浅析Corex气化炉与高炉风口区的差异

●42●世界钢铁2013年第1期浅析Corex气化炉与高炉风口区的差异王臣，徐万仁，刘国锋(宝山钢铁股份有限公司,上海201900)摘要:与高炉风口喷吹热风不同,Corex气化炉使用常温氧气,与全氧高炉风口区更为相近。鉴于两种炼铁工艺风口区域喷吹气体温度和组分的不同,以及其在冶炼过程中重要的作用,简要对比分析了气化炉与高炉在风口区理论燃烧温度、鼓风动能、回旋区大小和炉腹煤气量及成分等重要指标的差异,以便深人认识这两种炼铁工艺的区别。关键词:Corex;高炉;风口区;气化炉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前言风口区内主要指标的差异,以便深人认识这两种高炉炼铁是现代钢铁工业生产的主导流程，工艺的差别。而高炉工艺面临其赖以生存的焦炭供应紧张的严重问题。在焦煤资源日趋匮乏之际,开发应用非1理论燃烧温度高炉炼铁工艺流程显得尤为重要,其中Corex和高炉和Corex气化炉冶炼所需的大部分热量Finex工艺是较为典型的代表,也是少数成功实现和还原剂主要来自风口区域。风口前焦炭和喷吹了稳定工业化生产的非高炉炼铁工艺。无论高炉燃料燃烧所能达到的最高绝热温度,即假定风口还是Corex熔化气化炉,风口区的冶金行为直接前燃料燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时影响着其下部煤气的分布、炉料的下降以及整个所能达到的最高温度(风口前理论燃烧温度)。炉内的传热传质过程" ,因此,风口区在整个冶理论燃烧温度的高低不仅决定了炉缸的热状态，炼过程起着非常重要的作用。与高炉风口喷吹热而且决定炉缸煤气温度,对炉料加热和还原以及风相比, Corex气化炉使用常温氧气,与全氧高炉渣铁温度和成分、脱硫等产生重大影响,这对于风口区更为相近。鉴于喷吹气体温度和组分的不Corex气化炉来说也有着相似的规律。同,气化炉与高炉在风口区理论燃烧温度、炉腹煤Corex 理论燃烧温度计算的边界条件和假气量及成分、回旋区大小和鼓风动能等重要指标设:①风口喷中国煤化工不完全燃烧有着较大的差别，因此,有必要研究气化炉和高炉生成CO;②MHCNMHG;③粉煤和世界钢铁.43.氧气温度为25C(纯度99%)。风口发生化学反其产量相当的高炉吨铁风量约1 200 m' ,是Corex应及反应热焓如下:气化炉风口气量的3倍左右。在风量确定的前提C+1/202=Co.下,影响风速的因素有风温、风压和风口面积,高AH298 =- 110.5 kJ●mol-'炉1250气的风温比气化炉常温氧气从绝对温度H2O+C=H2+CO上看要高约4倍,但综合考虑风压和进风面积后,高炉的实际风速大概在200 ~ 250 m/s,而Corex△H28 = 131. 96 kJ . mol~'风口区理论燃烧温度计算结果见表1。气化炉的实际风速大概维持在165 ~ 185 m/s。Corex气化炉熔炼率在160Vh时鼓风动能为表1 Corex和Finex风口区理论燃烧温度15 kJ/s (图1),仅有高炉风口鼓风动能的1/6喷煤量/(kg.")左右。100150200COREX理论10[721 0003879 3677 3491 3318 3 158燃烧温度/Co5 t20000 .士氧流速FINEX理论| 190003878 3675 3484 3 3023 13195 t18000t 17000高炉风口理论燃烧温度- -般控制在2000 ~185 tt16000，2200C之间,不同国家高炉理论燃烧温度的计80| 15000福75 tI1400算和控制稍有差别(表2(2)。通过比较可看出，15015516016517017518013000高炉理论燃烧温度较Corex低1 500 ~1600C,主熔炼率/(th")要原因是高炉热风中氮气量较多,导致风口煤气围1 Corex 3000熔炼率与鼓风动能关系量大,拉低了理论燃烧温度。与Corex工艺不同,高炉调节理论燃烧温度的手段和措施较多,如鼓风参数(风温、湿度)、喷煤量(煤种)和富氧率等。3风口回旋区深度通常将以上几个手段合理配合,使风口理论燃烧在高炉内,风口回旋区不但影响煤气分布,还温度保持在合理范围。-般为了降低高炉燃料影响.上部炉料的均衡下降以及整个高炉内的传热比,通常将风温保持在最高水平，将湿度控制在最传质过程;在Corex熔化气化炉内,风口回旋区为低水平,而将喷吹燃料量和富氧率作为调整理论DRI的终还原提供还原气体和热量需求。可看燃烧温度的重要手段。出,不论高炉还是Corex熔化气化炉,风口回旋区都是其内部极其重要的反应区域。表2各国高炉理论燃烧温度根据Corex风口取样分析,得出风口前焦炭序号国家公司取值范围/C平均粒度和粉率随取样深度的变化,如图2所示。荷兰霍戈文2 150~2 350法国索拉克.2 100~2 160从取样的平均粒度看,随着取样深度的增加,平均日本福山2200~2400粒度减小,而且在距风口前端50 ~ 100 cm的地方君津3号.2 300-2350有一个明显的转折,由此可以推测Corex气化炉德国施韦尔根2250 ~2300宝钢2 002300风口回旋区的深度大约为60~ 80 cm。由Corex风口回旋区深度的经验公式计算可知,Corex-3000风口回旋区深度约为0.7 ~0.8 m,与风口取.2鼓风动能样实验推测出结果-致。对于高炉而言,由于风鼓风动能是高炉送风制度中的重要指标参口前端的焦炭粒度较大，透气透液性能较好,风量数，与风量、风温、原料条件、燃料喷吹量和风口面和风速较大,风口回旋区深度较深,2000m’高积等冶炼条件相关,它决定初始气流的分布,是维炉回旋区深度约为1.5 m。持气流合理分布的关键。直接影响鼓风动能的两鉴于Corex以块煤为主要燃料,且焦炭使用个参数为风量和风速。从气量上看, Corex采用.比例基本在中国煤化笠半焦由块煤纯氧冶炼,总氧气单耗约为520 m'/t,其中烧嘴氧裂解产生。CNMHG风口焦的粒气单耗约150 m/t,风口氧气单耗370 m'/t;而与度远不及高分。Ms2可自山,wrex风口前端2013年第1期的焦炭和半焦粒度很小，最靠近风口的焦炭和半4炉腹煤气量及成分焦粒度只有9.43mm,Corex风口前端主要为高炉通常以容积利用系数、焦比和冶炼强度<6.3 mm的焦炭和半焦细粉。Corex 鼓风动能作为冶炼技术重要的经济指标。但也有一-些冶金较小加之半焦粒度小导致其风口回旋区深度仅为工作者提出以炉腹煤气量指数作为衡量高炉强化同炉缸直径高炉的回旋区深度的- - 半13,4)。冶炼程度的参数,因而,炉腹煤气量指数作为生产00操作和工程设计的参数越来越受到重视。+平均粒度某钢厂1号和2号2500 m3高炉炉腹煤气量士< 6.3 mm粉率指数控制在61 ~64 m'/(min●m2 )的水平,在标况下炉腹煤气的空塔流速为1.0~1.1 m/s。高炉炉腹煤气有一半为N2,其余为CO和H,其比例约为6:1(表3)。Corex 的炉腹煤气指数大概50100 150 200 250在40~45 m'/( min●m2 )范围内，较高炉低很多。距风口距离/cm而Corex炉腹煤气最主要的成分为CO,比例在90%以上,余下为少量的N2。Corex风口喷煤时,图2 Corex风口 焦平均粒度和炉腹煤气中有少量的H2(表4)。粉率随取样深度的变化表3高炉炉腹煤气数据(喷煤 t 160 kg/t)炉腹煤气量/(m' .s-I)炉缸直径/m炉缸截面积/m2炉腹煤 气指数/(m.s-')VH2/%Vco/%Vr2/%101.1 1)98.51.0.035.658.4105.22)11.298. 51.37.56. 11):某钢厂1号2500m3高炉; 2)某钢厂2号2500 m2高炉。表4 Corex 气化炉炉腹煤气数据熔炼率/炉腹煤气量/炉缸直径/炉缸截面积V炉腹煤气指数/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喷煤量吨铁160 kg (Corex工艺模型计算值)。与高炉相比,相同炉缸直径下, Corex炉腹(2)高炉吨铁风量约为Corex 的3倍左右，煤气量比高炉小,回旋区很小,且死料柱内粉末高炉实际风速较Corex高出50 ~ 100 m/s,使其鼓含量比高炉高得多,这势必导致Corex炉缸活跃风动能为Corex的6倍。区面积小,炉缸严重不活。需要指出的是,气化(3) Corex 鼓风动能较小,风口区半焦粒度较炉炉料中焦炭比例少且半焦多为小颗粒,炉料小，其风口回旋区深度为0.7 ~0.8 m,仅为同炉透气性很差,极大地限制了炉腹煤气指数的上缸直径高炉的回旋区深度的一-半。限,从而给Corex高熔炼率稳定生产带来了操作(4)高炉炉腹煤气大半为N,其余为CO和.难度。H2 ;而Corex的炉腹煤气中CO在90%以上,与高炉差别很大。Corex 炉腹煤气指数大约在5结论0. 58 ~0.73 m/s内较高炉1.0~1.1 m/s低很多。(1)Corex风口理论燃烧温度比高炉高出1(5) Corex风口理论燃烧温度高,鼓风动能500~16009,这是全氧冶炼的典型特点,但其风小,风口回旋中国煤化工集中;气化口煤气量约为高炉的2/3左右。MHCNMHG第72页),72●2013年第1期有的TMCP条件和热处理条件进行了最佳化,在利用低Pem的适当成分设计,减轻了焊接时的预充分满足了母材强度、韧性规格值要求的同时,还热要求,改善了钢材的焊接施工性。表5开发的钢管的化学成分和机械性能化学成分/%厚度/直径/YP/TS/YRV规格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:屈服强度;TS:抗拉强度; YR:屈服比;↓Eo:夏比冲击吸收能3结语同时能确保严格尺寸精度的产品精轧技术,达到为了满足东京晴空塔对高性能钢材的需求,了向钢材用户的稳定供应。新日铁、JFE钢铁等日本多家钢铁公司都积极响应,或独自或与其他公司合作开发出高强度、高韧参考文献性易高空焊接的高端产品。[1] 東京入力少川一查支之百JFE又千一儿D鋼管从JFE钢铁应对东京晴空塔项目中,可以发[J]. JE入千一儿口以一,67 ,2009(11);14-15.现对于用户所需的高端产品,JFE钢铁公司采用2] 東京又力1川川一向汁高強度門形鋼管8300卜>0納人奁完了[J].JFE又千一儿口不) - ,2010,了由产销研各相关部门共同参与的项目形式来组74(8):9.织推进,项目组长通常由董事级高管担任,并确定3] 世界-0)高兰在誇石觀光夕7一東京又力彳少川指导会议的责任单位,定期召开会议,以确保项目一仁新開凳鋼「高降伏強度鋼材」加大量探用沿着正确的方向按计划实施。[R-0L] ,htp://www. nsc. co. jp/[2009-8 -26].JFE钢铁公司还定期开展用户意见征询和用4] 革新的超高張力錒H-SA700奁世界初受注一大地户访谈,收集用户信息,并以用户信息为基础制定震仁耐元、大久八心功空間在实現L末寸[ R-0L],用户战略,在营业部、品种部、制铁所.制造所、研http://www. sumitonometals. co. jp/[2011-7-8].究部广]间共享这些用户战略,并组成项目团队,横5] 大宫良信,藤内秀人,冈崎喜臣.厚板分野OJP 2沁夕>不上高機能商品[J].神戶襲鐧技報，向合作,应对用户需求、提高业务效率。2009 ,59(1) :40 -45.JFE钢铁公司通过产销研一体化,实施新规6] 東京又力少一盏上广開業[ N],銑鋼新聞,2012格钢管的开发和早期销售活动,，确立了能确保高-5-22.强度大口径厚壁钢管的强度、韧性、焊接施工性,(上接第44 页)炉风口前理论燃烧温度的思考[J].煤炭学报,炉炉料中焦炭比例少且小颗粒半焦多,炉料透气2010 ,35(10) :1730 - 1734.性差,气化炉炉缸中心不活,死料柱体积较大,冶2]李肇毅. 高炉风口理论燃烧温度分析[J].宝钢技术,2011(4):5-7.炼的活跃区域较小,不利于高产。与之相比,高炉[3]李肇毅,郭丽,吴胜利,等.COREX-3000炉缸状况由于风口前端的焦炭粒度较大,透气透液性好,鼓和风口回旋区分析[C].2008宝钢学术年会,2008:风动能和风口回旋区也较大,炉缸工作状态较好，215 -218.有利于高炉高产且其铁水质量优于Corex。_4] Pal Subrata, Lahiri Ashok Kumar. Effect of tuyereblocking中国煤化工[J] 2006,46(1):58:MHCNMHG .[1] 吴铿,张二华,万鹏,等.关于COREX流程熔融气化