摘 要:针对当前高炉原燃料质量检验存在的问题,提出了一种新的全自动原燃料在线取制样 与检测技术,并将该技术与传统技术进行对比。结合典型案例进行分析,介绍了全自动原燃料在线 取制样与检测技术的工艺流程及该案例的高炉技术指标。结果表明:该技术能够准确、及时地指导 高炉生产,便于操作者根据原燃料的质量,快速、精准地采取合理的生产工艺。

关键词:高炉;原燃料;质量检验;全自动取制样与检测 

中图分类号:O231.1                                             文献标志码:A                                                   文章编号:1001-4012(2022)04-0008-05

1 高炉原燃料质量检验的重要性

国内大型高炉的铁水冶炼主要使用的是进口原 燃料,但当前进口原燃料的价格不断升高,为了降低 原燃料的采购成本,企业基于用料的经济性,正在经 历“精料”向“经料”的转变。如果只追求用料的经济 性,就会出现原燃料品质下降、波动等问题。在原燃 料种类多样、质量不稳定的条件下,炉料在高温下的 冶金性能波动大,在高炉产量受到影响的同时也增 加了铁水的生产成本,对高炉的稳定运行和高效生 产不利。

国内各中小型钢铁企业多采用质量相对较差的 进口非主流矿或国产矿。随着小高炉逐渐被中大型 高炉替代,对原燃料的品质要求也随之提升,原燃料 的质量检验工作至关重要。

2 高炉原燃料质量检验的主要内容

高炉精料技术的内涵是“高、熟、净、匀、小、少、 稳、好”[1],即:高炉入炉矿石质量要高;多用熟料;炉 料中含粉量少;各种炉料间的晶粒度差异不能太大; 烧结矿和球团矿的晶粒度应小一些;有害杂质要少; 要求炉料的化学成分和性能稳定;要求入炉矿石的 强度高、还原性和低温粉化性能等好,焦炭强度高, 喷吹煤的制粉、输送和燃烧性能好[2]。

3 当前原燃料质量检验存在的问题 

对烧结矿出厂含粉、烧结矿转鼓、高炉槽下烧结 矿取样粒度、高炉槽下烧结矿返粉比例等数据进行 连续跟踪分析,可对入炉烧结矿进行质量控制,根据 各个数据之间的相关性,考虑烧结矿出厂含粉的滞 后性和高炉槽下烧结矿取样粒度的偶然性,选取某 项指标(如粉烧比)作为日常对烧结矿质量的最直接判定依据[3]。 

对焦炭的化学成分、高炉槽下取样粒度、焦炭的 冷态性能、焦炭的热态性能、高炉槽下焦粉含量、高 炉槽下焦丁使用量以及吨铁焦粉、吨焦焦粉等数据 进行连续跟踪分析,从而控制入炉焦炭的质量,根据 其间的相关性,将粉焦比作为日常对焦炭质量的最 直接判定依据[4]。 

上述评价体系存在的问题为:① 取样点分散, 与实际进入高炉的炉料相比,取样之后的物料经历 了运输、堆料等转运过程,部分性能(如粒度、水分 等)已发生改变,虽然进行了跟踪分析,但仍然不能 准确反映入炉料的真实质量,取样代表性不强;② 取样点与化验室距离较远,检验周期较长;③ 送样、 制样、化验各个环节均需人工参与,人为干扰因素较 多,数据准确性不高。 

如原燃料质量比较稳定,尚可保证质量监控的 有效性,但随着更多非洲矿、印度矿、国产矿等的使 用,高炉用料的质量波动性增加,原有的原燃料质量 评价体系不能客观地反映入炉原燃料质量的实际情 况,高炉的可操作难度加大,高炉的稳定运行面临严 峻考验[5]。

另外,一些中小型钢铁企业对原燃料的重视程 度相对不高,质量评价体系可靠性较差,检测手段落 后。主要表现为:① 取样方式仍然采用人工或自动 化程度非常低的机械取样装置,一般在料堆或运输 车辆上取样,所取试样较难代表整批物料;② 制样 和化验设备的自动化程度低,人为干扰因素较大,试 验数据的真实性和准确性有待提高。

随着落后产能的淘汰,高炉逐渐去小型化,小高 炉所具备的原燃料控制灵活的优势不复存在,必须 提升原燃料的质量管理水平,落后的检测手段已无 法满足生产需求。 

4 主要解决措施 

针对原燃料质量检验面临的问题,笔者认为可 以引入一种新的全自动检化验技术———全自动原燃 料取制样与检测系统。 

全自动在线取制样与检测系统设置在入矿焦槽 的供料皮带机头部,全流程无人值守,自动化操作, 检测数据自动上传至高炉中控室,精准指导高炉生 产。一旦原燃料质量发生大的波动,就可及时向高 炉发出预警,指导高炉进行必要的调节,以制定稳定 的高炉生产措施,保障高炉的稳定运行。

4.1 全自动在线取制样与检测系统和传统取制样 方法的对比

与传统模式相比,全自动在线取制样与检测系 统具有取样代表性强,粒度、转鼓、水分等检测结果 准确可靠,数据传送实时高效,自动化程度高,对高 炉生产指导性强,经济价值高等优点,两种方法的对 比如表1所示。 

4.2 全自动在线取制样与检测系统的功能优势 

原燃料的质量检测由取样、制样、化验3大环节 组成,为了保证检测数据的准确性和可靠性,取样、 制样、化验的精度和误差均需要满足标准要求。该 系统具有以下几点优势。 

(1)取样代表性强。根据实践统计,高炉入炉 烧结矿、球团矿、块杂矿、焦炭等通过高炉在线取制 样系统自动取样,取样点位于槽前转运站至矿焦槽 之间的皮带机头部,取样方式具有代表性,取样精度 满足国标要求,为高炉入炉料的准确性和可靠性奠定了坚实基础。 

与供应点(烧结厂、焦化厂、球团厂等)取样数据 和外购原燃料报表数据相比,所取试样更具备代表 性,更能真实反映入炉料的质量,避免了运输、堆料 等转运过程中取样与实际入炉料的偏差,利于高炉 操作者精准掌握入炉料的质量。同时,也避免了取 样点数据与实际操作的时效间隔问题,便于高炉操 作者更加及时、准确地调整操作制度,避免炉料波动 对高炉稳定性造成影响,保障高炉的顺利运行。 

表2为某钢厂全自动在线原燃料取制样与检测 系统的检验项目及取样频率,可见其代表性强,能精 准指导高炉生产。 

(2)粒度、强度、水分检测数据准确、及时。全 自动在线取制样与检测系统严格按照国家标准要 求,试验精度满足标准要求,数据准确可靠。

采用滚筒筛、振动筛、称量斗等筛分效率高的设 备,自动对取到的烧结矿、焦炭等进行粒度分级。一 般筛网可设置为烧结矿5级(50/25/10/5mm)、焦 炭5级(75/50/25/15mm)。筛分出各级炉料后,自 动称重,自动计算平均粒度,数据实时上传至高炉中 控系统;采用转鼓试验机、称量斗、鼓后摇筛等试验 精度高的设备,自动按照标准中的试验要求配置转 鼓试样,自动进行转鼓试验、鼓后筛分、称量,自动计 算出机械强度指标,数据实时上传至高炉中控系统; 采用干燥箱、天平等标准水分试验规定的设备,自动 按照标准水分试验要求进行烘干试验。试验完成 后,自动称量并计算全水分值。整个试验过程严格 按照标准要求,试验精度满足标准要求,数据准确, 并实时上传至高炉中控系统。 

(3)功能全面,完成冶金性能样、化学成分样的 制备。

对于高炉操作者非常关心的高温冶金性能(矿 石还原性、焦炭反应性等)、炉料化学成分,全自动在 线取制样与检测系统也能自动制备出满足分析要求 的试样,制样精度符合国家标准要求。

采用振动筛、滚筒筛、制球机,全自动在线取制 样与检测系统筛分出尺寸为10~12.5 mm 的烧结 矿还原性试样和尺寸为23~25mm 的焦炭反应性 试样,试样送化验室进行相关试验分析;采用破碎 机、缩分机、研磨机等制备出用于化学成分分析的试 样(粒度<0.2mm 焦炭试样、粒度<100μm 矿石试 样),用 X荧光光谱仪、工业分析仪、定硫仪等对试 样进行化验分析。 

(4)弃料自动返回。完成取样、制样、检测等各 个流程后,全自动在线取制样与检测系统将产生的 废弃料通过斗提机自动返回至取样主皮带,无需另 外清理弃料,实现全过程自动化操作,无人值守。 

5 典型案例 

图1为典型焦炭的在线全自动取制样与检测系 统工艺流程,由图1可知,焦炭经过在线取样后,进 行粒度筛分、工业分析试样制备、水分检测、转鼓检 测等工艺流程,其中水分检测和工业分析试样的制 备由机器人完成。各工作完成后,将粒度分级数据、 水分数据、转鼓强度指数实时传送至高炉中控系统, 化验数据发送至高炉中控系统。

图2为典型烧结矿全自动在线取制样与检测系 统工艺流程,由图2可知,在两条主皮带上对烧结矿 在线取样后,分解为粒度筛分和成分样制备流程。 化学成分分析试样制备由机器人系统完成,筛分配 鼓后的试样进入机器人流程,进行转鼓强度检测,化 学成分分析试样装瓶后通过风动送样系统送至化验 室,分析数据发送至高炉中控系统,粒度分级数据、 转鼓强度指数直接上传至高炉中控系统。 

表3为某钢厂高炉全自动在线取制样与检测系 统的技术指标,使用该指标后,钢厂取得了良好的经 济效益。 

6 结语 

在优质的原燃料资源被垄断、价格虚高的形势下, 出于成本和稳定供应考虑,选择低品质原燃料导致的质 量波动与高炉大型化、规模化之间的矛盾已经成为当前 钢铁企业降本增效面临的主要难题[6-7]。为保证钢铁行 业的高质量发展,必须重视原燃料的质量检验工作。

先进的原燃料全自动在线取制样与检测系统能 够准确、及时地指导高炉生产,真实反映入炉原燃料 的质量情况,便于高炉操作者根据原燃料的质量波 动情况,快速、精准地做出判断,进而采取合理的生 产操作制度。该系统自动化、智能化程度高,应用范 围覆盖烧结矿、球团矿、块矿、熔剂、焦炭等高炉冶炼 所用的所有原燃料。 

参考文献: 

[1] 朱仁良,王跃飞,鲁健,等.宝钢大型高炉操作与管理 [M].北京:冶金工业出版社,2015. 

[2] 赵藴智,张懋功.钢铁原燃料质量检验[M].香港:香 港文汇出版社,2006. 

[3] 高海潮.马钢炼铁技术与管理[M].北京:冶金工业出 版社,2018. 

[4] 项钟庸,王筱留.高炉设计:炼铁工艺设计理论与实践 [M].北京:冶金工业出版社,2014. 

[5] 林成城.高炉原燃料条件劣化的技术对策[J].炼铁, 2008,27(6):3-6. 

[6] 王志堂,刘卯.马钢2500m 3 高炉原燃料劣化条件下 降低焦比的生产实践[J].中国冶金,2014,24(7):48- 54. 

[7] 魏功亮,黎均红,宋明明,等.重钢高炉原燃料劣化的 技术管理对策探讨[J].重钢技术,2016(2):6-12.

<文章来源> 材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 4期 (pp:8-12)>