中国富氢高炉冶炼的探索和实践

2022-01-18 10:42:16 来源：世界金属导报

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简介：高炉喷吹天然气是综合鼓风的重要内容之一。天然气资源比较丰富的国家或地区，在消耗能量较多的黑色冶金企业中，在高炉上喷吹天然气，相比其他加热装置能获得较高的热效率，而且可节约价格昂贵的冶金焦炭。因此，天然气资源较丰富的苏联，近几十年在高炉上广泛实施喷吹天然气技术，并获得良好成效。1970年苏联每吨生铁喷吹天然气65.8m3，1975年增加到78.5m3，天然气喷吹量在这几年内有所增加。

高炉喷吹天然气是综合鼓风的重要内容之一。天然气资源比较丰富的国家或地区，在消耗能量较多的黑色冶金企业中，在高炉上喷吹天然气，相比其他加热装置能获得较高的热效率，而且可节约价格昂贵的冶金焦炭。因此，天然气资源较丰富的苏联，近几十年在高炉上广泛实施喷吹天然气技术，并获得良好成效。1970年苏联每吨生铁喷吹天然气65.8m3，1975年增加到78.5m3，天然气喷吹量在这几年内有所增加。
从冶炼过程分析喷吹燃料存在热量补偿的问题，天然气的热补偿是最多的。如焦比为650kg/t铁，喷吹1m3/t铁天然气补偿风温为4℃；喷吹1m3/t铁重油补偿风温为3.3℃；喷吹1m3/t铁焦炉煤气补偿风温为3℃。
在分析喷吹天然气冶炼过程的变化时，主要应考虑煤气成分及理论燃烧温度能否达到冶炼所需条件。以鞍钢高炉现有冶炼条件为例进行分析。
鞍钢高炉喷吹天然气
以鞍钢1627m3高炉冶炼条件作为计算基础，分析高炉喷吹天然气冶炼过程中的变化，主要考虑煤气成分及理论燃烧温度能否达到冶炼所需的条件。
由分析得出，在鞍钢高炉工作条件下理论燃烧温度接近1900℃，喷吹燃料能够获得令人满意的效果。当然若有富氧和高风温条件相配合其效果将更佳。同时必须指出，后者对富化炉顶煤气、提高其利用效率更有意义。因此，在条件具备时，向高炉喷吹天然气比在其他加热炉（例如热风炉等）应用更好些。且喷吹天然气在富氧或不富氧两种条件下，其成本都有所增加，若考虑合理利用资源，实施该措施还是有利的。
所以在鞍钢运营条件下，喷吹天然气是可行的。如果与富氧鼓风结合起来效果更为显著。从能源利用分析，在高炉喷吹天然气比在其他加热装置更为合理。从高炉燃料成本分析似乎存在一定问题，然而若全面考虑冶金企业能量利用，可能减少或消除成本上的问题。
重钢高炉喷吹天然气
重钢生产实践表明，高炉喷吹天然气后其技术经济指标大为改善，能获得显著效益。
1、降低焦比
喷吹天然气的最大好处就在于能大幅度降低焦比。其主要原因是由天然气的碳代替了一部分焦炭的碳，铁的直接还原度降低，为高炉接受高风温、降低湿度和富载鼓风创造了条件，炉温可以控制在下限水平和渣量减少等。
焦比降低的数量取决于天然气的喷吹量和置换比。1966年重钢3号高炉喷吹天然气试验第三期的喷吹量为96m3/t，置换比达到1.41kg/m3，焦比降低了20%；1956年2-3月重钢4号高炉天然气喷吹量约为25m3/t，置换比约1.2kg/m3，焦比降低了5%。
2、提高产量
高炉喷吹天然气后，在风量维持不变的条件下，由于有一部分鼓风去燃烧天然气，因而按焦炭计算的冶炼强度将降低。显然，只要冶炼强度降低的幅度小于焦比降低的幅度，高炉的利用系数将升高。生产实践表明，高炉喷吹天然气后其利用系数均有所提高。
重钢高炉喷吹天然气后，由于天然气置换比高，焦比降低幅度大，所以高炉利用系数升高的幅度大。3号高炉1966年喷吹试验的第三期，高炉利用系数提高了14.2%；4号高炉1986年喷吹试验的第一期利用系数提高了2.17%，第二期提高了7.12%（其中富氧利用系数提高4.5%）。
按照苏联的资料，采用天然气与富氧相结合综合鼓风的效果最佳。当鼓风中的氧含量为35%，天然气的喷吹量为130-150m3/t时，高炉生产率可提高25%-28%。
3、生铁质量改善
高炉喷吹天然气后，单位生铁炉料带入炉内的硫量减少，加之炉缸活跃，温度分布趋向均匀，炉渣和铁水的物理热充沛，炉况稳定顺行，生铁脱硫条件改善。所以生铁的硫含量降低而且稳定，同时生铁中硅含量也趋于稳定，故生铁的硅可以控制在下限水平。重钢的生产实践表明，高炉喷吹天然气后，可以冶炼低硅低硫炼钢生铁，生铁的质量得到改善。
4、生铁成本降低
高炉喷吹天然气后，生铁的成本取决于具体的冶炼条件及焦比、产量的变化情况，尤其与天然气和焦炭的价格有关。重钢3号高炉1966年喷吹天然气后生铁成本降低了。例如喷吹试验的第三期生铁成本降低了1.73%，即降低了2.08元/吨。1987年由于天然气价格较高（0.2元/m3），因此4号高炉喷吹天然气后生铁成本有所升高。但从综合效益看，喷吹天然气仍然是有利的，对有天然气供应而又缺焦的重钢来说其收益更大。