低成本高炉炼铁科学化管理与操作

摘要

钢铁联合企业生产结构中，炼铁工序是钢铁企业的能耗大户，炼铁能耗约占钢铁生产总能耗的70％以上，生铁成本的高低对钢铁工业的发展具有举足轻重的作用。目前高炉炼铁工艺面临的主要问题为原燃料市场价格提高，低品位矿石用量增加，能耗增加，由此导致炼铁成本居高不下。为提高钢铁企业的竞争力，必须采取科学的管理与操作方式，以此来降低生产成本。
　　随着近年来钢铁行业的迅猛发展，安钢炼铁厂实施了低成本战略。针对此问题本文对安阳炼铁厂的生产实际情况进行了“低成本高炉炼铁科学化管理与操作”的研究。研究内容包括高炉炉料优化模型的建立与应用，喷煤新工艺的开发，降低燃料比的研究，以及炼铁设备故障模型的开发与应用等。
　　本论文的研究工作和成果主要包括以下内容:
　　(1)建立了最低成本炉料结构的数学模型。根据安钢2011年的含铁炉料资源以及原燃料采购协约等状况，通过模型计算，最终决定450m3高炉的炉料结构为:82％烧结矿+1.17％球团矿+7.56％块矿X3+8.49％块矿X4+0.78％熔剂;2000m3级高炉的炉料结构为:78％烧结矿+8.29％球团矿+6.44％块矿X3+6.79％块矿X4+0.49％熔剂。与2010年的炉料结构相比，450m3高炉和2000m3级高炉依据该模型优化的炉料结构成本分别降低了54.4元/t和40.5元/t。因此，该炉料结构模型的开发有利于进一步实现低成本高炉炼铁的科学化管理与操作。
　　(2)通过对炉内积粉量的平衡计算可知，喷吹神木∶潞安=2∶1的混合煤，煤比为160kg/tHM时，不会因为喷煤量提高而出现炉内积粉增加的现象。若富氧3％，喷煤量可达177kg/tHM，比目前喷吹潞安单种煤提高近40 kg/tHM，可降低生铁成本约25元/tHM。
　　(3)通过高炉正常生产时燃料比的研究可知，安钢2000级高炉喷煤比约160kg/tHM时，焦比最低，约320～330kg/tHM;喷煤比为140～160 kg/tHM时，燃料比最低，约470～490kg/tHM;喷煤比在150～160kg/tHM时，利用系数最高，约2.4～2.5t/m3.d。在此基础上，安钢对2200m3高炉连续6个月的生产指标数据进行了聚类分析，得出最佳操作目标（低燃料比操作）的适宜操作参数控制范围。生产实践表明，采用该控制参数，高炉燃料比可长期稳定在约490kg/tHM的水平。
　　(4)实验室研究表明，轻烧氧化镁的添加量小于3％，对混和煤的流动性影响不大。轻烧氧化镁的添加量小于4％，可提高煤粉最高燃烧温度。轻烧氧化镁添加量由1％增加到5％，煤粉燃烧率增加约4～5％。随着鼓风中富氧含量的增加，轻烧氧化镁对煤燃烧率的助燃效果更加明显。在实验室研究的基础上，安钢进行了风口喷吹含MgO熔剂的工业试验。试验结果表明，与基准期相比，6号高炉试验期煤比降低12 kg/t，焦比降低18 kg/t，生铁含[Si]由0.59％降为0.47％。7号高炉煤比降低13kg/t;焦比降低2kg/t，生铁含[Si]由0.56％降为0.41％。经济效益核算表明，风口喷吹轻烧镁粉后，若保持块矿配比不变，吨铁成本升高5.2元;若保持球团配比不变，吨铁成本降低2.2元。
　　(5)为维护高炉稳定操作，安钢进行了炉底维护技术和炼铁设备故障预测模型的开发。炉底维护技术的成功应用与炉缸侧壁温度异常升高问题的解决，为高炉长寿打下了坚实的基础，为高炉降低燃料比实现低成本炼铁创造了条件。通过将灰色系统理论应用于炼铁设备故障预测模型，对设备的安全运行状态进行预测，同时将灰色系统GM(1，1)设备故障预测模型与新陈代谢模型有机结合，在保证预测精度的前提下可大幅度减少模拟计算工作量、提高预测精度。生产实例表明，该模型使用实时数据，更接近设备的真实状况，反映真实的设备运行状态。
　　通过以上的试验研究及理论分析，可为低成本炼铁的科学化管理提供理论依据，如选择合适的原燃料结构，采取合理的操作参数，开发合理的操作工艺，建立相应的模型等，研究内容有利于降低燃料消耗，强化高炉冶炼，为高炉冶炼工艺开拓新的途径，实现集成创新等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 炉料结构的优化

1．1．1 合理炉料结构的评估方法

1．1．2 全球炉料结构的状况及分析

1．1．3 我国炉料结构的发展状况及分析

1．1．4 合理炉料结构与精料的关系

1．2 喷煤工艺的优化

1．2．1 高炉喷煤技术的发展和现状

1．2．2 高炉喷煤的作用和意义

1．2．3 高炉喷煤对炉况的影响

1．2．4 影响煤粉燃烧的因素

1．2．5 喷吹熔剂的新工艺

1．3 高炉开炉的操作优化

1．3．1 完善高炉开炉准备工作

1．3．2 科学开炉

1．3．3 开炉投产后的注意事项

1．4 风险控制模型的开发

1．5 本文的研究内容意义及创新点

1．5．1 研究内容及意义

1．5．2 本研究的创新点

第2章 高炉炉料结构的优化研究

2．1 优化炉料结构的设计思路

2．2 优化炉料结构的数学模型

2．3 优化炉料结构模型的应用

2．4 本章小结

第3章 降低高炉燃料比的研究

3．1 安钢煤粉喷吹量的分析

3．1．1 喷吹原料

3．1．2 合理喷吹量的理论分析

3．2 降低开炉焦比

3．2．1 开炉准备

3．2．2 开炉过程

3．3 高炉正常生产燃料比控制

3．4 本章小结

第4章 风口喷吹含MgO熔剂的研究

4．1 风口喷吹MgO的必要性

4．1．1 改善炉渣粘度

4．1．2 调整炉渣熔点

4．1．3 提高炉渣脱硫能力

4．1．4 有利于低硅冶炼

4．2 提高炉渣MgO含量的途径

4．3 风口喷吹MgO的实验室研究

4．4 喷吹MgO的工业试验

4．5 本章小结

第5章 高炉炉底长寿维护的研究

5．1 高炉炉底炉缸结构

5．2 高炉炉底煤气泄漏治理

5．2．1 炉底漏煤气的原因与分析

5．2．2 炉底煤气的治理措施及效果

5．3 炉缸侧壁温度异常偏高的分析与处理

5．3．1 炉缸侧壁温度变化情况

5．3．2 炉缸侧壁温度异常升高的原因分析

5．3．3 炉缸灌浆治理

5．4 本章小结

第6章 炼铁设备故障预测模型

6．1 建立设备故障预测模型

6．1．1 灰色系统GM(1，1)设备故障预测模型

6．1．2 设备故障预测的新陈代谢模型

6．2 故障预测模型的实例应用

6．3 结论

第7章 结论

参考文献

致谢

攻读博士期间发表论文

作者简介

论文包含图、表、公式及文献