燒結(jié)礦分級入爐技術(shù)的實驗研究

1燒結(jié)礦分級入爐的必要性目前，5.10mm的小鋼條比例很高（截面重量約為36%）。將這些小粒條分解到大井，使大井和小井融入爐，極大地改善了爐材料的通風，促進了高密度操作的穩(wěn)定性和順利進行。因此,鞍鋼新1號高爐(3200m3)采用了燒結(jié)礦分級入爐技術(shù),這對鞍鋼煉鐵生產(chǎn)的技術(shù)進步具有重要意義。為了掌握分級布料規(guī)律,使該技術(shù)在鞍鋼新1號高爐上發(fā)揮出良好作用,我們在實驗室內(nèi)進行了實驗研究。2設(shè)備、原材料和方法的實驗2.1模型主要參數(shù)設(shè)計實驗采用二維冷態(tài)高爐模型,按爐型縱向剖面制作,厚度為125mm;其它尺寸與3200m3高爐內(nèi)型幾何相似,比例1∶20;模型右側(cè)風口以上沿高度設(shè)置14個測壓孔,左側(cè)在爐身上部沿徑向設(shè)置3排共9個測壓孔;模型上部裝有特制的布料器,能夠任意調(diào)整布料溜槽的角度,模擬無鐘布料的效果;模型中部和下部均有卸料口能夠卸料。鼓風機為葉氏5號風機,風量25.2Nm3/min,風壓20kPa。實驗工藝如圖1所示。2.2焦炭的粒度根據(jù)新1號高爐原料供料預(yù)案,我們在煉鐵總廠二燒車間取燒結(jié)礦樣進行了粒度組成分析,結(jié)果見表1。高爐實際使用的燒結(jié)礦粒度為5～40mm,焦炭的粒度為25～80mm,球團直徑9～16mm。如果按照模數(shù)20來縮小,模擬料的粒度很小,實驗無法進行,又考慮到消除附面層及繞流作用的影響,故實驗使用的原料粒度比理論上大一些,具體方案見表2。實驗用燒結(jié)礦和焦炭均取自11號高爐礦槽,主要是返礦和返焦,按不同粒度級別篩分整粒。實驗用4～6.3mm小球團在實驗室造球機上特殊制造。2.3依托工藝,考慮可行性本實驗研究的基本出發(fā)點是以鞍鋼11號高爐和新1號高爐為依托,結(jié)合現(xiàn)有的工藝和裝備條件,充分考慮現(xiàn)場實施的可行性。重點是將小粒礦從中心和邊緣區(qū)域向中間環(huán)地帶調(diào)整,尋求小粒礦落點改變時煤氣流分布的變化規(guī)律。2.3.184、84、84、84、84、84、84、84、84、84、84、84、8413期1020為了保證實驗時布料的準確性,首先進行了料流軌跡測試實驗,將布料溜槽角度分別置為12°、25°、32°、37°、42°、47°、50°、52°共8組,原料種類為:燒結(jié)礦(10～15mm、2～5mm)、焦炭(10～20mm)和混合料(30%球團+70%燒結(jié)礦2～15mm)。首先在模型上用坐標紙進行位置標定,布料時采用數(shù)碼相機對料流進行跟蹤拍攝,然后送入計算機,進行了數(shù)據(jù)處理,回歸出不同原料種類、不同溜槽角度的數(shù)學(xué)方程。2.3.2參數(shù)的選擇根據(jù)高爐實際生產(chǎn)情況的分析,影響煤氣流分布的主要因素有風量、風口直徑、平均負荷、礦石批重、布料方式及軟熔帶形狀等。(1)可減少鼓風量而使流體進入第二自?；瘏^(qū)域要使實驗?zāi)Ｐ椭袣饬魈卣髋c實際高爐一致,需要的風量非常大,實驗室根本無法實現(xiàn)。根據(jù)流體自?；卣?當氣流進入自?；瘏^(qū)以后,可不必遵守Re相等的原則,因此,只要進入自模化區(qū)域,就可以減少鼓風量而又不影響工作狀況的相似。模型自?；瘜嶒炛邪l(fā)現(xiàn),當Re大于400時,Eu即不隨Re的變化而變化,這表明流體已進入第二自?；瘏^(qū)。因此,只要取Re大于400時的風量作為模型實驗風量即可。本次實驗最終確定的風量為120m3/h和180m3/h。(2)模型開口直徑鞍鋼高爐風口直徑一般在Φ110～160mm范圍內(nèi),如按模數(shù)20縮小,模型風口直徑為5.5～8mm,這樣的小直徑風口阻損很大,需要選擇大能力的風機,實驗室難以實現(xiàn)。因此,按模型與實際高爐的動量相似原理,結(jié)合現(xiàn)有的風機能力,我們對模型風口直徑進行了重新計算和選擇。根據(jù)高爐現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)和高爐風口鼓風總動量爐缸煤氣總動量=模型風口鼓風總動量模型爐缸煤氣總動量高爐風口鼓風總動量爐缸煤氣總動量=模型風口鼓風總動量模型爐缸煤氣總動量的關(guān)系進行計算,實際風口直徑Φ120mm、140mm和160mm對應(yīng)的模型風口直徑分別為Φ16mm、19mm和22mm,最終選定的模型風口直徑為Φ19mm。(3)高爐礦石平均負荷按照鞍鋼現(xiàn)有的原料條件和生產(chǎn)數(shù)據(jù),新1號高爐礦石平均負荷確定為4.33。批重按85t考慮,折算成模型實驗批重為:礦石批重3.450kg、焦炭批重0.797kg。(4)實驗的理論計算由于本實驗屬于冷態(tài)床模擬,所以很難模擬熱態(tài)移動床中靠物料與煤氣逆向流動而自然形成的軟熔帶,因此,本實驗只能根據(jù)模型尺寸和實驗料批重量進行理論計算。按計算結(jié)果制作一定形狀的泡沫塑料塊,然后擺入模型內(nèi),作為礦石的軟熔層,塊間填滿焦炭,形成焦窗。2.3.3模型分類實驗?zāi)Ｐ蛯嶒灧謨蓚€階段進行。(1)實驗材料及試驗結(jié)果參考11號高爐試用過的方式,每間隔4批大粒礦加1批小粒礦,按O/C=4.1、批重56t折算,實驗中燒結(jié)礦料批重為2.6769kg、焦批重為0.6116kg。軟熔帶以下全部裝焦炭,軟熔帶以上根據(jù)布料軌跡測試結(jié)果按8個環(huán)位進行布料。考慮到料層的厚度因素,模型下部采用雙裝(2個料批加在一起),爐身上部采用單裝。卸料時軟熔帶以下焦炭不動,只從中間開口卸掉礦焦混合部分。實驗總風量為120m3/h(每個風口為60m3/h)。實驗共進行了7組,具體方案見表3。(2)實驗分組及裝料根據(jù)新1號高爐的原料供料預(yù)案和改造后二燒產(chǎn)品的篩分結(jié)果,確定了大粒礦和小粒礦的比例分別為3∶2和2∶1兩套分級方案。OL/Os=3∶2時,先間隔2批大粒礦加1批小粒礦,再間隔1批大粒礦加1批小粒礦。OL/Os=2∶1時,每間隔2批大粒礦加1批小粒礦。按礦焦比(O/C)=4.3、批重85t折算,實驗中燒結(jié)礦批重為3.45kg、焦批重為0.797kg。布料環(huán)位按10個進行,模型下部仍采用2個周期雙裝,爐身上部采用單裝。實驗總風量為180m3/h(每個風口為90m3/h)。實驗共進行了8組,其中:OL/Os=3∶2時兩組(基準期實驗1組B1#,分級實驗1組B2#),裝料制度分裝與混裝相同。OL/Os=3∶2時6組(全部是分級實驗B3#～B8#),裝料制度主要是調(diào)整小粒礦,使其從中心和邊緣向中間集聚,同時還嘗試了大粒礦、焦炭和小粒礦一同調(diào)整的布料制度,具體情況見表4。3結(jié)果與分析3.1探針的固定在布料過程中,分別將側(cè)面14根、背面9根測壓探針埋入料柱中,測定時側(cè)面探針從中心開始向邊緣抽動,每個探針沿徑向等分成7個測點,軟熔帶以下的5根由于不重復(fù)裝料只能在初次測定時固定在1個測點,背面9根探針固定在中心不動。3.2氣流速度檢測為了保持爐喉氣流的均勻、穩(wěn)定,每次布料結(jié)束以后,在料面上再加50mm厚的焦炭層,同時用厚度1mm的樹脂板將爐喉分割成邊緣、中間、中心、中間、邊緣5部分(A1#～A5#實驗),然后用熱線風速儀測定不同區(qū)域的氣流速度。后期實驗時,為了使測量更加全面、準確,將爐喉分割成9個區(qū)域。3.3礦焦比分布測定布料制度不同,料層的形狀和厚度也不相同。為了掌握其變化情況,在布料過程中每布完一批料就在模型玻璃上作一次標記,全部裝完以后再用透明坐標紙描下來,再根據(jù)坐標紙上的數(shù)據(jù)計算礦焦比分布。3.4料環(huán)位的確定高爐模型實驗顯現(xiàn)出了分級后的效果,分級后單位高度相對混裝的壓差降低0.18%～13.16%。從爐喉氣流速度分布曲線來看,分級的作用也十分明顯,在裝料制度完全相同的條件下,分級后的氣流分布更趨合理(見圖2,3)。從圖中可以看出,對小粒礦、大粒礦和焦炭進行同步調(diào)整,取得的效果更加理想。國外通常的做法是將小粒礦布在邊緣,以控制邊緣煤氣流,而我們鞍鋼的原燃料條件不好,穩(wěn)定性差,特別是燒結(jié)礦中粒度<25mm所占的比例偏大,邊緣壓得過重勢必影響高爐順行。因此,我們在實驗中按照從邊緣逐漸向中間集中并偏向邊緣的思路,對小粒礦、大粒礦和焦炭的布料環(huán)位逐步進行調(diào)整。綜合全部實驗結(jié)果,較為理想的布料制度是A3#、A5#、B2#