●42●世界鋼鐵2013年第1期淺析Corex氣化爐與高爐風口區(qū)的差異王臣，徐萬仁，劉國鋒(寶山鋼鐵股份有限公司,上海201900)摘要:與高爐風口噴吹熱風不同,Corex氣化爐使用常溫氧氣,與全氧高爐風口區(qū)更為相近。鑒于兩種煉鐵工藝風口區(qū)域噴吹氣體溫度和組分的不同,以及其在冶煉過程中重要的作用,簡要對比分析了氣化爐與高爐在風口區(qū)理論燃燒溫度、鼓風動能、回旋區(qū)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(qū)別。關(guān)鍵詞:Corex;高爐;風口區(qū);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前言風口區(qū)內(nèi)主要指標的差異,以便深人認識這兩種高爐煉鐵是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)流程，工藝的差別。而高爐工藝面臨其賴以生存的焦炭供應(yīng)緊張的嚴重問題。在焦煤資源日趨匱乏之際,開發(fā)應(yīng)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(shù)成功實現(xiàn)和還原劑主要來自風口區(qū)域。風口前焦炭和噴吹了穩(wěn)定工業(yè)化生產(chǎn)的非高爐煉鐵工藝。無論高爐燃料燃燒所能達到的最高絕熱溫度,即假定風口還是Corex熔化氣化爐,風口區(qū)的冶金行為直接前燃料燃燒放出的熱量全部用來加熱燃燒產(chǎn)物時影響著其下部煤氣的分布、爐料的下降以及整個所能達到的最高溫度(風口前理論燃燒溫度)。爐內(nèi)的傳熱傳質(zhì)過程" ,因此,風口區(qū)在整個冶理論燃燒溫度的高低不僅決定了爐缸的熱狀態(tài)，煉過程起著非常重要的作用。與高爐風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,這對于風口區(qū)更為相近。鑒于噴吹氣體溫度和組分的不Corex氣化爐來說也有著相似的規(guī)律。同,氣化爐與高爐在風口區(qū)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(qū)大小和鼓風動能等重要指標設(shè):①風口噴中國煤化工不完全燃燒有著較大的差別，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%)。風口發(fā)生化學(xué)反其產(chǎn)量相當?shù)母郀t噸鐵風量約1 200 m' ,是Corex應(yīng)及反應(yīng)熱焓如下:氣化爐風口氣量的3倍左右。在風量確定的前提C+1/202=Co.下,影響風速的因素有風溫、風壓和風口面積,高AH298 =- 110.5 kJ●mol-'爐1250氣的風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,但綜合考慮風壓和進風面積后,高爐的實際風速大概在200 ~ 250 m/s,而Corex△H28 = 131. 96 kJ . mol~'風口區(qū)理論燃燒溫度計算結(jié)果見表1。氣化爐的實際風速大概維持在165 ~ 185 m/s。Corex氣化爐熔煉率在160Vh時鼓風動能為表1 Corex和Finex風口區(qū)理論燃燒溫度15 kJ/s (圖1),僅有高爐風口鼓風動能的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")要原因是高爐熱風中氮氣量較多,導(dǎo)致風口煤氣圍1 Corex 3000熔煉率與鼓風動能關(guān)系量大,拉低了理論燃燒溫度。與Corex工藝不同,高爐調(diào)節(jié)理論燃燒溫度的手段和措施較多,如鼓風參數(shù)(風溫、濕度)、噴煤量(煤種)和富氧率等。3風口回旋區(qū)深度通常將以上幾個手段合理配合,使風口理論燃燒在高爐內(nèi),風口回旋區(qū)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高爐內(nèi)的傳熱比,通常將風溫保持在最高水平，將濕度控制在最傳質(zhì)過程;在Corex熔化氣化爐內(nèi),風口回旋區(qū)為低水平,而將噴吹燃料量和富氧率作為調(diào)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侄巍３?不論高爐還是Corex熔化氣化爐,風口回旋區(qū)都是其內(nèi)部極其重要的反應(yīng)區(qū)域。表2各國高爐理論燃燒溫度根據(jù)Corex風口取樣分析,得出風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,隨著取樣深度的增加,平均日本福山2200~2400粒度減小,而且在距風口前端50 ~ 100 cm的地方君津3號.2 300-2350有一個明顯的轉(zhuǎn)折,由此可以推測Corex氣化爐德國施韋爾根2250 ~2300寶鋼2 002300風口回旋區(qū)的深度大約為60~ 80 cm。由Corex風口回旋區(qū)深度的經(jīng)驗公式計算可知,Corex-3000風口回旋區(qū)深度約為0.7 ~0.8 m,與風口取.2鼓風動能樣實驗推測出結(jié)果-致。對于高爐而言,由于風鼓風動能是高爐送風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,風量數(shù)，與風量、風溫、原料條件、燃料噴吹量和風口面和風速較大,風口回旋區(qū)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(qū)深度約為1.5 m。持氣流合理分布的關(guān)鍵。直接影響鼓風動能的兩鑒于Corex以塊煤為主要燃料,且焦炭使用個參數(shù)為風量和風速。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風口焦的粒氣單耗約150 m/t,風口氧氣單耗370 m'/t;而與度遠不及高分。Ms2可自山,wrex風口前端2013年第1期的焦炭和半焦粒度很小，最靠近風口的焦炭和半4爐腹煤氣量及成分焦粒度只有9.43mm,Corex風口前端主要為高爐通常以容積利用系數(shù)、焦比和冶煉強度<6.3 mm的焦炭和半焦細粉。Corex 鼓風動能作為冶煉技術(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(dǎo)致其風口回旋區(qū)深度僅為工作者提出以爐腹煤氣量指數(shù)作為衡量高爐強化同爐缸直徑高爐的回旋區(qū)深度的- - 半13,4)。冶煉程度的參數(shù),因而,爐腹煤氣量指數(shù)作為生產(chǎn)00操作和工程設(shè)計的參數(shù)越來越受到重視。+平均粒度某鋼廠1號和2號2500 m3高爐爐腹煤氣量士< 6.3 mm粉率指數(shù)控制在61 ~64 m'/(min●m2 )的水平,在標況下爐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(shù)大概50100 150 200 250在40~45 m'/( min●m2 )范圍內(nèi)，較高爐低很多。距風口距離/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風口噴煤時,圖2 Corex風口 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(shù)據(jù)(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(shù)/(m.s-')VH2/%Vco/%Vr2/%101.1 1)98.51.0.035.658.4105.22)11.298. 51.37.56. 11):某鋼廠1號2500m3高爐; 2)某鋼廠2號2500 m2高爐。表4 Corex 氣化爐爐腹煤氣數(shù)據(jù)熔煉率/爐腹煤氣量/爐缸直徑/爐缸截面積V爐腹煤氣指數(shù)/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)高爐噸鐵風量約為Corex 的3倍左右，煤氣量比高爐小,回旋區(qū)很小,且死料柱內(nèi)粉末高爐實際風速較Corex高出50 ~ 100 m/s,使其鼓含量比高爐高得多,這勢必導(dǎo)致Corex爐缸活躍風動能為Corex的6倍。區(qū)面積小,爐缸嚴重不活。需要指出的是,氣化(3) Corex 鼓風動能較小,風口區(qū)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，其風口回旋區(qū)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(shù)的上缸直徑高爐的回旋區(qū)深度的一-半。限,從而給Corex高熔煉率穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了操作(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(shù)大約在5結(jié)論0. 58 ~0.73 m/s內(nèi)較高爐1.0~1.1 m/s低很多。(1)Corex風口理論燃燒溫度比高爐高出1(5) Corex風口理論燃燒溫度高,鼓風動能500~16009,這是全氧冶煉的典型特點,但其風小,風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),72●2013年第1期有的TMCP條件和熱處理條件進行了最佳化,在利用低Pem的適當成分設(shè)計,減輕了焊接時的預(yù)充分滿足了母材強度、韌性規(guī)格值要求的同時,還熱要求,改善了鋼材的焊接施工性。表5開發(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(guī)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(jié)語同時能確保嚴格尺寸精度的產(chǎn)品精軋技術(shù),達到為了滿足東京晴空塔對高性能鋼材的需求,了向鋼材用戶的穩(wěn)定供應(yīng)。新日鐵、JFE鋼鐵等日本多家鋼鐵公司都積極響應(yīng),或獨自或與其他公司合作開發(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(yīng)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(xiàn)對于用戶所需的高端產(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)銷研各相關(guān)部門共同參與的項目形式來組74(8):9.織推進,項目組長通常由董事級高管擔任,并確定3] 世界-0)高蘭在誇石觀光夕7一東京又力彳少川指導(dǎo)會議的責任單位,定期召開會議,以確保項目一仁新開凳鋼「高降伏強度鋼材」加大量探用沿著正確的方向按計劃實施。[R-0L] ,htp://www. nsc. co. jp/[2009-8 -26].JFE鋼鐵公司還定期開展用戶意見征詢和用4] 革新的超高張力錒H-SA700奩世界初受注一大地戶訪談,收集用戶信息,并以用戶信息為基礎(chǔ)制定震仁耐元、大久八心功空間在實現(xiàn)L末寸[ R-0L],用戶戰(zhàn)略,在營業(yè)部、品種部、制鐵所.制造所、研http://www. sumitonometals. co. jp/[2011-7-8].究部廣]間共享這些用戶戰(zhàn)略,并組成項目團隊,橫5] 大宮良信,藤內(nèi)秀人,岡崎喜臣.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,應(yīng)對用戶需求、提高業(yè)務(wù)效率。2009 ,59(1) :40 -45.JFE鋼鐵公司通過產(chǎn)銷研一體化,實施新規(guī)6] 東京又力少一盞上廣開業(yè)[ N],銑鋼新聞,2012格鋼管的開發(fā)和早期銷售活動,，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)爐風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. 高爐風口理論燃燒溫度分析[J].寶鋼技術(shù),2011(4):5-7.煉的活躍區(qū)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爐缸狀況由于風口前端的焦炭粒度較大,透氣透液性好,鼓和風口回旋區(qū)分析[C].2008寶鋼學(xué)術(shù)年會,2008:風動能和風口回旋區(qū)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)量優(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,萬鵬,等.關(guān)于COREX流程熔融氣化