碳減排背景下的多元化煉鐵舉措

聶榮恩，張文政

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前言

近年來，面對原輔料價格及行業(yè)市場波動劇烈等諸多因素和挑戰(zhàn)，“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。前有寶武、鞍鋼等統(tǒng)內(nèi)御外，紛紛發(fā)布碳達(dá)峰目標(biāo)時間表和宣言；后有建龍、德龍等骨干民營企業(yè)兼并重組。

天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（聯(lián)合特鋼）嚴(yán)格遵循國家“雙碳”政策導(dǎo)向，及時動態(tài)調(diào)控鐵前生產(chǎn)組織模式，立足當(dāng)下（聯(lián)合特鋼無自主焦?fàn)t、無氫冶金和直接還原），直面挑戰(zhàn)，開拓出一條屬于自己的“聯(lián)合之路”，充分發(fā)揮全面預(yù)算、動態(tài)監(jiān)控的引領(lǐng)作用；明確極致提產(chǎn)、能耗最低的經(jīng)營戰(zhàn)略。“雙碳”工作除了要有堅定的態(tài)度，更離不開科學(xué)的細(xì)節(jié)支撐，聯(lián)合特鋼技術(shù)中心廣納賢明，與國內(nèi)知名科研院校建立穩(wěn)定、深入的合作關(guān)系，同時公司以創(chuàng)新工作室為抓手，開展了高爐大礦批下爐缸活躍指數(shù)監(jiān)控、恒濕鼓風(fēng)、鐵水連續(xù)測溫、焦炭水分快速檢測、熱風(fēng)爐無擾動換爐等技術(shù)，充分利用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝及技術(shù)，減少碳排放、降低高爐煉鐵生產(chǎn)成本，實現(xiàn)高爐長周期穩(wěn)定順行。

2 煉鐵舉措

2.1 大礦批下的爐缸活躍指數(shù)監(jiān)控技術(shù)

高爐上部塊狀帶爐料按照下料順序以一層礦、一層焦的層狀結(jié)構(gòu)分布，礦石層與焦炭層的透氣性差別較大，往往在焦炭層煤氣更容易通過。如果擴大礦批，礦石層的厚度發(fā)生改變，能夠影響上部煤氣流的分布，煤氣流的分布又影響著煤氣的利用率［1］。采用大礦批能減少礦石和焦炭的界面效應(yīng)，穩(wěn)定高爐煤氣流分布，實現(xiàn)降低燃料消耗的目的。

聯(lián)合特鋼公司通過擴大礦批，隨時關(guān)注高爐上部氣流分布，經(jīng)過長時間實踐，制定出在擴大礦批的布料矩陣。聯(lián)合特鋼大礦批布料矩陣見表1。

表1 聯(lián)合特鋼大礦批布料矩陣

隨著礦批的調(diào)整，借助北科大渣鐵穿焦實驗裝置，模擬高爐爐缸渣鐵協(xié)同穿過焦炭層的滴落過程，考察焦床性質(zhì)、渣相組分對渣鐵滯留率及滴落速率的影響規(guī)律，建立渣鐵穿焦物理傳輸模型，分析模型公式中不同因素對渣鐵滯留率和滯留量的影響，探明實際高爐生產(chǎn)滯留率、滯留量和死料柱清潔指數(shù)的變化規(guī)律，為實現(xiàn)高爐爐缸活性的有效調(diào)控提供理論基礎(chǔ)及應(yīng)用支撐。

通過下部風(fēng)口調(diào)整，依據(jù)風(fēng)速、鼓風(fēng)動能等參數(shù)調(diào)整，改善煤氣的初始分布，結(jié)合風(fēng)溫、噴煤、富氧等調(diào)節(jié)手段，實現(xiàn)提高爐缸中心溫度，活躍爐缸的目的［2］。

2.2 高爐恒濕鼓風(fēng)技術(shù)

高爐鼓風(fēng)濕分是影響高爐運行的重要因素之一。高爐鼓風(fēng)濕分的控制是實現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行的有效手段。針對高爐在鼓風(fēng)濕分監(jiān)測和控制方面以及高爐下部調(diào)劑存在的缺陷，經(jīng)過試驗研究，成功應(yīng)用了獨特的鼓風(fēng)濕分測控系統(tǒng)。實現(xiàn)了鼓風(fēng)濕分的高精度控制，同時發(fā)揮了鼓風(fēng)濕分對高爐運行的重要調(diào)節(jié)作用，通過對鼓風(fēng)自然濕分進(jìn)行測量，結(jié)合高爐操作所需要的鼓風(fēng)含濕量，自動調(diào)節(jié)蒸汽流量。在加入點的下游設(shè)置鼓風(fēng)濕分監(jiān)測裝置，作為濕分閉環(huán)調(diào)節(jié)控制的控制參數(shù)。高爐鼓風(fēng)加濕量將基于高爐對理論燃燒溫度的控制需要、結(jié)合風(fēng)溫、爐缸熱狀態(tài)的發(fā)展趨勢、高爐壓差及順行狀況、其他下部調(diào)劑手段的使用情況等綜合因素來決定。

恒濕鼓風(fēng)對鼓風(fēng)動能無影響，利用加濕鼓風(fēng)能夠在檢修、開爐等特殊爐況條件下實現(xiàn)爐況的快速恢復(fù)，可以平衡理論燃燒溫度偏高引起的爐況不順。聯(lián)合特鋼使用的鼓風(fēng)濕分控制系統(tǒng)見圖1。

圖1 聯(lián)合特鋼使用的鼓風(fēng)濕分控制系統(tǒng)

2.3 鐵水連續(xù)測溫及焦炭水分速檢測技術(shù)

鐵水溫度是操作高爐的重要參數(shù)。目前高爐生產(chǎn)過程中，鐵水測溫采用熱電偶傳感器進(jìn)行測溫，該裝置需要將熱電偶與鐵水進(jìn)行接觸來進(jìn)行測溫，測量過程需要人工手持測溫槍進(jìn)行操作，耗費大量的人力和物力，而且測溫結(jié)果不連續(xù)，需要重復(fù)進(jìn)行測量操作，不能準(zhǔn)確反映爐缸熱狀態(tài)及波動等問題。為此，在鐵口處對鐵水流股進(jìn)行連續(xù)測溫，不僅可以彌補上述不足，而且可以消除主溝和撇渣器帶來的溫降影響，更直接、更準(zhǔn)確代表了爐缸內(nèi)渣鐵溫度的狀態(tài)和變化過程，實現(xiàn)爐缸熱狀態(tài)及波動的準(zhǔn)確監(jiān)測，為高爐操作者及時掌握爐缸熱狀態(tài)并進(jìn)行調(diào)劑、保障生產(chǎn)穩(wěn)定順行提供技術(shù)支撐。鐵水連續(xù)測溫采用特殊紅外測溫方法，對鐵口處的鐵水流股進(jìn)行遠(yuǎn)距離間接測溫。通過固定探頭實時在線測量一次出鐵過程的溫度，測量結(jié)果通過信號線傳輸至主控室的上位機，使用專用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，得到整個出鐵過程的溫度曲線，并將曲線上的值以4～20 mA信號輸出。為保持測點始終對準(zhǔn)鐵水流股，系統(tǒng)采用動態(tài)攝像和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)手段，在操作室的工控機上通過軟件隨時完成測量目標(biāo)瞄準(zhǔn)作業(yè)。

為了快速檢測焦炭水分，給高爐操作提供依據(jù)，根據(jù)烘干稱重原理，采用快速干燥技術(shù)和自動稱量換算方法，實現(xiàn)物料水分準(zhǔn)確快速測量。解決傳統(tǒng)烘箱的測量時間嚴(yán)重滯后和繁瑣的稱量換算問題，尤其適合鋼鐵生產(chǎn)現(xiàn)場的物料水分監(jiān)測及控制。用于焦炭水分測量時，可無需破碎，直接測量。快速檢測焦炭水分可以消除焦炭水分給高爐負(fù)荷帶來的影響，為高爐操作及時提供調(diào)整依據(jù)，維持爐溫、爐況穩(wěn)定。

2.4 熱風(fēng)爐無擾動換爐技術(shù)

針對熱風(fēng)爐換爐過程中風(fēng)壓和風(fēng)量波動問題（風(fēng)壓降低12 kPa，風(fēng)量減少2 400 m3），自主研發(fā)壓縮空氣充壓換爐技術(shù)，自行設(shè)計制作控制系統(tǒng)，通過設(shè)置獨立氣源進(jìn)行充壓，實現(xiàn)了零擾動換爐，同時促進(jìn)了高爐穩(wěn)定順行，實現(xiàn)了可觀的效益。

通過啟用單獨壓縮空氣氣源進(jìn)行均壓操作，從而保證了高爐內(nèi)部的穩(wěn)定順行，該系統(tǒng)進(jìn)行充壓時能夠減少換爐時鼓風(fēng)機冷風(fēng)充壓系統(tǒng)運行造成高爐風(fēng)壓、風(fēng)量的波動。考慮到總網(wǎng)內(nèi)部氣體壓力的波動以及新型系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能，聯(lián)合特鋼還進(jìn)行了充壓緩沖裝置設(shè)計及雙保障液壓控制系統(tǒng)創(chuàng)新，為新型技術(shù)的應(yīng)用提供了保障。

熱風(fēng)爐零擾動換爐系統(tǒng)實現(xiàn)了閥門智能聯(lián)鎖動作及智能充壓過程。該系統(tǒng)將壓縮氣體的流量數(shù)據(jù)傳遞給電控裝置，電控裝置依據(jù)設(shè)定的流量數(shù)值來控制調(diào)節(jié)閥的開度，確保進(jìn)入熱風(fēng)爐的流量滿足要求。熱風(fēng)爐內(nèi)安裝壓力變送器，當(dāng)熱風(fēng)爐壓力大于冷風(fēng)管道壓力時，自動切斷快切閥實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，確保冷風(fēng)管道壓力和熱風(fēng)爐壓力保持一致。

3 結(jié)語

聯(lián)合特鋼3#高爐通過采取大礦批下的爐缸活躍指數(shù)監(jiān)控技術(shù)、恒濕鼓風(fēng)技術(shù)、熱風(fēng)爐無擾動換爐技術(shù)、鐵水溝連續(xù)測溫等技術(shù)，取得了較好的效果，年高爐燃料比由530 kg/t降低至522 kg/t，高爐利用系數(shù)由3.70 t/（m3·d）提高至3.98 t/（m3·d），熱風(fēng)爐換爐過程中的壓力波動降低至1 kPa以內(nèi)，生產(chǎn)主要技術(shù)指標(biāo)大幅度提升，實現(xiàn)了高爐低碳生產(chǎn)。