摘 要:針對當前高爐原燃料質量檢驗存在的問題,提出了一種新的全自動原燃料在線取制樣 與檢測技術,并將該技術與傳統技術進行對比。結合典型案例進行分析,介紹了全自動原燃料在線 取制樣與檢測技術的工藝流程及該案例的高爐技術指標。結果表明:該技術能夠準確、及時地指導 高爐生產,便于操作者根據原燃料的質量,快速、精準地采取合理的生產工藝。

關鍵詞:高爐;原燃料;質量檢驗;全自動取制樣與檢測 

中圖分類號:O231.1                                             文獻標志碼:A                                                   文章編號:1001-4012(2022)04-0008-05

1 高爐原燃料質量檢驗的重要性

國內大型高爐的鐵水冶煉主要使用的是進口原 燃料,但當前進口原燃料的價格不斷升高,為了降低 原燃料的采購成本,企業基于用料的經濟性,正在經 歷“精料”向“經料”的轉變。如果只追求用料的經濟 性,就會出現原燃料品質下降、波動等問題。在原燃 料種類多樣、質量不穩定的條件下,爐料在高溫下的 冶金性能波動大,在高爐產量受到影響的同時也增 加了鐵水的生產成本,對高爐的穩定運行和高效生 產不利。

國內各中小型鋼鐵企業多采用質量相對較差的 進口非主流礦或國產礦。隨著小高爐逐漸被中大型 高爐替代,對原燃料的品質要求也隨之提升,原燃料 的質量檢驗工作至關重要。

2 高爐原燃料質量檢驗的主要內容

高爐精料技術的內涵是“高、熟、凈、勻、小、少、 穩、好”[1],即:高爐入爐礦石質量要高;多用熟料;爐 料中含粉量少;各種爐料間的晶粒度差異不能太大; 燒結礦和球團礦的晶粒度應小一些;有害雜質要少; 要求爐料的化學成分和性能穩定;要求入爐礦石的 強度高、還原性和低溫粉化性能等好,焦炭強度高, 噴吹煤的制粉、輸送和燃燒性能好[2]。

3 當前原燃料質量檢驗存在的問題 

對燒結礦出廠含粉、燒結礦轉鼓、高爐槽下燒結 礦取樣粒度、高爐槽下燒結礦返粉比例等數據進行 連續跟蹤分析,可對入爐燒結礦進行質量控制,根據 各個數據之間的相關性,考慮燒結礦出廠含粉的滯 后性和高爐槽下燒結礦取樣粒度的偶然性,選取某 項指標(如粉燒比)作為日常對燒結礦質量的最直接判定依據[3]。 

對焦炭的化學成分、高爐槽下取樣粒度、焦炭的 冷態性能、焦炭的熱態性能、高爐槽下焦粉含量、高 爐槽下焦丁使用量以及噸鐵焦粉、噸焦焦粉等數據 進行連續跟蹤分析,從而控制入爐焦炭的質量,根據 其間的相關性,將粉焦比作為日常對焦炭質量的最 直接判定依據[4]。 

上述評價體系存在的問題為:① 取樣點分散, 與實際進入高爐的爐料相比,取樣之后的物料經歷 了運輸、堆料等轉運過程,部分性能(如粒度、水分 等)已發生改變,雖然進行了跟蹤分析,但仍然不能 準確反映入爐料的真實質量,取樣代表性不強;② 取樣點與化驗室距離較遠,檢驗周期較長;③ 送樣、 制樣、化驗各個環節均需人工參與,人為干擾因素較 多,數據準確性不高。 

如原燃料質量比較穩定,尚可保證質量監控的 有效性,但隨著更多非洲礦、印度礦、國產礦等的使 用,高爐用料的質量波動性增加,原有的原燃料質量 評價體系不能客觀地反映入爐原燃料質量的實際情 況,高爐的可操作難度加大,高爐的穩定運行面臨嚴 峻考驗[5]。

另外,一些中小型鋼鐵企業對原燃料的重視程 度相對不高,質量評價體系可靠性較差,檢測手段落 后。主要表現為:① 取樣方式仍然采用人工或自動 化程度非常低的機械取樣裝置,一般在料堆或運輸 車輛上取樣,所取試樣較難代表整批物料;② 制樣 和化驗設備的自動化程度低,人為干擾因素較大,試 驗數據的真實性和準確性有待提高。

隨著落后產能的淘汰,高爐逐漸去小型化,小高 爐所具備的原燃料控制靈活的優勢不復存在,必須 提升原燃料的質量管理水平,落后的檢測手段已無 法滿足生產需求。 

4 主要解決措施 

針對原燃料質量檢驗面臨的問題,筆者認為可 以引入一種新的全自動檢化驗技術———全自動原燃 料取制樣與檢測系統。 

全自動在線取制樣與檢測系統設置在入礦焦槽 的供料皮帶機頭部,全流程無人值守,自動化操作, 檢測數據自動上傳至高爐中控室,精準指導高爐生 產。一旦原燃料質量發生大的波動,就可及時向高 爐發出預警,指導高爐進行必要的調節,以制定穩定 的高爐生產措施,保障高爐的穩定運行。

4.1 全自動在線取制樣與檢測系統和傳統取制樣 方法的對比

與傳統模式相比,全自動在線取制樣與檢測系 統具有取樣代表性強,粒度、轉鼓、水分等檢測結果 準確可靠,數據傳送實時高效,自動化程度高,對高 爐生產指導性強,經濟價值高等優點,兩種方法的對 比如表1所示。 

4.2 全自動在線取制樣與檢測系統的功能優勢 

原燃料的質量檢測由取樣、制樣、化驗3大環節 組成,為了保證檢測數據的準確性和可靠性,取樣、 制樣、化驗的精度和誤差均需要滿足標準要求。該 系統具有以下幾點優勢。 

(1)取樣代表性強。根據實踐統計,高爐入爐 燒結礦、球團礦、塊雜礦、焦炭等通過高爐在線取制 樣系統自動取樣,取樣點位于槽前轉運站至礦焦槽 之間的皮帶機頭部,取樣方式具有代表性,取樣精度 滿足國標要求,為高爐入爐料的準確性和可靠性奠定了堅實基礎。 

與供應點(燒結廠、焦化廠、球團廠等)取樣數據 和外購原燃料報表數據相比,所取試樣更具備代表 性,更能真實反映入爐料的質量,避免了運輸、堆料 等轉運過程中取樣與實際入爐料的偏差,利于高爐 操作者精準掌握入爐料的質量。同時,也避免了取 樣點數據與實際操作的時效間隔問題,便于高爐操 作者更加及時、準確地調整操作制度,避免爐料波動 對高爐穩定性造成影響,保障高爐的順利運行。 

表2為某鋼廠全自動在線原燃料取制樣與檢測 系統的檢驗項目及取樣頻率,可見其代表性強,能精 準指導高爐生產。 

(2)粒度、強度、水分檢測數據準確、及時。全 自動在線取制樣與檢測系統嚴格按照國家標準要 求,試驗精度滿足標準要求,數據準確可靠。

采用滾筒篩、振動篩、稱量斗等篩分效率高的設 備,自動對取到的燒結礦、焦炭等進行粒度分級。一 般篩網可設置為燒結礦5級(50/25/10/5mm)、焦 炭5級(75/50/25/15mm)。篩分出各級爐料后,自 動稱重,自動計算平均粒度,數據實時上傳至高爐中 控系統;采用轉鼓試驗機、稱量斗、鼓后搖篩等試驗 精度高的設備,自動按照標準中的試驗要求配置轉 鼓試樣,自動進行轉鼓試驗、鼓后篩分、稱量,自動計 算出機械強度指標,數據實時上傳至高爐中控系統; 采用干燥箱、天平等標準水分試驗規定的設備,自動 按照標準水分試驗要求進行烘干試驗。試驗完成 后,自動稱量并計算全水分值。整個試驗過程嚴格 按照標準要求,試驗精度滿足標準要求,數據準確, 并實時上傳至高爐中控系統。 

(3)功能全面,完成冶金性能樣、化學成分樣的 制備。

對于高爐操作者非常關心的高溫冶金性能(礦 石還原性、焦炭反應性等)、爐料化學成分,全自動在 線取制樣與檢測系統也能自動制備出滿足分析要求 的試樣,制樣精度符合國家標準要求。

采用振動篩、滾筒篩、制球機,全自動在線取制 樣與檢測系統篩分出尺寸為10~12.5 mm 的燒結 礦還原性試樣和尺寸為23~25mm 的焦炭反應性 試樣,試樣送化驗室進行相關試驗分析;采用破碎 機、縮分機、研磨機等制備出用于化學成分分析的試 樣(粒度<0.2mm 焦炭試樣、粒度<100μm 礦石試 樣),用 X熒光光譜儀、工業分析儀、定硫儀等對試 樣進行化驗分析。 

(4)棄料自動返回。完成取樣、制樣、檢測等各 個流程后,全自動在線取制樣與檢測系統將產生的 廢棄料通過斗提機自動返回至取樣主皮帶,無需另 外清理棄料,實現全過程自動化操作,無人值守。 

5 典型案例 

圖1為典型焦炭的在線全自動取制樣與檢測系 統工藝流程,由圖1可知,焦炭經過在線取樣后,進 行粒度篩分、工業分析試樣制備、水分檢測、轉鼓檢 測等工藝流程,其中水分檢測和工業分析試樣的制 備由機器人完成。各工作完成后,將粒度分級數據、 水分數據、轉鼓強度指數實時傳送至高爐中控系統, 化驗數據發送至高爐中控系統。

圖2為典型燒結礦全自動在線取制樣與檢測系 統工藝流程,由圖2可知,在兩條主皮帶上對燒結礦 在線取樣后,分解為粒度篩分和成分樣制備流程。 化學成分分析試樣制備由機器人系統完成,篩分配 鼓后的試樣進入機器人流程,進行轉鼓強度檢測,化 學成分分析試樣裝瓶后通過風動送樣系統送至化驗 室,分析數據發送至高爐中控系統,粒度分級數據、 轉鼓強度指數直接上傳至高爐中控系統。 

表3為某鋼廠高爐全自動在線取制樣與檢測系 統的技術指標,使用該指標后,鋼廠取得了良好的經 濟效益。 

6 結語 

在優質的原燃料資源被壟斷、價格虛高的形勢下, 出于成本和穩定供應考慮,選擇低品質原燃料導致的質 量波動與高爐大型化、規模化之間的矛盾已經成為當前 鋼鐵企業降本增效面臨的主要難題[6-7]。為保證鋼鐵行 業的高質量發展,必須重視原燃料的質量檢驗工作。

先進的原燃料全自動在線取制樣與檢測系統能 夠準確、及時地指導高爐生產,真實反映入爐原燃料 的質量情況,便于高爐操作者根據原燃料的質量波 動情況,快速、精準地做出判斷,進而采取合理的生 產操作制度。該系統自動化、智能化程度高,應用范 圍覆蓋燒結礦、球團礦、塊礦、熔劑、焦炭等高爐冶煉 所用的所有原燃料。 

參考文獻: 

[1] 朱仁良,王躍飛,魯健,等.寶鋼大型高爐操作與管理 [M].北京:冶金工業出版社,2015. 

[2] 趙藴智,張懋功.鋼鐵原燃料質量檢驗[M].香港:香 港文匯出版社,2006. 

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[4] 項鐘庸,王筱留.高爐設計:煉鐵工藝設計理論與實踐 [M].北京:冶金工業出版社,2014. 

[5] 林成城.高爐原燃料條件劣化的技術對策[J].煉鐵, 2008,27(6):3-6. 

[6] 王志堂,劉卯.馬鋼2500m 3 高爐原燃料劣化條件下 降低焦比的生產實踐[J].中國冶金,2014,24(7):48- 54. 

[7] 魏功亮,黎均紅,宋明明,等.重鋼高爐原燃料劣化的 技術管理對策探討[J].重鋼技術,2016(2):6-12.

<文章來源> 材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 4期 (pp:8-12)>