一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法。

背景技术

废钢是钢铁厂在生产过程中不成为产品的钢铁废料以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，其中成分为钢的叫废钢，成分为生铁的叫废铁，统称为废钢，废钢主要分为重型、中型、小型、统料型轻料型等五大类。废钢主要用于长流程转炉中的炼钢添加料或短流程电炉的炼钢主料。。

高炉炼铁的任务是用还原剂(C、CO、H

高炉冶炼过程中，如果能够更多利用废钢资源，可有效降低冶炼作业的能源消耗，同时降低生产中的环保风险，为炼钢降低铁耗做出积极的贡献。高炉配加废钢会使废钢利用率得到大幅提升，在高炉中仅需对废钢进行加热熔化为铁水即可，无需对其进行还原，可以大幅提高高炉产能和生产效率，燃料消耗明显降低。

但是现有高炉冶炼时废钢的加入量受到添加方法和炉况难行的限制。现有高炉系统加废钢措施包括铁后添加和铁前添加，铁后添加方法有在铁水罐内添加以及铁水沟内添加，铁前添加为烧结矿配料添加。其中铁水罐内和铁水沟内添加废钢均受温度的限制导致废钢的添加量有限，上限值仅为50kg/t；烧结矿配料添加受氧化铁皮及粒钢的用量限制导致添加量也较小，上限值仅为40kg/t。

而高炉中废钢的加入会影响高炉内煤气流的稳定性，一味地为了降低燃料消耗量而加入大量废钢，容易导致高炉生产不稳定，高炉难行的问题，从而影响高炉冶炼的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法，以解决常规高炉冶炼过程中的废钢的加料方法和炉况难行导致废钢加入量有限，不利于降低能源的消耗的问题。

为达到上述目的，本发明提供的基础方案为：一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：预备烧结原料，所述烧结物料包括废钢和烧结物料，对加工完成的废钢通过筛选设备分拣，筛选尺寸合格的废钢；

S2：将符合上料尺寸的废钢和烧结物料分别运送到高炉上料系统的供料区域中的地料仓处；

S3：将烧结物料和废钢分别按照设定的排料顺序排布，运用高炉上料系统上料至料罐中，并将烧结物料和废钢根据设计的布料矩阵装入炉内；

S4：依照合理的冶炼要求控制相关冶炼参数，开展冶炼作业。

本发明的原理在于：本发明通过将废钢利用高炉自有的高炉上料系统进行上料，通过控制废钢的尺寸，并与烧结物料按照调整的排料顺序，依次装入高炉上料系统中的料罐内，并依照优化的布料矩阵合理布置烧结物料和废钢的位置，物料加入完毕后按照冶炼要求开展冶炼作业。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明将废钢利用高炉自有的上料系统设备加入高炉中，无需为废钢的加入过程设置专门的废钢上料装置，节省成本；

(2)通过调整烧结物料和废钢的排料顺序，在保证高炉稳定顺行的基础上，利用高炉上料系统配加废钢时，废钢的加入量有所提高，加入高炉内的废钢比有所提高，相应地减少烧结物料的用量，从而降低了烧结物料的消耗量；

(3)通过优化烧结物料和废钢在高炉中的布料矩阵，调整每一批料中料序的排布，实现了废钢在高炉炉喉平面的位置定位，以及各烧结物料和废钢在炉喉处环带上的精准分布，为高炉运行时产生稳定的煤气流做准备，保证高炉生产稳定；

(4)通过提高了废钢的加入量，进而降低了高炉CO

方案二，此为基础方案的优选，所述步骤S1中废钢的尺寸≤100mm，尺寸＞100mm的废钢的量在废钢总量中的占比不超过10％；当废钢尺寸＞100mm时下料过程中存在出现堵料现象的可能，工作人员需要增加清堵作业，控制废钢尺寸可以尽量避免卡堵现象的发生。

方案三，此为基础方案的优选，所述步骤S1中烧结物料为烧结矿、球团矿、块矿和焦丁；采用烧结矿、球团矿和块矿等矿料，以及焦丁分别加入高炉中，保证了高炉正常的铁水生产作业。

方案四，此为基础方案的优选，所述步骤S3中，排料顺序为2/3烧结矿→球团矿→废钢→焦丁→块矿→1/3烧结矿；

通过调整的排料顺序，有助于废钢后续在高炉中布料时，不影响高炉中生产时的煤气流，将废钢布置在远离炉墙和高炉中心的位置，便不会使得加入的废钢分别对边缘煤气通道和中心煤气通道造成影响。

方案五，此为基础方案的优选，所述步骤S4中，布料矩阵为：O 34

方案六，此为方案五的优选，在所述布料矩阵中，2/3烧结矿布置在34

依照烧结物料和废钢的排料顺序，从布料器和布料溜槽中将烧结原料加入高炉中，并对应布置在布料矩阵的环带上，使得布料合理有助于高炉生产的稳定顺行。

方案七，此为方案五的优选，所述C 16

方案八，此为方案二的优选，所述步骤S1中筛选设备为棒条筛，所述棒条筛的筛孔为100mm；通过棒条筛对废钢进行筛分，将废钢尺寸控制在100mm以下，避免利用高炉上料系统加入废钢的过程中将上料设备卡住。

附图说明

图1是本发明一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法中高炉上料系统的结构示意图；

图2是本发明一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法中未配加废钢时高炉炉喉纵向剖面示意图；

图3是本发明一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法中未配加废钢时高炉炉喉横向截面示意图；

图4是本发明一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法中配加废钢时高炉炉喉纵向剖面示意图；

图5是本发明一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法中配加废钢时高炉炉喉横向截面示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1中的附图标记包括：1、地料仓；2、给料机一；3、运矿皮带；4、下料溜槽一；5、下料溜槽二；6、料仓；7、给料机二；8、振动筛；9、称量斗；10、激振器；11、扇形门；12、上料皮带；13、下料溜槽三；14、受料斗；15、挡料阀；16、上密阀；17、料罐；18、料流阀；19、下密阀；20、布料器；21、布料溜槽。

如图1至图5所示：一种利用高炉上料系统提高废钢加入量的方法，包括如下步骤：

S1：预备烧结原料，所述烧结物料包括废钢和烧结物料，对加工完成的废钢通过筛选设备分拣，筛选尺寸合格的废钢；

S2：将符合上料尺寸的废钢和烧结物料分别运送到高炉上料系统的供料区域的地料仓处；

S3：将烧结物料和废钢分别按照设定的排料顺序排布，运用高炉上料系统上料至料罐中，并将烧结物料和废钢根据设计的布料矩阵装入炉内；

S4：依照合理的冶炼要求控制相关冶炼参数，开展冶炼作业。

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。

操作人员预备烧结原料，烧结物料包括废钢和烧结物料，其中烧结物料为烧结矿、球团矿、块矿和焦丁，其中废钢的预备时需要经过供应商和厂内职工的两次核查，严格把控入炉的废钢尺寸。

表1废钢尺寸对高炉上料系统的影响

通过在高炉上料系统中反复实践运行得出表1，由表1可知，当废钢尺寸＞100mm时下料过程中存在出现堵料现象的可能，同时给料机也会出现堵料问题。由于高炉上料系统中的下料溜槽一和下料溜槽二出料端的长和宽均为500mm，扇形门尺寸为长600mm宽300mm，废钢尺寸不合格时在下料溜槽一、下料溜槽二和扇形门处发生卡堵现象的情况最为严重；在废钢尺寸＞150mm且尺寸＞100mm废钢量在废钢总量中的占比大于10％的上料情况下，给料机一、下料溜槽一、下料溜槽二、给料机二、扇形门和料流阀分别会出现不同频次的卡堵现象。

同时，在不影响后序高炉下料作业的前提下，一批烧结原料的上料时间不得超过225s，在上料过程中不发生卡堵现象的情况下，上料时间为180s左右，若出现堵料、卡料现象，处理一次堵料、卡料的时间至少需要90s，因此出现卡堵现象并处理堵料的上料过程需要至少用时270s，超过了225s，会影响高炉正常的下料作业，从而影响整个冶炼周期。

因此，应尽量控制入炉的废钢尺寸≤100mm，尺寸＞100mm的废钢的量占入炉废钢总量低于10％，其中应控制废钢的最大尺寸≤150mm。

供应商预先通过破碎尺寸为100mm的破碎机对废钢进行破碎加工，加工完成的废钢通过筛选设备分拣，筛选设备采用筛孔为100mm的棒条筛，筛分测定＞100mm的比例占比，过筛后在场地平铺进行第一次核查分拣，将尺寸＞150mm左右的废钢及时捡出；废钢运送到厂内卸料至地料仓仓口，在废钢加入地料仓前由炼铁厂职工进行第二次核查，无大尺寸的废钢即可准备加入地料仓。

将烧结矿、球团矿、块矿、焦丁和废钢放置在地料仓仓口处的供料区域，准备通过高炉的上料系统上料，由上料系统中的输送装置承担烧结矿、球团矿、块矿、焦丁和废钢的主要输送任务，输送装置包括运矿皮带和上料皮带；在输送废钢时，由设备控制端分别启动运矿皮带和上料皮带，同时确认关闭这四个输送装置上方的永磁除铁器，防止永磁除铁器将废钢吸附走；在输送烧结矿、球团矿、块矿和焦丁时，由设备控制端分别启动运矿皮带和上料皮带，同时开启这四个输送装置上方的永磁除铁器，将烧结矿、球团矿、块矿和焦丁中夹杂的废钢吸附出来。

运输烧结矿、球团矿、块矿、焦丁和废钢时，按照一定的排料顺序进行混合并经过输送最终装入上料系统中的料罐内，排料顺序设置为2/3烧结矿→球团矿→废钢→焦丁→块矿→1/3烧结矿。

表2废钢比变化下的排料顺序及炉况参数表

由表2可知，当不加入废钢，并按照1/2烧结矿、球团矿、1/2烧结矿、块矿和焦丁的排布顺序上料时，边缘煤气通道的边缘煤气流以及中心煤气通道的中心煤气流均分别保持稳定状态，炉况顺行，煤气利用率为43％且管道内无气流；加入废钢之后，不断增加废钢的量，将废钢分别以不同的上料顺序加入高炉中，边缘煤气通道的边缘煤气流以及中心煤气通道的中心煤气流均分别会出现偏弱或偏强的状态，边缘煤气流或者中心煤气流不稳定会导致炉况难行。

当废钢比≥150kg/t时，并在2/3烧结矿、球团矿、废钢、焦丁、块矿、1/3烧结矿的排布顺序下，炉内边缘煤气通道和中心煤气通道的边缘煤气流和中心煤气流均分别能够再次达到稳定状态，煤气的利用率为43％，且无管道气流，在该2/3烧结矿、球团矿、废钢、焦丁、块矿、1/3烧结矿的排布顺序下，可以大幅提高废钢的加入量，使得炉况能够保持稳定，从而使得铁水生产更加稳定。综上所述，便形成了更优的2/3烧结矿→球团矿→废钢→焦丁→块矿→1/3烧结矿的排料顺序。

在提高废钢加入量的过程中，配加废钢时的铁水产量相比不配加废钢时的铁水产量也有明显地增加。

表3十日内烧结物料和废钢的生产参数表

由表3可知，当没有配加废钢时，铁水的理论平均产量是3531t，配加了废钢后，铁水的实际平均产量是3955t，不配加废钢的铁水理论产量与配加废钢的铁水实际产量的平均差值为424t，配加废钢的平均消耗量为449t，由此推导可知废钢的平均铁品位为94％，即废钢具有较高的铁品位，每配加1t废钢约等于铁水产量日产量增加0.94t；因此废钢加入量的提高有助于铁水产量的提高。

调整好烧结物料和废钢的排料顺序后，需要按照一定的布料矩阵将烧结物料和废钢加入高炉内。高炉冶炼时高炉内部需要形成稳定的煤气通道，煤气通道分为两处，靠近炉墙的为边缘煤气通道，边缘煤气通道用于保障装入高炉内的炉料能够匀速下降；靠近高炉中心的为中心煤气通道，中心煤气通道用于保障高炉中心处的热量最高，有助于将矿料由固态熔化为液态。

烧结矿、球团矿、块矿和废钢均为含铁原料，其熔化性温度的关系为：烧结矿＞球团矿＞块矿＞废钢，因此将熔化性温度相对更高的烧结矿分别布置在靠近炉墙和靠近高炉中心的位置，因烧结矿熔化性温度高，在高炉内部垂直高度上可以形成比球团矿更厚的块状料层，提高了料层的孔隙率，有利于煤气流穿过形成稳定的煤气通。同时，烧结物料和废钢在加入高炉时，各自具有相应的自然堆角。

表4烧结物料和废钢的堆角数据表

根据表4可知，球团矿的堆角相对较小为24°-27°，且球团矿的形状是圆形，容易滚动，烧结矿的堆角为31°-35°，略大于球团矿，将球团矿布置在炉墙处的烧结矿和高炉中心处的烧结矿之间，可以通过烧结矿对球团矿起到定位的作用；焦丁和块矿的堆角相对较大，焦丁和块矿的堆角分别为50°和40°-50°，将焦丁和块矿分别布置在相对靠近高炉中心的位置，较大的堆角有助于引导煤气流，使得煤气流尽可能向中心煤气通道靠拢；由于废钢的熔化性温度在烧结矿、球团矿、块矿中是最低的，将废钢布置在远离炉墙和高炉中心的位置，便不会使得加入的废钢分别对边缘煤气通道和中心煤气通道造成影响。

依照排料顺序将烧结物料加入高炉时，在高炉炉喉处，烧结物料会依次分布在相应的环带上，各个环带共同组成了布料矩阵。

表5不配加废钢时的布料矩阵

由表5可知，不配加废钢时，按照布料矩阵O 34

表6配加废钢时的布料矩阵

由表6可知，在C 34.5

由于废钢料型尺寸大于矿料，在高炉内的上部块状带煤气阻力小于矿料，煤气通过废钢时速度会增加，因此将废钢布置在远离炉墙的第三环带(34

此时增加布置一环焦炭，用于补偿熔化废钢所造成的热量流失，保障了高炉生产的稳定顺行，随着废钢加入量增加之后，改进后的布料矩阵既能保证高炉顺行，又能相应的减少其他物料的使用，节约能源。

同时，在向高炉加入烧结物料和废钢的过程中，每批加入的炉料总批重保持不变，依据废钢的加入量和其重量变化调整烧结矿和球团矿的重量，炉料总批重为每批料烧结矿的重量、每批料球团矿的重量、每批料块矿的重量以及每批料废钢的重量的重量总和。

表7烧结物料和废钢的添加配比基准表

由表7可知，在不配加废钢时，烧结矿占总批矿料的70％，球团矿占总批矿料的20％，块矿占总批矿料的10％；随着废钢的添加量由0kg/t逐渐增多至200kg/t，废钢在总批矿料中的配比逐渐提高至11％，为保证正常生产，要保证废钢和烧结物料的总批重恒定，废钢配比为11％时，烧结矿的配比为65％，球团矿的配比为16％，块矿的配比为8％，相比不添加废钢的情况，烧结矿、球团矿和块矿占总批矿料的配比均分别有所下降，因此也进一步得知，随着废钢加入量地提升，烧结物料的用量相应减少，降低了能耗。

加料完毕即进入高炉冶炼阶段，将烧结物料和废钢在高炉中加入完毕后，依照合理的冶炼要求控制相关冶炼参数，开展冶炼作业。在冶炼过程中，矿焦比保持在4.0-4.2，焦炭的平均粒度Ms≥45mm，炉顶中心气流温度≥500℃，热风压力控制在350-360kpa，风温为1130-1160℃，煤比为110-130kg/t。

经过排料顺序即布料矩阵的调整，随着废钢加入量的增多，其他烧结物料得到相应的节省，高炉运行保持稳定的同时铁水产量有所增加。

表8高炉不加废钢和加废钢主要指标对比表

由表8可知，配加废钢相比不配加废钢冶炼时，铁水日产量增加了410t/d，入炉品味提高了2.6％，主材单耗、燃料比、毛焦比和工序能耗分别降低了73kg/t、53kg/t、53kg/t和40kgce/t；从上表可以看出，高炉添加废钢后主要技术经济指标均有所改善，尤其是高炉燃料消耗降幅明显，为高炉绿色低碳发展奠定了坚实的基础。

通过生产实践证明，随着废钢加入量的提高，高炉运行更加环保。

表9烧结物料与废钢冶炼过程参数与焦比的关系参数表

由表9可知，废钢比100kg/t可平均降低焦比33.2kg/t，因此，废钢的加入降低了高炉的燃料消耗，进而降低了高炉CO

综上所述，利用高炉自有的上料系统向高炉中上料，将废钢从高炉的上料系统中进行上料，无需为废钢的加入设置专门的上料设备，上料时将烧结物料和废钢加入高炉内，不断增加废钢的加入量，废钢的加入量提高的情况下，依照调整的排料顺序和布料矩阵，依然能够保证高炉顺行，此冶炼过程有效降低了矿料的消耗，增加了铁水的产量，而且使得冶炼过程更加绿色环保。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。