淺析Corex氣化爐與高爐風(fēng)口區的差異

●42●世界鋼鐵2013年第1期淺析Corex氣化爐與高爐風(fēng)口區的差異王臣，徐萬(wàn)仁，劉國鋒(寶山鋼鐵股份有限公司,上海201900)摘要:與高爐風(fēng)口噴吹熱風(fēng)不同,Corex氣化爐使用常溫氧氣,與全氧高爐風(fēng)口區更為相近。鑒于兩種煉鐵工藝風(fēng)口區域噴吹氣體溫度和組分的不同,以及其在冶煉過(guò)程中重要的作用,簡(jiǎn)要對比分析了氣化爐與高爐在風(fēng)口區理論燃燒溫度、鼓風(fēng)動(dòng)能、回旋區大小和爐腹煤氣量及成分等重要指標的差異,以便深人認識這兩種煉鐵工藝的區別。關(guān)鍵詞:Corex;高爐;風(fēng)口區;氣化爐doi: 10.3969/j. issn. 1672 - 9587.2013. 01.007Analysis on the difference between BF racewayand Corex melter gasifierWANG Chen, XU Wanren, LIU Guofeng( Baoshan Iron & Steel Co. ,Ltd. ,Shanghai 201900 , China)Abstract: The normal temperature oxygen is used for Corex melter gasifier. That is different from BFusing hot blast and similar to oxygen blast furnace. In view of the gas temperature and compositiondifferences for the two iron-making process , as well as its essentiality in the smelting process ,the indexesof theoretical flame temperature, blast kinetic energy, raceway size, bosh gas quantity and gascomposition have been compared and analyzed，therefore the differences between these two ironmakingprocess can be understood better.Key words :Corex; BF; raceway ; melter gasifier0前言風(fēng)口區內主要指標的差異,以便深人認識這兩種高爐煉鐵是現代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的主導流程，工藝的差別。而高爐工藝面臨其賴(lài)以生存的焦炭供應緊張的嚴重問(wèn)題。在焦煤資源日趨匱乏之際,開(kāi)發(fā)應用非1理論燃燒溫度高爐煉鐵工藝流程顯得尤為重要,其中Corex和高爐和Corex氣化爐冶煉所需的大部分熱量Finex工藝是較為典型的代表,也是少數成功實(shí)現和還原劑主要來(lái)自風(fēng)口區域。風(fēng)口前焦炭和噴吹了穩定工業(yè)化生產(chǎn)的非高爐煉鐵工藝。無(wú)論高爐燃料燃燒所能達到的最高絕熱溫度,即假定風(fēng)口還是Corex熔化氣化爐,風(fēng)口區的冶金行為直接前燃料燃燒放出的熱量全部用來(lái)加熱燃燒產(chǎn)物時(shí)影響著(zhù)其下部煤氣的分布、爐料的下降以及整個(gè)所能達到的最高溫度(風(fēng)口前理論燃燒溫度)。爐內的傳熱傳質(zhì)過(guò)程" ,因此,風(fēng)口區在整個(gè)冶理論燃燒溫度的高低不僅決定了爐缸的熱狀態(tài)，煉過(guò)程起著(zhù)非常重要的作用。與高爐風(fēng)口噴吹熱而且決定爐缸煤氣溫度,對爐料加熱和還原以及風(fēng)相比, Corex氣化爐使用常溫氧氣,與全氧高爐渣鐵溫度和成分、脫硫等產(chǎn)生重大影響,這對于風(fēng)口區更為相近。鑒于噴吹氣體溫度和組分的不Corex氣化爐來(lái)說(shuō)也有著(zhù)相似的規律。同,氣化爐與高爐在風(fēng)口區理論燃燒溫度、爐腹煤Corex 理論燃燒溫度計算的邊界條件和假氣量及成分、回旋區大小和鼓風(fēng)動(dòng)能等重要指標設:①風(fēng)口噴中國煤化工不完全燃燒有著(zhù)較大的差別，因此,有必要研究氣化爐和高爐生成CO;②MHCNMHG;③粉煤和世界鋼鐵.43.氧氣溫度為25C(純度99%)。風(fēng)口發(fā)生化學(xué)反其產(chǎn)量相當的高爐噸鐵風(fēng)量約1 200 m' ,是Corex應及反應熱焓如下:氣化爐風(fēng)口氣量的3倍左右。在風(fēng)量確定的前提C+1/202=Co.下,影響風(fēng)速的因素有風(fēng)溫、風(fēng)壓和風(fēng)口面積,高AH298 =- 110.5 kJ●mol-'爐1250氣的風(fēng)溫比氣化爐常溫氧氣從絕對溫度H2O+C=H2+CO上看要高約4倍,但綜合考慮風(fēng)壓和進(jìn)風(fēng)面積后,高爐的實(shí)際風(fēng)速大概在200 ~ 250 m/s,而Corex△H28 = 131. 96 kJ . mol~'風(fēng)口區理論燃燒溫度計算結果見(jiàn)表1。氣化爐的實(shí)際風(fēng)速大概維持在165 ~ 185 m/s。Corex氣化爐熔煉率在160Vh時(shí)鼓風(fēng)動(dòng)能為表1 Corex和Finex風(fēng)口區理論燃燒溫度15 kJ/s (圖1),僅有高爐風(fēng)口鼓風(fēng)動(dòng)能的1/6噴煤量/(kg.")左右。100150200COREX理論10[721 0003879 3677 3491 3318 3 158燃燒溫度/Co5 t20000 .士氧流速FINEX理論| 190003878 3675 3484 3 3023 13195 t18000t 17000高爐風(fēng)口理論燃燒溫度- -般控制在2000 ~185 tt16000，2200C之間,不同國家高爐理論燃燒溫度的計80| 15000福75 tI1400算和控制稍有差別(表2(2)。通過(guò)比較可看出，15015516016517017518013000高爐理論燃燒溫度較Corex低1 500 ~1600C,主熔煉率/(th")要原因是高爐熱風(fēng)中氮氣量較多,導致風(fēng)口煤氣圍1 Corex 3000熔煉率與鼓風(fēng)動(dòng)能關(guān)系量大,拉低了理論燃燒溫度。與Corex工藝不同,高爐調節理論燃燒溫度的手段和措施較多,如鼓風(fēng)參數(風(fēng)溫、濕度)、噴煤量(煤種)和富氧率等。3風(fēng)口回旋區深度通常將以上幾個(gè)手段合理配合,使風(fēng)口理論燃燒在高爐內,風(fēng)口回旋區不但影響煤氣分布,還溫度保持在合理范圍。-般為了降低高爐燃料影響.上部爐料的均衡下降以及整個(gè)高爐內的傳熱比,通常將風(fēng)溫保持在最高水平，將濕度控制在最傳質(zhì)過(guò)程;在Corex熔化氣化爐內,風(fēng)口回旋區為低水平,而將噴吹燃料量和富氧率作為調整理論DRI的終還原提供還原氣體和熱量需求?？煽慈紵郎囟鹊闹匾侄?。出,不論高爐還是Corex熔化氣化爐,風(fēng)口回旋區都是其內部極其重要的反應區域。表2各國高爐理論燃燒溫度根據Corex風(fēng)口取樣分析,得出風(fēng)口前焦炭序號國家公司取值范圍/C平均粒度和粉率隨取樣深度的變化,如圖2所示。荷蘭霍戈文2 150~2 350法國索拉克.2 100~2 160從取樣的平均粒度看,隨著(zhù)取樣深度的增加,平均日本福山2200~2400粒度減小,而且在距風(fēng)口前端50 ~ 100 cm的地方君津3號.2 300-2350有一個(gè)明顯的轉折,由此可以推測Corex氣化爐德國施韋爾根2250 ~2300寶鋼2 002300風(fēng)口回旋區的深度大約為60~ 80 cm。由Corex風(fēng)口回旋區深度的經(jīng)驗公式計算可知,Corex-3000風(fēng)口回旋區深度約為0.7 ~0.8 m,與風(fēng)口取.2鼓風(fēng)動(dòng)能樣實(shí)驗推測出結果-致。對于高爐而言,由于風(fēng)鼓風(fēng)動(dòng)能是高爐送風(fēng)制度中的重要指標參口前端的焦炭粒度較大，透氣透液性能較好,風(fēng)量數，與風(fēng)量、風(fēng)溫、原料條件、燃料噴吹量和風(fēng)口面和風(fēng)速較大,風(fēng)口回旋區深度較深,2000m’高積等冶煉條件相關(guān),它決定初始氣流的分布,是維爐回旋區深度約為1.5 m。持氣流合理分布的關(guān)鍵。直接影響鼓風(fēng)動(dòng)能的兩鑒于Corex以塊煤為主要燃料,且焦炭使用個(gè)參數為風(fēng)量和風(fēng)速。從氣量上看, Corex采用.比例基本在中國煤化笠半焦由塊煤純氧冶煉,總氧氣單耗約為520 m'/t,其中燒嘴氧裂解產(chǎn)生。CNMHG風(fēng)口焦的粒氣單耗約150 m/t,風(fēng)口氧氣單耗370 m'/t;而與度遠不及高分。Ms2可自山,wrex風(fēng)口前端2013年第1期的焦炭和半焦粒度很小，最靠近風(fēng)口的焦炭和半4爐腹煤氣量及成分焦粒度只有9.43mm,Corex風(fēng)口前端主要為高爐通常以容積利用系數、焦比和冶煉強度<6.3 mm的焦炭和半焦細粉。Corex 鼓風(fēng)動(dòng)能作為冶煉技術(shù)重要的經(jīng)濟指標。但也有一-些冶金較小加之半焦粒度小導致其風(fēng)口回旋區深度僅為工作者提出以爐腹煤氣量指數作為衡量高爐強化同爐缸直徑高爐的回旋區深度的- - 半13,4)。冶煉程度的參數,因而,爐腹煤氣量指數作為生產(chǎn)00操作和工程設計的參數越來(lái)越受到重視。+平均粒度某鋼廠(chǎng)1號和2號2500 m3高爐爐腹煤氣量士< 6.3 mm粉率指數控制在61 ~64 m'/(min●m2 )的水平,在標況下?tīng)t腹煤氣的空塔流速為1.0~1.1 m/s。高爐爐腹煤氣有一半為N2,其余為CO和H,其比例約為6:1(表3)。Corex 的爐腹煤氣指數大概50100 150 200 250在40~45 m'/( min●m2 )范圍內，較高爐低很多。距風(fēng)口距離/cm而Corex爐腹煤氣最主要的成分為CO,比例在90%以上,余下為少量的N2。Corex風(fēng)口噴煤時(shí),圖2 Corex風(fēng)口 焦平均粒度和爐腹煤氣中有少量的H2(表4)。粉率隨取樣深度的變化表3高爐爐腹煤氣數據(噴煤 t 160 kg/t)爐腹煤氣量/(m' .s-I)爐缸直徑/m爐缸截面積/m2爐腹煤 氣指數/(m.s-')VH2/%Vco/%Vr2/%101.1 1)98.51.0.035.658.4105.22)11.298. 51.37.56. 11):某鋼廠(chǎng)1號2500m3高爐; 2)某鋼廠(chǎng)2號2500 m2高爐。表4 Corex 氣化爐爐腹煤氣數據熔煉率/爐腹煤氣量/爐缸直徑/爐缸截面積V爐腹煤氣指數/Vn2/Vo/(t.h-)(m' .s小)m(m.s-')%16040.39.469.40.580.03.51845.396.5.51601)44.99.0.656.490.7.918050.60.736.1) :Corex噴煤量噸鐵160 kg (Corex工藝模型計算值)。與高爐相比,相同爐缸直徑下, Corex爐腹(2)高爐噸鐵風(fēng)量約為Corex 的3倍左右，煤氣量比高爐小,回旋區很小,且死料柱內粉末高爐實(shí)際風(fēng)速較Corex高出50 ~ 100 m/s,使其鼓含量比高爐高得多,這勢必導致Corex爐缸活躍風(fēng)動(dòng)能為Corex的6倍。區面積小,爐缸嚴重不活。需要指出的是,氣化(3) Corex 鼓風(fēng)動(dòng)能較小,風(fēng)口區半焦粒度較爐爐料中焦炭比例少且半焦多為小顆粒,爐料小，其風(fēng)口回旋區深度為0.7 ~0.8 m,僅為同爐透氣性很差,極大地限制了爐腹煤氣指數的上缸直徑高爐的回旋區深度的一-半。限,從而給Corex高熔煉率穩定生產(chǎn)帶來(lái)了操作(4)高爐爐腹煤氣大半為N,其余為CO和.難度。H2 ;而Corex的爐腹煤氣中CO在90%以上,與高爐差別很大。Corex 爐腹煤氣指數大約在5結論0. 58 ~0.73 m/s內較高爐1.0~1.1 m/s低很多。(1)Corex風(fēng)口理論燃燒溫度比高爐高出1(5) Corex風(fēng)口理論燃燒溫度高,鼓風(fēng)動(dòng)能500~16009,這是全氧冶煉的典型特點(diǎn),但其風(fēng)小,風(fēng)口回旋中國煤化工集中;氣化口煤氣量約為高爐的2/3左右。MHCNMHG第72頁(yè)),72●2013年第1期有的TMCP條件和熱處理條件進(jìn)行了最佳化,在利用低Pem的適當成分設計,減輕了焊接時(shí)的預充分滿(mǎn)足了母材強度、韌性規格值要求的同時(shí),還熱要求,改善了鋼材的焊接施工性。表5開(kāi)發(fā)的鋼管的化學(xué)成分和機械性能化學(xué)成分/%厚度/直徑/YP/TS/YRV規格wMn其他WCeqcmmm壁厚MPa%J40096617KSAT3850. 141.35Nb.Ti0.38657358920350205105878KSAT4000.181.550.340.178007579280Cu、Ni、17594686284KSAT500 0. 121.47Mo、V0.430.230023546527Cu、Ni.Cr.109002222KSAT630 0.051.990.27Mo.B01216YP:屈服強度;TS:抗拉強度; YR:屈服比;↓Eo:夏比沖擊吸收能3結語(yǔ)同時(shí)能確保嚴格尺寸精度的產(chǎn)品精軋技術(shù),達到為了滿(mǎn)足東京晴空塔對高性能鋼材的需求,了向鋼材用戶(hù)的穩定供應。新日鐵、JFE鋼鐵等日本多家鋼鐵公司都積極響應,或獨自或與其他公司合作開(kāi)發(fā)出高強度、高韌參考文獻性易高空焊接的高端產(chǎn)品。[1] 東京入力少川一查支之百JFE又千一兒D鋼管從JFE鋼鐵應對東京晴空塔項目中,可以發(fā)[J]. JE入千一兒口以一,67 ,2009(11);14-15.現對于用戶(hù)所需的高端產(chǎn)品,JFE鋼鐵公司采用2] 東京又力1川川一向汁高強度門(mén)形鋼管8300卜>0納人奩完了[J].JFE又千一兒口不) - ,2010,了由產(chǎn)銷(xiāo)研各相關(guān)部門(mén)共同參與的項目形式來(lái)組74(8):9.織推進(jìn),項目組長(cháng)通常由董事級高管擔任,并確定3] 世界-0)高蘭在誇石觀(guān)光夕7一東京又力彳少川指導會(huì )議的責任單位,定期召開(kāi)會(huì )議,以確保項目一仁新開(kāi)凳鋼「高降伏強度鋼材」加大量探用沿著(zhù)正確的方向按計劃實(shí)施。[R-0L] ,htp://www. nsc. co. jp/[2009-8 -26].JFE鋼鐵公司還定期開(kāi)展用戶(hù)意見(jiàn)征詢(xún)和用4] 革新的超高張力錒H-SA700奩世界初受注一大地戶(hù)訪(fǎng)談,收集用戶(hù)信息,并以用戶(hù)信息為基礎制定震仁耐元、大久八心功空間在實(shí)現L末寸[ R-0L],用戶(hù)戰略,在營(yíng)業(yè)部、品種部、制鐵所.制造所、研http://www. sumitonometals. co. jp/[2011-7-8].究部廣]間共享這些用戶(hù)戰略,并組成項目團隊,橫5] 大宮良信,藤內秀人,岡崎喜臣.厚板分野OJP 2沁夕>不上高機能商品[J].神戶(hù)襲鐧技報，向合作,應對用戶(hù)需求、提高業(yè)務(wù)效率。2009 ,59(1) :40 -45.JFE鋼鐵公司通過(guò)產(chǎn)銷(xiāo)研一體化,實(shí)施新規6] 東京又力少一盞上廣開(kāi)業(yè)[ N],銑鋼新聞,2012格鋼管的開(kāi)發(fā)和早期銷(xiāo)售活動(dòng),，確立了能確保高-5-22.強度大口徑厚壁鋼管的強度、韌性、焊接施工性,(上接第44 頁(yè))爐風(fēng)口前理論燃燒溫度的思考[J].煤炭學(xué)報,爐爐料中焦炭比例少且小顆粒半焦多,爐料透氣2010 ,35(10) :1730 - 1734.性差,氣化爐爐缸中心不活,死料柱體積較大,冶2]李肇毅. 高爐風(fēng)口理論燃燒溫度分析[J].寶鋼技術(shù),2011(4):5-7.煉的活躍區域較小,不利于高產(chǎn)。與之相比,高爐[3]李肇毅,郭麗,吳勝利,等.COREX-3000爐缸狀況由于風(fēng)口前端的焦炭粒度較大,透氣透液性好,鼓和風(fēng)口回旋區分析[C].2008寶鋼學(xué)術(shù)年會(huì ),2008:風(fēng)動(dòng)能和風(fēng)口回旋區也較大,爐缸工作狀態(tài)較好，215 -218.有利于高爐高產(chǎn)且其鐵水質(zhì)量?jì)?yōu)于Corex。_4] Pal Subrata, Lahiri Ashok Kumar. Effect of tuyereblocking中國煤化工[J] 2006,46(1):58:MHCNMHG .[1] 吳鏗,張二華,萬(wàn)鵬,等.關(guān)于COREX流程熔融氣化