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专利名称：一种提高高炉炉缸活跃性的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411076888.7

专利申请（专利权）人：山西建龙实业有限公司
权利人地址：山西省运城市闻喜经济技术开发区山西建龙办公大楼4层408室

专利发明（设计）人：李海斌

专利摘要：本发明属于铁冶炼技术领域，尤其涉及一种提高高炉炉缸活跃性的方法，包含如下内容：在高炉产生铁水过程中，当透液性指数DMI≥260时，持续保持；当210＜透液性指数DMI＜260时，提高高炉焦比，降低高炉煤比；当透液性指数DMI≤210时，措施如下：（1）提高高炉焦比、降低煤比；（2）优化焦炭、喷煤质量；（3）降低块矿配比；（4）控制铁水硅、硫含量、铁水物理热、炉渣成分；（5）调整烧结配料；（6）稳定高炉风量；（7）缩小风口面积；（8）调整布料顺序；（9）提高料线；（10）采取A+2B复合料制，扩大矿批。该方法避免高炉悬料、炉缸不活跃和风口破损，提高高炉生产效率。

主权利要求：
1.一种提高高炉炉缸活跃性的方法，其特征在于，包括如下内容：在制备铁水过程中，炉缸死料柱透液性指数DMI值越高表明炉缸死料柱透液性越好，炉缸渣铁排放能力越强，越利于改善炉缸状态，作为基础保障，铁水物理热THM在1490?1510℃，所述炉缸死料柱透液性指数DMI计算公式：?3
DMI=△C/2.57×10 +THM?1430+190×(1.23?R2)，△C为铁水实际碳含量[C]与饱和碳含量Csat的差值的绝对值，△C＝|[C](%)?Csat(%)|，THM为铁水温度，单位为℃；R2为高炉炉渣二元碱度=CaO/SiO2；炉缸死料柱透液性指数DMI值评价情况如下：当死料柱透液性指数DMI≥260时，表明炉缸死料柱透液性比较好，持续保持；
当210＜死料柱透液性指数DMI＜260时，表明炉缸死料柱透液性低，炉缸活跃性降低，需进行微调整：提高高炉焦比5?15kg/t，降低高炉煤比5?15kg/t，改善死料柱透液性；
当死料柱透液性指数DMI≤210时，表明炉缸死料柱透液性大幅度降低，炉缸活跃性低，需及时提高活跃性，措施如下：（1）提高高炉焦比、降低煤比：提高高炉焦比10?20kg/t,降低煤比10?20kg/t；
（2）优化焦炭质量、改善喷吹煤质量：降低捣固焦配比，顶装焦配比≥25%；烟煤比降低
10%?30%，混合喷吹煤高位发热值达到≥7600cal/kg,并且喷吹煤粒度?200目＞75.0%；
（3）高炉入炉结构调整：降低块矿配比，停用品质差的毛塔块；增加品质好的球团矿；
（4）铁水硅含量控制在0.40?0.60%，铁水硫含量控制在0.030?0.045%，提高炉渣镁铝比，镁铝比控制在0.65?0.70，降低炉渣二元碱度R2，控制R2在1.15?1.19，炉渣四元碱度在
1.02?1.05；
（5）调整烧结配矿，将高钛精粉配比下调到1%，确保铁水钛含量≤0.070%；
3
（6）稳定高炉风量：风量＞2950m/min，风速≥245m/s，吹活炉缸；
（7）缩小高炉风口面积，将Φ110mm风口个数增加2?4个，Φ115mm风口个数减少2?4个，提高风口风速，增强炉缸煤气往中心的穿透能力；
（8）调整布料顺序：使焦丁、块矿布到中间环带，球团布到外环，焦炭布到中心；
（9）改善煤气利用：提高料线；
（10）采取A+2B复合料制，扩大矿批，其矿批大小按照高炉料速6.00?6.10批/小时进行，A:JJ↓kk↓、B:JJ↓kk↓kk↓，其中JJ↓表示2车焦，kk↓表示2车矿，改善软融层焦炭层厚度，减少界面效益，增强炉况稳定。
2.根据权利要求1所述的一种提高高炉炉缸活跃性的方法，其特征在于，所述措施（9）中料线提高至1.5米。
3.根据权利要求2所述的一种提高高炉炉缸活跃性的方法，其特征在于，所述措施（10）还包括增加高炉富氧含量。 说明书 : 一种提高高炉炉缸活跃性的方法技术领域[0001] 本发明属于铁冶炼技术领域，尤其涉及一种提高高炉炉缸活跃性的方法。背景技术[0002] 高炉炉缸持续保持活跃状态是高炉炉况持续稳定运行的基础保障，因此高炉炉缸活跃性问题一直是高炉冶炼工作者关注的重点。目前对高炉炉缸活跃性的判断主要通过监测高炉炉底半石墨碳砖与微孔碳砖之间的中心位置安装的热电偶的温度变化判断炉缸的活跃性状态，但此处热电偶的监测出的温度及其变化情况已表示高炉炉缸状态既成事实的实际状态，不能及时、准确、实时对炉缸透液性发展趋势进行预判。高炉通过监测炉底热电偶的温度及其变化趋势综合判断炉缸状态的这种方法，对炉缸状态分析预判具有一定的滞后性，容易错失调剂处理炉况的最佳时机，炉缸一旦出现问题时（炉缸产生堆积等），高炉炉况稳定降低，导致炉况波动，造成高炉生产经济损失。高炉冶炼过程中，随着高炉冶炼持续进行，出现炉缸铁水碳含量增加时，会使铁水结晶时形成石墨晶核的几率增加，提高了炉缸铁水开始结晶温度和石墨碳析出的能力，降低炉缸透液性，使炉缸活跃性降低，炉况稳定性减弱，引发高炉悬料、炉缸不活跃、风口破损以及高炉炉况失常事故，导致高炉生产效率降低，能耗和成本增加。发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种提高高炉炉缸活跃性的方法，解决现有方法对炉缸状态分析预判具有滞后性，容易错失处理炉况最佳时机，导致炉缸活跃性变差造成高炉炉况稳定性降低，引发高炉悬料、炉缸不活跃、风口破损以及高炉炉况失常事故，炉况波动造成生产率降低、能耗和成本增加的问题。[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：[0005] 一种提高高炉炉缸活跃性的方法，包括如下内容：[0006] 在高炉持续冶炼炉缸产生铁水过程中，炉缸死料柱透液性指数DMI值越高表明炉缸死料柱透液性越好，炉缸渣铁排放能力越强，越利于改善炉缸状态，其中必须以铁水物理热THM充足为前提。作为基础保障，铁水物理热THM在1490?1510℃比较适宜，炉缸死料柱透液性指数DMI值评价情况如下：[0007] 当死料柱透液性指数DMI≥260时，表明炉缸死料柱透液性比较好，持续保持；[0008] 当210＜死料柱透液性指数DMI＜260时，表明炉缸死料柱透液性低，炉缸活跃性降低，需进行微调整：提高高炉焦比5?15kg/t，降低高炉煤比5?15kg/t，改善死料柱透液性；[0009] 当死料柱透液性指数DMI≤210时，表明炉缸死料柱透液性大幅度降低，炉缸活跃性低，需及时提高活跃性，措施如下：[0010] （1）提高高炉焦比、降低煤比：提高高炉焦比10?20kg/t,降低煤比10?20kg/t；[0011] （2）优化焦炭质量、改善喷吹煤质量：降低捣固焦配比，顶装焦（山焦、美锦、泰达）配比≥25%；烟煤比降低10%?30%，混合喷吹煤高位发热值达到≥7600cal/kg,并且喷吹煤粒度?200目＞75.0%；[0012] （3）高炉入炉结构调整：降低块矿配比，停用品质差的毛塔块；增加品质好的球团矿，提高球团总配比；[0013] （4）铁水硅含量控制在0.40?0.60%，铁水硫含量控制在0.030?0.045%，提高炉渣镁铝比，镁铝比控制在0.65?0.70，降低炉渣二元碱度R2，控制R2在1.15?1.19，炉渣四元碱度在1.02?1.05；[0014] （5）调整烧结配矿，将高钛精粉配比下调到1%，确保铁水钛含量≤0.070%；[0015] （6）稳定高炉风量：风量＞2950m3/min，风速≥245m/s，吹活炉缸；[0016] （7）缩小高炉风口面积，将Φ110mm风口个数增加2?4个，Φ115mm风口个数减少2?4个，提高风口风速，增强炉缸煤气往中心的穿透能力；[0017] （8）调整布料顺序：使焦丁、块矿布到中间环带，球团布到外环，焦炭布到中心；[0018] （9）改善煤气利用：提高料线；[0019] （10）采取A+2B复合料制，扩大矿批，其矿批大小按照高炉料速6.00?6.10批/小时进行，A:JJ↓kk↓、B:JJ↓kk↓kk↓，其中JJ↓表示2车焦，kk↓表示2车矿，改善软融层焦炭层厚度，减少界面效益，增强炉况稳定。[0020] 优选的，所述炉缸死料柱透液性指数DMI计算公式：[0021] DMI=△C/2.57×10?3+THM?1430+190×(1.23?R2)，△C为铁水实际碳含量[C]与饱和碳含量Csat的差值的绝对值，△C＝|[C](%)?Csat(%)|，THM为铁水温度，单位为℃；R2为高炉炉渣二元碱度=CaO/SiO2。[0022] 优选的，所述措施（9）中料线提高至1.5米。[0023] 优选的，所述措施（10）还包括增加高炉富氧含量。[0024] 该方法选取的理论依据：[0025] 1.借助铁水[C]变化进行预判[0026] 碳溶解在固态或液态铁中的过程称铁水渗碳反应，此过程是吸热反应，温度越高，反应越快越剧烈，当炉料融化时，在高炉上部已有部分铁矿石逐渐还原成金属铁。炉内渗碳大致可分三个阶段：[0027] 第一阶段，海绵铁的渗碳。在400℃ 600℃时在高炉内的海绵铁发生CO烟碳析反~应，固体海绵铁开始发生如下的渗碳过程，2CO→CO2+[C]，其中一部分碳参与还原反应，一部分碳吸附在海绵铁上进入生铁，即2CO+3Fe=Fe3C+CO2，当反应达到平衡时，海绵铁中碳含量可达1.5%，这一阶段的渗碳量占全部渗碳量的l.5%左右。[0028] 第二阶段，液态铁的渗碳。经初步渗碳的金属铁在1400℃左右时与炽热的焦炭继续进行固相渗碳，开始熔化为铁水，穿过焦炭滴入炉缸。[0029] 第三阶段，炉缸内的渗碳过程。炉缸部分只进行少量的渗碳，一般只有0.1%?0.5%。[0030] 以上阶段铁水在向炉缸滴落的过程中，除了渗碳反应外，还有硅、锰、磷进入生铁，脱除硫等有害杂质，形成最终成分的生铁。炉渣对高炉的炉况和生铁的质量有决定性的影响，要想炼好铁，必须造好渣。但实验表明，未融化的海绵铁碳含量小于1.0%，当其熔化后，在滴落过程中与焦炭等有良好的接触反应条件，渗碳迅速进行：3Fe+C=Fe3C在炉腰部位碳含量可达2.5%?3.0%；在滴落带下部达到最大近乎饱和；在风口区又被氧化一部分，在炉缸仍有少量渗碳过程。[0031] 铁水中的最终碳含量与温度的关系：在Fe?C平衡相图上1153℃处共晶点饱和碳量?3为4.30%，随着温度的提高，饱和碳含量高，其计算公式为：%[C]=1.30+2.57×10 THM，其中THM为铁水温度℃，炉缸透液性越强，越活跃，铁水温度越高。[0032] 铁水中[C]主要为铁水渗碳反应，是吸热反应，铁水物理热THM越高，反应越剧烈，铁水[C]相对增加；铁水物理热THM主要表现炉缸热量储备情况，铁水物理热THM越高，炉缸热量充足，炉缸透液性越好，越活跃程度。[0033] （1）当铁水[C]≥4.50?4.60%表明铁水物理热THM热量充足，炉缸透液性好，有利于炉缸状态改善；[0034] （2）当铁水[C]＜4.40?4.50%时表明炉缸透液性降低，需进行改进措施。[0035] 2.铁水石墨碳影响[0036] 2.1通过铁水成分和铁水温度计算铁水饱和碳Csat[0037] 合金元素对液态Fe?C合金中碳溶解度的影响，对铁水饱和碳Csat公式进一步校对和完善：[0038] Csat=1.30+2.57×10?3THM?0.31[Si]?0.33[P]?0.40[S]?0.053[Ni]?0.074[Cu]+0.027[Mn]+0.17[Ti]+0.063[Cr]+0.135[V]。[0039] 2.2铁水成分对炉缸铁水开始结晶温度和石墨碳析出能力的影响，对炉缸透液性影响预判[0040] 炉缸石墨碳大量析出将降低炉缸透液性，影响炉缸状态，也是造成炉缸堆积一大主要的影响因素。其中炉缸析出石墨碳的数量,主要取决于铁水中碳转化成石墨碳的能力。[0041] 2.3铁水[C]影响[0042] 随着铁水碳含量的增加,结晶时形成石墨晶核的几率增加，从而提高了炉缸铁水开始结晶温度和石墨碳析出的能力，铁水开始结晶温度和生铁石墨碳析出量随生铁碳含量增加而上升。[0043] 随着铁水含[C]量的增加,结晶时形成石墨晶核的几率增加,提高了炉缸铁水开始结晶温度和石墨碳析出的能力，降低炉缸透液性。[0044] 当铁水[C]＞5.00%表明铁水析出石墨碳加剧，影响炉缸工作状态，改进措施：[0045] （1）对铁水物理热THM＞1515?1520℃进行控制，减缓铁水石墨碳析出；[0046] （2）根据炉况接受能力，高炉焦比降低3?5kg/t，高炉煤比增加5?8kg/t,适度降低风口理论燃烧温度；[0047] 最终铁水[C]控制在4.50?5.00%，铁水物理热THM在1490?1510℃比较适宜。[0048] 3.铁水[Si]、[Ti]影响[0049] 3.1铁水[Si]影响[0050] 铁水中硅原子与铁原子结合力很强，硅能削弱Fe和C原子之间的结合力,提高共晶点的温度，并使共晶点的碳含量显著下降，促使石墨碳析出，在共析转变阶段尤为明显，因此随着铁水中含硅量的增加，铁水开始结晶温度和生铁石墨碳含量都上升。[0051] 3.2铁水[Ti]的影响[0052] 铁水中[Ti]主要作用是增加石墨碳的析出量和提高铁水开始结晶温度，铁水中[Ti]容易和碳化合生成TiC增加铁水中杂质,有利于石墨化和石墨碳析出，所生成的TiC、TiN和TiNC也能进入渣中使炉渣粘稠，降低炉缸透液性。[0053] 3.3铁水[Si]+[Ti]控制措施[0054] 随着铁水中[Si]、[Ti]的增加，铁水开始结晶温度和生铁石墨碳含量都上升,其中[Ti]对铁水开始结晶温度和生铁石墨碳含量的影响比[Si]大得多：铁水开始结晶温度[Ti]是[Si]的3.6倍；铁水石墨碳含量[Ti]是[Si]的5.6倍，对炉缸透液性影响大，必须对[Ti]进行严控，要求[Ti]≤0.08%。[0055] 在高炉操作过程采取[Si]+[Ti]进行控制，控制范围：0.33?0.55%（其中[Ti]≤0.080%）[0056] 当[Si]+[Ti]＞0.60%采取改进措施：[0057] （1）对配料结构调整：烧结降低高钛精粉配比使用量，高炉减少高钛球配比量；[0058] （2）对高炉铁水[Si]进行控制，下限[Si]不能持续低于0.30%，铁水物理热THM不低于1490℃，确保炉缸热量充足。[0059] 4.铁水物理热和[S]影响[0060] 4.1铁水[S]影响[0061] 铁水中[S]在生铁中形成MnS、FeS，大部分都以共晶体的形式分布在晶界上，起阻碍碳原子扩散的作用；[S]还能增加铁碳原子的结合力，起强烈阻止石墨化的作用；[0062] 当[S]≤0.030%时，随[S]减少石墨碳含量迅速增加；当[S]＞0.030%时，可将生铁中石墨碳含量控制在小于1.5%的范围内,且其变化率变得平缓，据此可以认为，高炉铁水含[S]量不应持续小于0.030%；[0063] 结合生产实际需求铁水[S]控制在0.020?0.040%比较适宜，炉渣二元碱度R2控制范围在1.18?1.24，通过调整镁铝比（其控制范围在0.55?0.65），确保炉渣四元碱度R4在1.03?1.06，满足炉渣脱硫、排碱金属需求，同时考虑炉缸脱硫对热量需求，确保铁水物理热THM在1490?1510℃比较适宜。[0064] 4.2炉缸热制度的选择[0065] 一方面铁水成分决定着生铁石墨碳含量和铁水开始结晶温度；另一方面控制炉缸热制度和炉渣成分又可以控制铁水成分.因此,选择适宜的炉缸热制度以控制合适的铁水成分是防止炉缸堆积的手段之一。[0066] 与现有技术相比，本发明取得的有益效果：[0067] （1）采用公式DMI=△C/2.57×10?3+THM?1430+190×(1.23?R2)计算死料柱透液性指数DMI可精准判断高炉炉缸的活跃性，及时采取措施调整炉况，避免错失处理炉况的最佳时机；[0068] （2）通过提高高炉焦比、降低捣固焦配比、搭配使用顶装焦、降低块矿配比、提高球团总配比、采取A+2B复合料制和合理扩大矿批，确：臀榷ㄈ砣诓憬固坎愫穸，减少界面效益，提高煤气利用率，增强炉况稳定性；[0069] （3）适度提高铁水[Si]、[S]含量、炉渣镁铝比，结合控制炉渣二元碱度和炉渣四元碱度，同时考虑到铁水物理热在1490?1510℃，控制铁水开始结晶温度和生铁石墨碳含量，提高炉缸透液性；[0070] （4）缩小风口面积，稳定风量，提高风口风速，以及结合增加高炉风口富氧，提高炉缸煤粉的燃烧效率，吹活炉缸，提高炉况稳定性；[0071] （5）采用该方法后，避免引发高炉悬料、炉缸不活跃、风口破损，提高高炉炉缸活跃性、增加炉况稳定性，提高高炉生产效率，降低高炉能耗和成本。具体实施方式[0072] 下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。[0073] 该方法已在5#高炉持续冶炼炉缸产生铁水过程中应用和实施，控制铁水[C]为4.60%，[Si]+[Ti]=0.489%，其中[Ti]为0.039%，[S]为0.035%，包括如下内容：[0074] 将矿石（含铁原料、辅料）、焦炭通过高炉槽下按照比例称量备好料放在称量斗里，通过矿皮带和焦皮带输送到矿、焦集中料斗里，再采取料车按照矿石、焦炭分别单独交替输送到炉顶受料斗后，打开炉顶上密进入料罐，然后给料罐均压，等高炉料线达到规定值后，将探尺提到零位，最后打开下密、料流调节阀，通过炉顶布料溜槽按照布料矩阵，将矿石和焦炭分别、单独、交替布在高炉上部料面上。高炉鼓风冷风和富氧经过冷风系统送到热风炉，在热风炉进行热交换产生热风后，再通过热风送风系统送到高炉风口，给高炉送风。同时高炉喷煤通过喷煤系统送到风口，然后经过风口煤枪喷到高炉风口炉缸区域。在高温下焦炭和煤粉中的碳同风口鼓入的热风中的氧燃烧生成的一氧化碳，高炉炉料（矿石、焦炭等）在炉内熔炼是从上而下降进行，在高炉炉料下降过程中与上升的高炉煤气相遇，先后发生传热和还原，当矿石融化时，在高炉上部已有部分铁矿石逐渐还原成金属铁；除了渗碳反应外，还有硅、钛、锰、硫、磷进入生铁，随着铁水中硅、钛的增加，铁水开始结晶温度和生铁石墨碳含量都上升；铁水中硫在生铁中形成MnS、FeS,大部分都以共晶体的形式分布在晶界上。[0075] 铁水物理热THM控制在1506℃，饱和碳含量Csat为5.01%，铁水实际碳含量为4.60%，?3R2＝1.23,△C＝|[C](%)?Csat(%)|=|4.60?5.01|=0.41，用公式DMI=△C/2.57×10 +THM?1430+190×(1.23?R2)计算炉缸死料柱透液性指数DMI，死料柱透液性指数DMI为235，表明炉缸死料柱透液性低，炉缸活跃性降低，需进行微调整：高炉焦比提高到315kg/t,高炉煤比调整到180kg/t，计算死料柱透液性指数DMI为268，持续保持。[0076] 随着工艺流程持续进行，死料柱透液性指数降低，用公式DMI=△C/2.57×10?3+THM?1430+190×(1.23?R2)计算炉缸死料柱透液性指数DMI，死料柱透液性指数DMI为206，表明炉缸死料柱透液性大幅度降低，炉缸活跃性低，提高炉缸活跃性的步骤如下：[0077] （1）高炉焦比从315kg/t提高到325kg/t,高炉煤比从180kg/t降低到160kg/t；[0078] （2）降低捣固焦配比，山焦配比为25%；烟煤比从60%调整到50%，调整混合喷吹煤高位发热值为7600cal/kg,喷吹煤粒度?200目为80.0%；[0079] （3）块矿配比调整到3%，停用品质差的毛塔块，球团总配比调整到8%；[0080] （4）提高炉渣镁铝比，镁铝比控制在0.68，降低炉渣二元碱度R2，控制R2为1.17，炉渣四元碱度R4为1.03；[0081] （5）调整烧结配矿，将高钛精粉配比下调到1%，确保铁水钛含量为0.070%；[0082] （6）风量为3000m3/min，风速为249m/s，吹活炉缸；[0083] （7）缩小高炉风口面积，将Φ110mm风口个数从9个增加到11个，Φ115mm风口个数2 2从11个减少到9个，风口面积从0.1998m缩到0.1979m，提高风口风速，增强炉缸煤气往中心的穿透能力；[0084] （8）使焦丁、块矿布到中间环带，球团布到外环，质量好的焦炭布至中心；[0085] （9）料线逐步提高至1.50米，改善煤气利用；[0086] （10）扩大矿批：采取A+2B复合料制（A:JJ↓kk↓、B:JJ↓kk↓kk↓，其中JJ↓表示2车焦，3kk↓表示2车矿）并按照高炉料速6.00?6.10批/小时控制，扩大矿批，高炉富氧由13500m/h3增加到14000?14500m/h，矿批由47吨逐步扩至50吨，确：臀榷ㄈ砣诓憬固坎愫穸，减少界面效益，增强炉况稳定。[0087] 再次计算炉缸死料柱透液性指数DMI为266，表明炉缸死料柱透液性比较好，持续保持。[0088] 脱除硫等有害杂质，形成最终的生铁。[0089] 采用该方案后炉缸透液性改善效果明显，炉况稳定性提高，带来效益如下：[0090] （1）提高煤气利用率：未实施上述方案时,5#炉2024年2月煤气利用率平均在44.88%，3月份5#炉实施上述方案后，煤气利用率平均达到45.24%，最高达到46.30%，煤气利用相对提高0.36%，煤气利用率提高1%，焦比降低5kg/t，焦比降低1.80kg/t，降低铁水成本3.78元/t。[0091] 效益计算过程（焦炭单价2100元/t，也就是2.10元/kg）：[0092] 降低焦比：5kg/t*0.36=1.80kg/t；降低铁水成本1.80kg/t*2.10元/kg=3.78元/t。[0093] （2）提高煤粉燃烧率：未实施上述方案时,5#炉2024年2月布袋除尘灰中固定C平均在26.98%，3月份5#炉实施上述方案后，布袋除尘灰中固定C平均在22.53%，相对下降4.45%，其效益为（灰铁比为25kg/t、焦炭固定碳为86.0%），焦比降低1.29kg/t，降低铁水成本2.71元/t。[0094] 效益计算过程（焦炭单价2100元/t，也就是2.10元/kg）：[0095] 节省焦比：25kg/t*4.45%/86.00%=1.29kg/t；降低铁水成本1.29kg/t*2.1元/kg=2.71元/t。[0096] （3）未实施上述方案时,2024年2月份高炉悬料2次，风口破损2月份2个，3月份5#炉实施上述方案后，高炉悬料0次，风口破损0个，降低对炉衬耐材侵蚀和破损影响，利于高炉长寿，降低高炉生产安全隐患。

专利地区：山西

专利申请日期：2024-08-07

专利公开日期：2024-11-01

专利公告号：CN118638975B