摘 要:針對(duì)當(dāng)前高爐原燃料質(zhì)量檢驗(yàn)存在的問(wèn)題,提出了一種新的全自動(dòng)原燃料在線取制樣 與檢測(cè)技術(shù),并將該技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)合典型案例進(jìn)行分析,介紹了全自動(dòng)原燃料在線 取制樣與檢測(cè)技術(shù)的工藝流程及該案例的高爐技術(shù)指標(biāo)。結(jié)果表明:該技術(shù)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地指導(dǎo) 高爐生產(chǎn),便于操作者根據(jù)原燃料的質(zhì)量,快速、精準(zhǔn)地采取合理的生產(chǎn)工藝。

關(guān)鍵詞:高爐;原燃料;質(zhì)量檢驗(yàn);全自動(dòng)取制樣與檢測(cè) 

中圖分類號(hào):O231.1                                             文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                                                   文章編號(hào):1001-4012(2022)04-0008-05

1 高爐原燃料質(zhì)量檢驗(yàn)的重要性

國(guó)內(nèi)大型高爐的鐵水冶煉主要使用的是進(jìn)口原 燃料,但當(dāng)前進(jìn)口原燃料的價(jià)格不斷升高,為了降低 原燃料的采購(gòu)成本,企業(yè)基于用料的經(jīng)濟(jì)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(jì) 性,就會(huì)出現(xiàn)原燃料品質(zhì)下降、波動(dòng)等問(wèn)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(dòng)大,在高爐產(chǎn)量受到影響的同時(shí)也增 加了鐵水的生產(chǎn)成本,對(duì)高爐的穩(wěn)定運(yùn)行和高效生 產(chǎn)不利。

國(guó)內(nèi)各中小型鋼鐵企業(yè)多采用質(zhì)量相對(duì)較差的 進(jìn)口非主流礦或國(guó)產(chǎn)礦。隨著小高爐逐漸被中大型 高爐替代,對(duì)原燃料的品質(zhì)要求也隨之提升,原燃料 的質(zhì)量檢驗(yàn)工作至關(guān)重要。

2 高爐原燃料質(zhì)量檢驗(yàn)的主要內(nèi)容

高爐精料技術(shù)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(jié)礦和球團(tuán)礦的晶粒度應(yīng)小一些;有害雜質(zhì)要少; 要求爐料的化學(xué)成分和性能穩(wěn)定;要求入爐礦石的 強(qiáng)度高、還原性和低溫粉化性能等好,焦炭強(qiáng)度高, 噴吹煤的制粉、輸送和燃燒性能好[2]。

3 當(dāng)前原燃料質(zhì)量檢驗(yàn)存在的問(wèn)題 

對(duì)燒結(jié)礦出廠含粉、燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓、高爐槽下燒結(jié) 礦取樣粒度、高爐槽下燒結(jié)礦返粉比例等數(shù)據(jù)進(jìn)行 連續(xù)跟蹤分析,可對(duì)入爐燒結(jié)礦進(jìn)行質(zhì)量控制,根據(jù) 各個(gè)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性,考慮燒結(jié)礦出廠含粉的滯 后性和高爐槽下燒結(jié)礦取樣粒度的偶然性,選取某 項(xiàng)指標(biāo)(如粉燒比)作為日常對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的最直接判定依據(jù)[3]。 

對(duì)焦炭的化學(xué)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(jìn)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(guān)性,將粉焦比作為日常對(duì)焦炭質(zhì)量的最 直接判定依據(jù)[4]。 

上述評(píng)價(jià)體系存在的問(wèn)題為:① 取樣點(diǎn)分散, 與實(shí)際進(jìn)入高爐的爐料相比,取樣之后的物料經(jīng)歷 了運(yùn)輸、堆料等轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程,部分性能(如粒度、水分 等)已發(fā)生改變,雖然進(jìn)行了跟蹤分析,但仍然不能 準(zhǔn)確反映入爐料的真實(shí)質(zhì)量,取樣代表性不強(qiáng);② 取樣點(diǎn)與化驗(yàn)室距離較遠(yuǎn),檢驗(yàn)周期較長(zhǎng);③ 送樣、 制樣、化驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)均需人工參與,人為干擾因素較 多,數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(guó)產(chǎn)礦等的使 用,高爐用料的質(zhì)量波動(dòng)性增加,原有的原燃料質(zhì)量 評(píng)價(jià)體系不能客觀地反映入爐原燃料質(zhì)量的實(shí)際情 況,高爐的可操作難度加大,高爐的穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán) 峻考驗(yàn)[5]。

另外,一些中小型鋼鐵企業(yè)對(duì)原燃料的重視程 度相對(duì)不高,質(zhì)量評(píng)價(jià)體系可靠性較差,檢測(cè)手段落 后。主要表現(xiàn)為:① 取樣方式仍然采用人工或自動(dòng) 化程度非常低的機(jī)械取樣裝置,一般在料堆或運(yùn)輸 車輛上取樣,所取試樣較難代表整批物料;② 制樣 和化驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)化程度低,人為干擾因素較大,試 驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)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(shì)不復(fù)存在,必須 提升原燃料的質(zhì)量管理水平,落后的檢測(cè)手段已無(wú) 法滿足生產(chǎn)需求。 

4 主要解決措施 

針對(duì)原燃料質(zhì)量檢驗(yàn)面臨的問(wèn)題,筆者認(rèn)為可 以引入一種新的全自動(dòng)檢化驗(yàn)技術(shù)———全自動(dòng)原燃 料取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)。 

全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在入礦焦槽 的供料皮帶機(jī)頭部,全流程無(wú)人值守,自動(dòng)化操作, 檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至高爐中控室,精準(zhǔn)指導(dǎo)高爐生 產(chǎn)。一旦原燃料質(zhì)量發(fā)生大的波動(dòng),就可及時(shí)向高 爐發(fā)出預(yù)警,指導(dǎo)高爐進(jìn)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(yùn)行。

4.1 全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)和傳統(tǒng)取制樣 方法的對(duì)比

與傳統(tǒng)模式相比,全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系 統(tǒng)具有取樣代表性強(qiáng),粒度、轉(zhuǎn)鼓、水分等檢測(cè)結(jié)果 準(zhǔn)確可靠,數(shù)據(jù)傳送實(shí)時(shí)高效,自動(dòng)化程度高,對(duì)高 爐生產(chǎn)指導(dǎo)性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn),兩種方法的對(duì) 比如表1所示。 

4.2 全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì) 

原燃料的質(zhì)量檢測(cè)由取樣、制樣、化驗(yàn)3大環(huán)節(jié) 組成,為了保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性,取樣、 制樣、化驗(yàn)的精度和誤差均需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。該 系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。 

(1)取樣代表性強(qiáng)。根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì),高爐入爐 燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊雜礦、焦炭等通過(guò)高爐在線取制 樣系統(tǒng)自動(dòng)取樣,取樣點(diǎn)位于槽前轉(zhuǎn)運(yùn)站至礦焦槽 之間的皮帶機(jī)頭部,取樣方式具有代表性,取樣精度 滿足國(guó)標(biāo)要求,為高爐入爐料的準(zhǔn)確性和可靠性奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 

與供應(yīng)點(diǎn)(燒結(jié)廠、焦化廠、球團(tuán)廠等)取樣數(shù)據(jù) 和外購(gòu)原燃料報(bào)表數(shù)據(jù)相比,所取試樣更具備代表 性,更能真實(shí)反映入爐料的質(zhì)量,避免了運(yùn)輸、堆料 等轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中取樣與實(shí)際入爐料的偏差,利于高爐 操作者精準(zhǔn)掌握入爐料的質(zhì)量。同時(shí),也避免了取 樣點(diǎn)數(shù)據(jù)與實(shí)際操作的時(shí)效間隔問(wèn)題,便于高爐操 作者更加及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整操作制度,避免爐料波動(dòng) 對(duì)高爐穩(wěn)定性造成影響,保障高爐的順利運(yùn)行。 

表2為某鋼廠全自動(dòng)在線原燃料取制樣與檢測(cè) 系統(tǒng)的檢驗(yàn)項(xiàng)目及取樣頻率,可見(jiàn)其代表性強(qiáng),能精 準(zhǔn)指導(dǎo)高爐生產(chǎn)。 

(2)粒度、強(qiáng)度、水分檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)。全 自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要 求,試驗(yàn)精度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

采用滾筒篩、振動(dòng)篩、稱量斗等篩分效率高的設(shè) 備,自動(dòng)對(duì)取到的燒結(jié)礦、焦炭等進(jìn)行粒度分級(jí)。一 般篩網(wǎng)可設(shè)置為燒結(jié)礦5級(jí)(50/25/10/5mm)、焦 炭5級(jí)(75/50/25/15mm)。篩分出各級(jí)爐料后,自 動(dòng)稱重,自動(dòng)計(jì)算平均粒度,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至高爐中 控系統(tǒng);采用轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)、稱量斗、鼓后搖篩等試驗(yàn) 精度高的設(shè)備,自動(dòng)按照標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)要求配置轉(zhuǎn) 鼓試樣,自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)、鼓后篩分、稱量,自動(dòng)計(jì) 算出機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo),數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至高爐中控系統(tǒng); 采用干燥箱、天平等標(biāo)準(zhǔn)水分試驗(yàn)規(guī)定的設(shè)備,自動(dòng) 按照標(biāo)準(zhǔn)水分試驗(yàn)要求進(jìn)行烘干試驗(yàn)。試驗(yàn)完成 后,自動(dòng)稱量并計(jì)算全水分值。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格 按照標(biāo)準(zhǔn)要求,試驗(yàn)精度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確, 并實(shí)時(shí)上傳至高爐中控系統(tǒng)。 

(3)功能全面,完成冶金性能樣、化學(xué)成分樣的 制備。

對(duì)于高爐操作者非常關(guān)心的高溫冶金性能(礦 石還原性、焦炭反應(yīng)性等)、爐料化學(xué)成分,全自動(dòng)在 線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)也能自動(dòng)制備出滿足分析要求 的試樣,制樣精度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

采用振動(dòng)篩、滾筒篩、制球機(jī),全自動(dòng)在線取制 樣與檢測(cè)系統(tǒng)篩分出尺寸為10~12.5 mm 的燒結(jié) 礦還原性試樣和尺寸為23~25mm 的焦炭反應(yīng)性 試樣,試樣送化驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)分析;采用破碎 機(jī)、縮分機(jī)、研磨機(jī)等制備出用于化學(xué)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(duì)試 樣進(jìn)行化驗(yàn)分析。 

(4)棄料自動(dòng)返回。完成取樣、制樣、檢測(cè)等各 個(gè)流程后,全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)將產(chǎn)生的 廢棄料通過(guò)斗提機(jī)自動(dòng)返回至取樣主皮帶,無(wú)需另 外清理?xiàng)壛?實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化操作,無(wú)人值守。 

5 典型案例 

圖1為典型焦炭的在線全自動(dòng)取制樣與檢測(cè)系 統(tǒng)工藝流程,由圖1可知,焦炭經(jīng)過(guò)在線取樣后,進(jìn) 行粒度篩分、工業(yè)分析試樣制備、水分檢測(cè)、轉(zhuǎn)鼓檢 測(cè)等工藝流程,其中水分檢測(cè)和工業(yè)分析試樣的制 備由機(jī)器人完成。各工作完成后,將粒度分級(jí)數(shù)據(jù)、 水分?jǐn)?shù)據(jù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度指數(shù)實(shí)時(shí)傳送至高爐中控系統(tǒng), 化驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送至高爐中控系統(tǒng)。

圖2為典型燒結(jié)礦全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系 統(tǒng)工藝流程,由圖2可知,在兩條主皮帶上對(duì)燒結(jié)礦 在線取樣后,分解為粒度篩分和成分樣制備流程。 化學(xué)成分分析試樣制備由機(jī)器人系統(tǒng)完成,篩分配 鼓后的試樣進(jìn)入機(jī)器人流程,進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度檢測(cè),化 學(xué)成分分析試樣裝瓶后通過(guò)風(fēng)動(dòng)送樣系統(tǒng)送至化驗(yàn) 室,分析數(shù)據(jù)發(fā)送至高爐中控系統(tǒng),粒度分級(jí)數(shù)據(jù)、 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)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(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系 統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo),使用該指標(biāo)后,鋼廠取得了良好的經(jīng) 濟(jì)效益。 

6 結(jié)語(yǔ) 

在優(yōu)質(zhì)的原燃料資源被壟斷、價(jià)格虛高的形勢(shì)下, 出于成本和穩(wěn)定供應(yīng)考慮,選擇低品質(zhì)原燃料導(dǎo)致的質(zhì) 量波動(dòng)與高爐大型化、規(guī)?；g的矛盾已經(jīng)成為當(dāng)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(yàn)工作。

先進(jìn)的原燃料全自動(dòng)在線取制樣與檢測(cè)系統(tǒng)能 夠準(zhǔn)確、及時(shí)地指導(dǎo)高爐生產(chǎn),真實(shí)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(dòng)情況,快速、精準(zhǔn)地做出判斷,進(jìn)而采取合理的生 產(chǎn)操作制度。該系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化程度高,應(yīng)用范 圍覆蓋燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦、熔劑、焦炭等高爐冶煉 所用的所有原燃料。 

參考文獻(xiàn): 

[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(yàn)[M].香港:香 港文匯出版社,2006. 

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

[4] 項(xiàng)鐘庸,王筱留.高爐設(shè)計(jì):煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)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(shù)對(duì)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(shí)踐[J].中國(guó)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(shù)管理對(duì)策探討[J].重鋼技術(shù),2016(2):6-12.

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