摘 要:針對當前高爐原燃料質(zhì)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(tǒng)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(chǎn),便于操作者根據(jù)原燃料的質(zhì)量,快速、精準地采取合理的生產(chǎn)工藝。

關鍵詞:高爐;原燃料;質(zhì)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(zhì)量檢驗的重要性

國內(nèi)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(yè)基于用料的經(jīng)濟性,正在經(jīng) 歷“精料”向“經(jīng)料”的轉(zhuǎn)變。如果只追求用料的經(jīng)濟 性,就會出現(xiàn)原燃料品質(zhì)下降、波動等問題。在原燃 料種類多樣、質(zhì)量不穩(wěn)定的條件下,爐料在高溫下的 冶金性能波動大,在高爐產(chǎn)量受到影響的同時也增 加了鐵水的生產(chǎn)成本,對高爐的穩(wěn)定運行和高效生 產(chǎn)不利。

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

2 高爐原燃料質(zhì)量檢驗的主要內(nèi)容

高爐精料技術的內(nèi)涵是“高、熟、凈、勻、小、少、 穩(wěn)、好”[1],即:高爐入爐礦石質(zhì)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(zhì)要少; 要求爐料的化學成分和性能穩(wěn)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(zhì)量檢驗存在的問題 

對燒結礦出廠含粉、燒結礦轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)進行 連續(xù)跟蹤分析,可對入爐燒結礦進行質(zhì)量控制,根據(jù) 各個數(shù)據(jù)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(zhì)量的最直接判定依據(jù)[3]。 

對焦炭的化學成分、高爐槽下取樣粒度、焦炭的 冷態(tài)性能、焦炭的熱態(tài)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(shù)據(jù) 進行連續(xù)跟蹤分析,從而控制入爐焦炭的質(zhì)量,根據(jù) 其間的相關性,將粉焦比作為日常對焦炭質(zhì)量的最 直接判定依據(jù)[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(jīng)歷 了運輸、堆料等轉(zhuǎn)運過程,部分性能(如粒度、水分 等)已發(fā)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(zhì)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(huán)節(jié)均需人工參與,人為干擾因素較 多,數(shù)據(jù)準確性不高。 

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

另外,一些中小型鋼鐵企業(yè)對原燃料的重視程 度相對不高,質(zhì)量評價體系可靠性較差,檢測手段落 后。主要表現(xiàn)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(shù)據(jù)的真實性和準確性有待提高。

隨著落后產(chǎn)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(yōu)勢不復存在,必須 提升原燃料的質(zhì)量管理水平,落后的檢測手段已無 法滿足生產(chǎn)需求。 

4 主要解決措施 

針對原燃料質(zhì)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(tǒng)。 

全自動在線取制樣與檢測系統(tǒng)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(shù)據(jù)自動上傳至高爐中控室,精準指導高爐生 產(chǎn)。一旦原燃料質(zhì)量發(fā)生大的波動,就可及時向高 爐發(fā)出預警,指導高爐進行必要的調(diào)節(jié),以制定穩(wěn)定 的高爐生產(chǎn)措施,保障高爐的穩(wěn)定運行。

4.1 全自動在線取制樣與檢測系統(tǒng)和傳統(tǒng)取制樣 方法的對比

與傳統(tǒng)模式相比,全自動在線取制樣與檢測系 統(tǒng)具有取樣代表性強,粒度、轉(zhuǎn)鼓、水分等檢測結果 準確可靠,數(shù)據(jù)傳送實時高效,自動化程度高,對高 爐生產(chǎn)指導性強,經(jīng)濟價值高等優(yōu)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(tǒng)的功能優(yōu)勢 

原燃料的質(zhì)量檢測由取樣、制樣、化驗3大環(huán)節(jié) 組成,為了保證檢測數(shù)據(jù)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(tǒng)具有以下幾點優(yōu)勢。 

(1)取樣代表性強。根據(jù)實踐統(tǒng)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(tǒng)自動取樣,取樣點位于槽前轉(zhuǎn)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(shù)據(jù) 和外購原燃料報表數(shù)據(jù)相比,所取試樣更具備代表 性,更能真實反映入爐料的質(zhì)量,避免了運輸、堆料 等轉(zhuǎn)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(zhì)量。同時,也避免了取 樣點數(shù)據(jù)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(diào)整操作制度,避免爐料波動 對高爐穩(wěn)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(tǒng)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(chǎn)。 

(2)粒度、強度、水分檢測數(shù)據(jù)準確、及時。全 自動在線取制樣與檢測系統(tǒng)嚴格按照國家標準要 求,試驗精度滿足標準要求,數(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)實時上傳至高爐中 控系統(tǒng);采用轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 鼓試樣,自動進行轉(zhuǎn)鼓試驗、鼓后篩分、稱量,自動計 算出機械強度指標,數(shù)據(jù)實時上傳至高爐中控系統(tǒng); 采用干燥箱、天平等標準水分試驗規(guī)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(shù)據(jù)準確, 并實時上傳至高爐中控系統(tǒng)。 

(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(tǒng)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(tǒng)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(yè)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(tǒng)將產(chǎn)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(xiàn)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(tǒng)工藝流程,由圖1可知,焦炭經(jīng)過在線取樣后,進 行粒度篩分、工業(yè)分析試樣制備、水分檢測、轉(zhuǎn)鼓檢 測等工藝流程,其中水分檢測和工業(yè)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(shù)據(jù)、 水分數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)鼓強度指數(shù)實時傳送至高爐中控系統(tǒng), 化驗數(shù)據(jù)發(fā)送至高爐中控系統(tǒng)。

圖2為典型燒結礦全自動在線取制樣與檢測系 統(tǒng)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(tǒng)完成,篩分配 鼓后的試樣進入機器人流程,進行轉(zhuǎn)鼓強度檢測,化 學成分分析試樣裝瓶后通過風動送樣系統(tǒng)送至化驗 室,分析數(shù)據(jù)發(fā)送至高爐中控系統(tǒng),粒度分級數(shù)據(jù)、 轉(zhuǎn)鼓強度指數(shù)直接上傳至高爐中控系統(tǒng)。 

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

6 結語 

在優(yōu)質(zhì)的原燃料資源被壟斷、價格虛高的形勢下, 出于成本和穩(wěn)定供應考慮,選擇低品質(zhì)原燃料導致的質(zhì) 量波動與高爐大型化、規(guī)模化之間的矛盾已經(jīng)成為當前 鋼鐵企業(yè)降本增效面臨的主要難題[6-7]。為保證鋼鐵行 業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,必須重視原燃料的質(zhì)量檢驗工作。

先進的原燃料全自動在線取制樣與檢測系統(tǒng)能 夠準確、及時地指導高爐生產(chǎn),真實反映入爐原燃料 的質(zhì)量情況,便于高爐操作者根據(jù)原燃料的質(zhì)量波 動情況,快速、精準地做出判斷,進而采取合理的生 產(chǎn)操作制度。該系統(tǒng)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(yè)出版社,2015. 

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

[3] 高海潮.馬鋼煉鐵技術與管理[M].北京:冶金工業(yè)出 版社,2018. 

[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(yè)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(chǎn)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(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 4期 (pp:8-12)>