤气反窜的技术问题，在技术人员的研究下，通过改变欧冶炉竖炉进入煤气方式及竖炉压力场，提高竖炉底部局部压差来抑制煤气反窜，达到以气抑气的目的。具体操作是在竖炉底部通入脱碳冷煤气，利用脱碳煤气控制装置来控制脱碳冷煤气的压力、流量，改变竖炉底部的温度场和压力场，增加竖炉底部的冷煤气的量，减弱气化炉1050 的高温煤气通过 DRI（海绵铁）下降管、DRI（海绵铁）螺旋直接窜入竖炉造成温度过高使竖炉粘结这一现象。消除对 DRI（海绵铁）螺旋排料率、燃料比、熔炼率的影响，使欧冶炉稳定运行。具体的抑制欧冶炉竖炉煤气反窜的技术措施方案是：（1）研究煤气流向，确定反窜煤气的轨迹：见图2 第一股煤气流通过荒煤气发生管，添加冷煤气降温后进入热旋风除尘，通过围管进入竖炉；第二股煤气流，经洗涤器洗涤后，一部分经压缩机加压成为冷煤气循环掺入荒煤气发生管，剩余的煤气进入煤气总管管网和脱碳装置进行循环回用；第三股煤气流沿 DRI（海绵铁）下降管、DRI（海绵铁）螺旋进入竖炉，因此确定第三股煤气流由气化炉窜入竖炉是煤气反窜的主要原因。（2）在竖炉底部开孔，安装脱碳煤气导入装置，炉底的中心区域垂直安装着一个圆锥管状脱碳煤气导入装置，其由上至下外部形状依次由圆台+圆柱+圆台+圆柱+圆柱的组合体累积，使用高铝铬耐火材质砌筑，呈“金字塔”状。顶部设置实心圆台。顶部圆台下部设置有圆柱，圆柱按照圆周分布了 2 圈长方形状孔，组合体内部设置空心通道；形成统一的中心通道。组合体下部圆柱在还原炉炉底上，其安装在竖炉开有穿透炉底和壳体的底孔上，下部开侧孔，连接脱碳煤气控制装置。（3）温度场控制：如图 2 所示，抑制反窜前温度场分布 T1=1050，T2=1000，T3=980，T4=950，受煤气反窜影响，整个竖炉温度场控制均900，竖炉炉料有粘结的风险。抑制反窜后，使炉顶煤气由加压机加压通过脱碳装置脱除煤气中的CO2后，通过脱碳煤气管道送至竖炉下部脱碳煤气导入装置，实时测定脱碳煤气流量和温度；脱碳煤气经过脱碳煤气控制装置和脱碳煤气导入装置之后由脱碳煤气导入装置的 2 圈长方形状孔导出，如图 3所示。导出的脱碳冷煤气与竖炉内的热煤气混合，23总第 165 期新疆钢铁2023年第 1 期使温度场 T5 温度设定为 900，竖炉内冷、热煤气混合后实时检测温度场T5温度，根据煤气混合前后的热平衡原理，从测定的温度场 T5 温度实绩，实时运算出脱碳煤气流量。若温度场 T5 的实际值与设定值存在偏差，检测及控制系统发出控制信号给脱碳煤气控制装置流量调节阀，使之自动、连续地调节开度，调节脱碳煤气的流量，从而调节脱碳煤气的流量和温度，直到竖炉温度场T5温度达到生产需要的设定值。脱碳煤气通过加压机加压，脱碳装置脱碳后，温度为 60；脱碳煤气流量设定范围为 2000070000 Nm3/h，温度场分布T5=900，T6=880，T7=860，T8=840，整个竖炉温度场控制均900。（4）压力场控制：如图 2 所示，抑制反窜前压力场分布 P1P2P3，受欧冶炉结构设计影响，气化炉拱顶到竖炉中心局部区域的阻损小于煤气通过荒煤气发生管、热旋风、围管的阻损，导致部分煤气在压差的作用下进入竖炉，竖炉炉料有粘结的风险。图3抑制欧冶炉煤气反窜流程图抑制反窜后，压力场分布有两种模式：模式一，P0P4P1P5；模式二，竖炉底部压力维持与气化炉拱顶压力持平P0P1=P4P5。具体的炉顶煤气由加压机加压通过脱碳装置脱除煤气中的 CO2后，通过脱碳煤气管道送至竖炉下部脱碳煤气导入装置，实时测定脱碳煤气压力、竖炉底部P4点压力、气化炉拱顶压力 P1。脱碳煤气进入竖炉后，如图 2所示，脱碳冷煤气使竖炉底部的密闭空间煤气量增加，通过能量守恒理论，竖炉底部 P4 点压力将局部增加，从测定的压力场P4点压力与气化炉拱顶压力P1的压力差实绩，实时运算出脱碳煤气流量。若压力差P1-P40 MPa，检测及控制系统发出控制信号给脱碳煤气控制装置流量调节阀，使之自动、连续地开启调节开度，调节脱碳煤气的流量，直到 P1-P40 MPa；脱碳煤气压力 P0 稳定在 0.4 MPa，气化炉拱顶压力 P1 根据生产需要控制在 0.150.32 MPa，流量设定范围为2000070000 Nm3/h。3抑制欧冶炉竖炉煤气反窜的效果（1）当热煤气直接来自气化炉拱顶，气化炉与竖炉底部就直接连通，由于该通道的煤气阻损相对较小，可有效抑制煤气通过 DRI（海绵铁）下降管从气化炉反窜到竖炉。避免了煤气反窜引起的一系列问题，从而减少了设备检修与维护，减少了竖炉粘结，延长了竖炉清空的时间间隔，使生产更稳定，也降低了生产成本，提高了竖炉的作业率。（2）煤气反窜会给竖炉带来严重的后果，发生煤气反窜的原因也较多，包括粉尘线故障、螺旋卡死、下降管堵塞及发生煤气管堵塞等等。在设备功能精度不能很好的满足要求时，局部的不均匀气流或粉尘量就会产生，导致在煤气管路上的压差不均匀，这从煤气反窜程度及频度就能看出。若欧冶炉发生其他设备故障后均可采用竖炉抑制煤气反窜以气抑气的方法，使反窜风险降至最低。（3）顶煤气经脱除 CO2后，使还原煤气中的 CO2体积百分含量小于 1%，CO+H2含量大于 80%以上。进入竖炉后，可以增加竖炉间接还原区域铁氧化物的间接还原反应，提高竖炉的金属化率，减少固体化石燃料焦炭的消耗。同时能够避免竖炉底部炉料碳的沉积、减缓物料的冲刷磨损，又能够利于物料的均匀下落。（4）可使竖炉内部煤气流分布均匀，温度场分布合理，从而提高海绵铁金属化率，提高竖炉的煤气利用率和生产效率，降低竖炉的燃料比和生产成本。（5）通过脱碳煤气控制装置的煤气输送与处理系统、检测及控制系统，可靠易行，维护方便。可单独控制进入竖炉中心区域还原煤气的流量及温度，使竖炉内部煤气流分布均匀，温度场、压力场分布合理，确保了竖炉煤气流稳定，中心和边缘气流合理分布，提高了竖炉的煤气利用，提高竖炉的金属化率。4结语在 COREX 工艺条件下，因为炉料黏结引起的休风占整个休风时间的 70%以上，极大地影响了生产-解析，探明了竖 炉 内 炉 料 黏结的机理，（下转至下转至第第45页页）24总第 165 期新疆钢铁2023年第 1 期图4万能轧机水平辊1/2剖视图结合具体情况，在制定每道次水平辊侧壁斜度时，要在精轧前三道万能轧机将轧件腿部内侧斜度减到最小，避免给后三道万能轧机造成的过大的压力。如表2所示。表2精轧机侧壁斜度道次侧壁斜度（）H19.5H26H34H43H53H60.26应用实践采用此技术后工字钢（H 型钢）的上下腿长偏差控制在 2 mm 以内，能满足用户对于工字钢的折弯使用需求。2020 年 5 月至今再未出现因为中心偏差超差，用户折弯扭曲变形的质量异议，另外换产品调试中心偏差时间由原来 46 小时缩短为 12小时。7结论热轧 H 型钢“H-H”轧制法的主要区别是万能轧机孔型均为“H”孔型。此轧制法在八钢公司小型 H 型钢厂两年多的实际应用中不断地优化完善，形成了成熟的“H-H”轧制法，目前已实现工字钢和 H 型钢的生产应用全覆盖。在现场应用中主要表现为辊耗明显降低，轧机维修周期延长 30%，生产稳定性大幅度提升，产品规格调整时间缩短70%，在后续 H 型钢产品规格拓展中均会采用此轧制法，在保证产品质量的前提下，降低生产成本。参考文献1 型钢生产 魏明贺.北京：化学工业出版社，2014.2 中型型钢生产袁志学.北京：冶金工业出版社，2005.3 型钢生产工艺 王会凤.北京：中国工人出版社，2006.并研发了控制气化炉高温煤气反窜至竖炉的技术，通过改变欧冶炉竖炉进煤气方式及竖炉的压力场、温度场，提高竖炉局部压差来抑制煤气反窜，同时由竖炉底部配入脱碳煤气后的冷煤气，稳定了竖炉温度场分布，彻底解决了竖炉下部因粘结停炉清空的难题，提升了竖炉运行稳定性。参考文献1 邹庆峰，刘鹏男，田果八钢欧冶炉冶金煤气CO2捕集及应用 J 新疆钢铁，2021（2）：1-32 邹庆峰欧冶炉中心煤气流分布技术开发与应用 J 新疆钢铁，2022（1）：12-153 袁万能等八钢低碳炼铁技术思路与实践 J 新疆钢铁，2022（1）：1-4（上接第上接第24页页）45