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高档次石灰生产线对钢铁生产的影响

中国钢铁行业作为石灰行业的最大用户,近30年的发展以及未来的走向,无疑值得我们石灰行业人士深入总结和思考。
高能耗、高污染、资源浪费,似乎成了我们两个行业挥之不去的三座大山。
外进石灰质量差且不稳定,似乎成了钢铁行业独立建设石灰车间的唯一理由。由此造成了一个严酷的现实:一方面对应钢铁行业巨大的石灰(1亿多吨/年)需求,国内独立产能大于60万吨/年的石灰生产供应商却寥寥无几。另一方面钢铁行业越来越压低石灰价格,石灰生产企业不得不以降低产品质量来降低生产成本,这样的低质量石灰反过来又对钢铁生产造成了此石灰本身价格差高出许多倍的额外损失!并且这种恶性循环还在继续,令人心痛!我们必须与钢铁行业一起依靠技术进步并改变经营方式,以逐步改变这种两败俱伤的状态,求得生存与发展的双赢目标。
中国钢铁企业经过近30年的发展,其生产技术操作水平、设备装备水平,对铁矿、焦碳、废钢等大宗原材料的选配技术,已跃居世界前列。特别是近几年的控潜增效工作,也几乎到位了。可以清晰的看到,目前如下三个方面还有较大的潜力可挖。
首当其冲就是提高石灰质量和石灰质量的稳定性;其二就是改善钢铁企业内部粉灰再利用工艺技术;其三就是改善经营方式和管理水平,减少内外非技术损耗。本文仅对第一方面问题加以探讨,以求抛砖引玉。
1、          炼钢用石灰,特别是铁水预处理和精炼炉用石灰对钢铁生产影响最大,烧结用灰的影响也很重要。
1.1    石灰SiO2含量的影响
我服务的一个企业生产结果就比较有代表性,其设备状态是无铁水预处理,也无精炼炉的线材钢种炼钢工艺,民营钢铁企业的设备多如此。其铁水平均成分[Si] 0.35%,[S] 0.03%,[P] 0.11% ,使用的两种石灰的月平均成分为:
  CaO MgO SiO2 Al2O3+FeO3 S 灼减 活性度
A 90.01% 2.02% 3.74% 0.94% 0.031% 4.15% 315ml
B 90.81% 3.12% 0.79% 0.95% 0.032% 5.02% 306ml
从表面上看,这两种灰差别不大,都属于比较优质的石灰,其中S、Al2O3+FeO3、灼减和活性度B种石灰稍差,CaO和MgO含量B种灰稍好,差异比较大的是B种灰SiO2含量减少2.95%。这种差异是不大的,实际上由于大多数钢铁企业都不是很经常的化验SiO2和S,这种差异一般都没有引起重视。而实际炼钢使用效果却有较大的差异,在同样钢种和生产条件下,B种石灰对应的炼钢成本比A种灰成本下降了9.6元/吨钢。A种石灰的月平均吨钢灰耗在39kg/t钢,而B种石灰在同样条件下却为27.2kg/t钢,这在通常的理论和经验上是说不通的。
A:CaO有效=90.01-3.74*2.5=90-9.35=80.66(%)
B:CaO有效=90.81-0.79*2.5=88.835%
27.2kg/t钢*88.835%=24.16kg/t钢
=29.95kg/t钢
也就是说,对应B种石灰的27.2kg/t钢,A种石灰的吨钢灰耗在30kg/t钢左右是可以理解的。
1.2    石灰硫含量的影响
从高炉渣碱度和预处理成本、LF成本方面谈:普通钢种一般的脱硫要求是把铁水中的硫脱除0.02%左右,也就是说吨钢脱除硫元素的重量一般不超过1000kg*0.02%=0.2kgS/t钢。从表面上看高炉煤气和转炉煤气所烧的石灰带入的硫并不多,39kg灰/t钢*0.031%=0.012kgS/t钢。
比较适合喷煤的石灰工艺是回转窑和双膛窑,以双膛窑为例,850KCal/kg灰*1000kg/t÷7000KCal/kg标煤=121.43kg标煤/t灰,在市场上买到硫含量0.8%以下,发热值在7000KCal/kg以上的特优质煤,一是资源少,且价格较贵,姑且按此计算。考虑到再有10%的硫进入废气,则进入石灰中的硫为

1.3    石灰活性度的影响
10年前很多钢铁企业并不化验石灰活性度,现在对活性度的认识也存在一些模糊。我们做过一些统计分析,结果是在船板钢以下的板材、线材、型材所对应的中低品种钢生产中有如下规律:在240ml—260ml之间是一个拐点,也就是说如果活性度低于此拐点,活性度低对于炼钢和烧结的影响是显著的,主要还是由于过烧引起活性度的下降的危害最为显著,此时应把提高活性度作为主要矛盾去对待,建议把活性度的考核再留一点安全系数,这与活性度主要影响化渣速度和消化速度的规律是对应的。也就是说当活性度大于380ml后,石灰质量对钢铁生产的影响主要矛盾转化为硫含量和SiO2含量,相对来说CaO含量差别2%左右对生产的相关性却不十分显著。并且如果是由于生烧所造成的活性度下降对生产的危害就更少了。
因此,对于钢铁企业用石灰,建议把石灰的灼减考核指标调整到5%—7%,这样可以取得最佳的生产成本与使用效果的优化(一般在炼钢和烧结还应该使用部分生石灰石和生白云石,这比生烧厉害多了)。
1.4    石灰质量稳定性的影响:
实际上钢铁企业生产问题总结会上大多提及的是前述有关石灰质量的各种技术指标严重变差的问题,也就是说石灰质量指标的稳定性几乎涉及了石灰使用的绝大多数问题,并且给钢铁生产带来的损失是巨大的,远远超过了石灰本身的价格。这种影响体现在两个方面。
1.4.1        首先是一个心理问题。众所周知,几乎钢铁冶炼的全部工序为了保险,都留有一个“安全系数”,以此来应对不可预见的突然变化,这是一个十分难以量化的生产经验,其中石灰质量的波动占有很大的比重,例如:炼钢有权决定石灰配加量的作业长,经常在内心有这样一句话:“上炉钢的硫或磷险些不合格,这次多加点石灰。”如前所述,冶炼1吨钢水每增加1kg石灰,吨钢成本上升接近1元/吨钢——远远大于1kg石灰本身的价格。几乎可以这样说,如果能够把这些“安全系数”减少一半,大多数钢铁企业在目前很低的钢材价格状态下也不会亏损。
1.4.2        其次石灰质量的波动几乎涉及钢铁冶炼的全部重要的技术经济指标,并且其影响还是举足轻重的。
在烧结:碱度、品位、各种冶金性能、混合料造球性、能耗、产量、成本;
在炼铁:炉料结构、焦比、[S]、[Si]、炉渣性能、顺行情况、产量、成本;
在铁水预处理:脱硫率、温降、铁损、处理时间、成本;
在炼钢:吨钢灰耗、吹氧时间、化渣速度、喷溅情况、泡沫渣状况、钢铁料消耗、[S]、[P]、[O]、一次命中率、钢水温度、脱氧剂消耗量、渗碳剂消耗量、炉龄、产量、成本、钢材品种、钢材质量;
在炉外精炼:吨钢灰耗、脱硫率、能耗、温降、铁损、处理时间、钢水质量、钢材品种、成本。
也就是说上述钢铁冶炼各工序的几乎全部重要的技术经济指标,以及多数非正常冶炼状况和不合格现象均与石灰质量及其波动存在着显著的联系,石灰在钢铁冶炼中的地位就像做菜的食盐一样,有人说过这样的话:炼钢、炼铁就是首先要把渣炼好,而石灰质量及其稳定性,是炼好渣的核心问题。现实生产过程中,对石灰质量的化验和考核往往不及时,也缺乏准确性,这进一步加大了问题的危害程度。
2、          与石灰石矿山的联系亟待加强:
众所周知,每个矿山的石灰石都是有波动的,而前述石灰质量和石灰生产过程中的问题,首先是要选择好的石灰石原料,在此如果矿山能在开采和加工过程中把不同的石灰石划分成不同的级别,而在同一个级别中加强混匀,减少质量的波动,这将对摆脱石灰生产单位与钢铁冶炼用户的困难局面起着至关重要的作用,并且成本最低,效益最好。唐山地区钢铁企业大量采用高价格的山东和南方石灰石原料就是一个很好的启发。
3、          混烧煤石灰窑和喷煤石灰生产工艺,解决了对煤气的依赖,同时也存在着风险。
当前中国制造业,特别是钢铁企业,正处于一个相当长时间段的低谷期,生产成本压力大,可以预见必将挤死一批,提升一批,对石灰工艺技术的认识也出现了相当严重的分歧,是否回到煤烧时代成为了一个热门话题。在这种形式下,我们石灰行业必须有一种理智思维,正确的把握技术和市场发展趋势,以防被拉入三角债漩涡。
     3.1混烧煤石灰窑技术
         以马寿春石灰行业和节能型石灰窑及其类似的技术比老式混烧煤石灰窑有了巨大的进步,在单炉产量、能耗、环保和活性度方面均有了较大的改善,把中国混烧煤石灰窑技术推进到了或接近了其技术的巅峰,对石灰技术进步的贡献是收人尊敬的。然而,要想把吨灰能耗降至115kg标煤以下将是一个极难逾越的坎,也无法摆脱对低挥发分煤种的依赖,这里一个最根本的障碍是挥发分(包括焦油)释出时炉气中已缺氧气,因而这种石灰窑内绝大部分挥发分不仅不燃烧放热,而且还会分解吸热并进入炉顶废气,给后续的废气处理增加了巨大的困难,这是国家环保政策限制混烧煤石灰窑的根本原因之一。其次燃料煤所带入的灰分和硫对石灰质量的污染也是另一个无法解决的技术难关。
3.2喷煤石灰生产工艺,比混烧煤石灰窑工艺有所进步。
    适合喷煤的石灰生产工艺是回转窑和双膛窑等,这种工艺的最大进步是煤中的挥发分得到了充分燃烧和利用,提高了能量利用率。然而燃料煤所带入的灰分和硫对石灰质量的污染还是没有解决。如前所述,钢厂用这种灰把吨钢灰耗降至35kg/t钢以下或生产高品种的钢材也将遇到巨大的困难,即使是采用更严格的破碎筛分来保炼钢灰,而这些灰分和硫对烧结和炼铁生产的影响也是不容忽视的,外排环保更不允许。唐钢最初的麦尔兹窑就是喷煤的,生产指标也相当不错,而最近几年却有上了烧天然气的麦尔兹,而天然气的价格使石灰生产成本增加了许多,即使与钢铁厂的高炉煤气和转炉煤气等价格比较也是搞出了许多。由于吨钢灰耗对炼钢成本的巨大影响,可以预见未来几年内,随着吨钢灰耗小于30kg/t钢或生产高品种钢的钢铁企业数量越来越多,较高吨钢灰耗的钢铁企业市场竞争力将大受影响。
4、          用混烧煤或喷煤生产石灰,而把煤气用于发电,存在国家政策的风险。
国家允许煤气发电是对于钢铁企业“富余”煤气,避免能源浪费而言的,随着环保问题的日益重视,特别是多个地区用煤指标一点不批就是明确的信号,这种政策风险值得我们重视。
另外从纯技术角度上来讲,让煤的灰分和硫进入钢铁生产流程,所产生的环保处理费用和问题,远比单纯用大型燃煤锅炉发电大得多,国家对燃煤发电项目尚且有诸多限制,这就增加了燃煤生产石灰的政策风险。
实际上煤气发电的经济效益,原根就是一个集团利益划分的产物,并没有什么技术增值,随着发电行业对民企的开放,电价与煤价的差异也会发生相应的变化。
再其次政府对钢铁企业用电量的限制,根就是一个限制产能过剩的调控手段,平行于用电量限制的手段是很多个的,甚至还在加多和加重,因此以煤气发电的措施应对国家的整体调控措施,不是一个量级的问题。