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宝钢烧结过程稳定性因素的探讨

2014-6-5 11:06:12

袁 兵
(宝山钢铁股份有限公司炼铁厂)
 
摘  要: 烧结过程的稳定,对于高炉生产有着非常重要的作用,结合宝钢烧结生产的实际经验,运用六西格玛方法分析出影响烧结过程稳定性的因素,按西格玛水平,负效益、时间等因子进行权重打分筛选,找出两个重要的可控因素。根据宝钢高炉、烧结生产和搭配的实际特点,我们于2012年9.17日至2012.11.05日在宝钢1、2DL上进行高炉槽下烧结粉配比、三期匀矿使用模式试验。在原燃料外部条件未出现较大变化的背景下,通过烧结粉和三期匀矿使用模式的组合变化,重点考察烧结生产过程的稳定性和烧结矿成分、碱度、强度等技术指标变化情况,分析影响烧结生产稳定性的主要因素,摸索出目前宝钢1、2DL烧结过程稳定性能最好的搭配模式,为烧结工序的稳定性研究做了有益的探索。
关键词:烧结稳定性  六西格玛 
 
    The disscussion of stability factor of sintering process in Baosteel
YUAN Bing
(Iron making plant,Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,)
 
Abstract: It has a very important effect on blast furnace that sinter process is in stabliation. According to the sinter condition in baosteel, we were able to find the factors which can affect he sinter stability by the 6 σ method. We marked thess factors by different statistical weight factor ,such as the 6 σ level ,benefit and time. At last ,we choosed two important factors from 9 factors. In the term from 2012.09.17 to 2012.11.05, we made the different match relation tests of sinter feed, the  blending ore in NO.1 and NO.2 sinter machines. We researched the variety of chemical composition, basicity and drum intensity of sinter in different match. We optimized the match mode about the  sinter feed and blending ore and the stability of sinter was improved.
Key words: sinter, stability , 6 σ
 
1.概 述
      烧结过程的稳定,不仅对烧结过程具有非常重要的作用,而且对高炉的稳定顺行也具有重要的意义。众所周知,烧结过程是一个复杂的固液相反应,即铁矿粉、溶剂和燃料添加适宜的水分后进行均匀混合,借助燃料产生的高温,使烧结物料中的成分熔化或软化,发生化学物理反应和生成一定量的液相,冷却后互相粘结成块的过程。烧结过程机理复杂,影响因素众多,滞后性较强。在烧结过程中,液相的产生量、组成成分、生成速度及分布的均匀性对烧结过程的稳定性起到了比较显著的影响。烧结原燃料的质量稳定性,烧结操作方式和设备状况也对烧结过程的稳定具有一定的影响。为了提高烧结过程的稳定性,就必须针对影响烧结生产稳定的因素进行分析,找出在可控条件下的重要影响因素,并提出改善其波动性的具体措施,达到稳定烧结生产的目的。
1.1  1、2DL稳定性因素分析
      考虑到烧结操作方式和设备状况在较短时间内,难以大幅度优化,通常是通过管理措施进行改善。故本文对烧结稳定性因素的分析暂不考虑烧结操作方式和设备状况,而专门针对烧结原燃料的特点进行相关分析,通过物料的优化组合,达到改善烧结稳定性的目的。
     宝钢烧结使用的新原料的70-80%为烧结匀矿,其匀矿的质量的稳定,对于烧结过程稳定和烧结矿质量稳定有着重要的意义。烧结匀矿大堆主要由粉矿、筛下粉和杂辅料构成,其中粉矿又包含有部分精矿粉。粉矿主要包含卡拉加斯矿、图巴朗矿、杨迪矿、皮尔巴拉和麦克矿等构成。筛下粉主要由块矿筛下粉和球团筛下粉构成。杂辅料包括匀矿端部料、高炉一次、二次灰、钢渣、活性污泥、氧化铁皮、ESCS灰等。宝钢原料区域技术人员从1995年就已经开发使用了混匀矿多品种智能等硅堆积技术,利用混匀矿智能堆积控制系统,在堆积过程中自动计算堆积矿石的SiO2含量,并通过调整CFW的切出速度做到等硅堆积。通过控制混匀矿堆积过程的层数和垂直截取混匀矿,确保了烧结使用的混匀矿质量的稳定(主要是SiO2的稳定)。烧结匀矿质量波动主要是由于烧结匀矿中参配少批量的粒级较细的精矿粉和杂辅料,在匀矿输送过程中,由于这部分物料偏析轨道的不规则性,导致了在某些时间段匀矿SiO2成分会发生突变。针对这一世界性难题,宝钢原料处理人员相继开发了匀矿头部和尾部料截取技术、合流作业技术等,确保了烧结匀矿SiO2的成分稳定。总体来讲,宝钢烧结匀矿SiO2的质量波动情况较好,居世界领先水平,具体见图1。
      由于宝钢匀矿一期三期输送系统和三台烧结机使用量上存在不匹配现象,为了平衡物流和减少一期匀矿频繁变堆对烧结过程的不利影响,1、2DL共计要使用大约40%的三期匀矿。两种匀矿大堆在1、2DL同时使用,势必将匀矿的质量波动的弊端放大,对整个烧结过程稳定产生不利影响。
      宝钢用烧结熔剂主要包含白云石、石灰石、生石灰和蛇纹石。通过进厂和矿点的抽检,确保了白云石、石灰石和蛇纹石的质量。通过历年的生产实践反馈,上述熔剂质量能满足烧结生产的需要。生石灰的活性和粒度对烧结生产的稳定有着非常明显的影响作用,但从宝钢生石灰使用的实践来看,生石灰的资源和质量具有一定的不可控性。
      烧结燃料主要包含冶金焦、无烟煤、以及落地粗焦、头尾焦、外购焦等。通过固定烧结使用的固体燃料种类比例,及时调整固体燃料的水分、粒度等指标,可以将固体燃料影响烧结波动的影响降低到最小。烧结生产还添加了烧结内部返矿(粒度<5mm)和高炉烧结矿槽下烧结粉。由于烧结内部返矿质量几乎和成品烧结矿成分相似,每台烧结机的内部返矿由其本身内部消化,故我们可以认为其成分基本处于稳定和受控状态。
    高炉烧结矿槽下烧结粉的成分和成品烧结矿的成分也比较相似。但由于宝钢烧结与高炉为“三对四模式”,且高炉槽下烧结粉返回系统并未将各台烧结机的烧结粉完全分开返回。由于高炉炉料结构的差异,导致了1、2DL的烧结矿质量控制基准的差异,从来源上看,不同烧结机的烧结粉成分存在较大的区别。再加之,高炉槽下返回至1、2DL使用的烧结粉在数量上也存在不确定性,也更加剧了烧结粉的波动。
      基于上述影响烧结稳定性因素的分析,运用头脑风暴、六顶思考帽的方法,经整理共产生如下9个影响稳定性因素。将上述9个因素按六西格玛的思想,对各影响因素进行权重打分,并找出最重要的两个因素,具体见表1和表2。
表1  9个影响烧结稳定性因素
Table 1 The 9 stability factors of impacting sinter process
编号
影响烧结稳定性因素
A
烧结匀矿质量波动
B
一期和三期匀矿的使用比例
C
白云石质量波动
D
石灰石质量波动
E
生石灰质量波动
F
蛇纹石质量波动
G
固体燃料种质量波动和不同品种使用比例
H
烧结粉质量波动和使用比例
I
内部返矿质量波动和使用比例
 
表2  9个影响烧结稳定性因素按权重打分
Table 2  The statistical weight marked of the 9 stability factors
影响因素
编号
Siga
影响
负效益
影响
时间
影响
总分
排序
可控程度
是否为
重要因素
A
4
7
6
55
4
9
B
8
8
6
74
2
10
C
4
5
7
52
5
8
D
4
5
7
52
5
8
E
9
7
7
78
1
7
F
4
5
6
49
7
8
G
3
4
4
36
9
8.5
H
8
5
3
56
3
9
I
5
3
5
44
8
9.5
      评分标准与权重设置:sigma,负效益效益与时间的权重为4,3,3,每项满分10分。
影响因素E生石灰质量波动打分最高,但结合目前宝钢生石灰使用的实际情况,其质量方面存在一定的不可控因素,故暂不将其列为重要因素。我们选取打分第二和第三的影响因素B一期和三期匀矿的使用比例和H烧结粉质量波动和使用比例为重要因素。
1.2    1、2DL烧结粉、三期匀矿使用模式试验
     根据影响烧结稳定性的两个重要因素B和H(只考虑其使用比例),2012.09.17至2012.11.05期间,我们在1、2DL进行了相关试验。本次试验分为五种试验模式,每种模式试验10天,具体安排如下:在试验模式运行和切换期间,1、2DL生产基本沿用目前的生产模式,综合输送量、机速、层厚,固体燃料配比、生石灰配比等重要控制参数保持不变,避免增加人为波动,影响试验效果。
基准期:1、2DL各使用20%的三期匀矿,烧结粉也分别在1、2DL使用。试验时间:9.17-9.26。
阶段一:1DL全部使用三期匀矿(40%),烧结粉全部配在1DL(具体配比根据槽位平衡而定),试验时间:9.27-10.06。
阶段二:1DL全部使用三期匀矿(40%),烧结粉全部配在2DL(具体配比根据槽位平衡而定),试验时间:10.7-10.16。
阶段三:2DL全部使用三期匀矿(40%),烧结粉全部配在1DL(具体配比根据槽位平衡而定),试验时间:10.17-10.26。
阶段四:2DL全部使用三期匀矿(40%),烧结粉全部配在2DL(具体配比根据槽位平衡而定),试验时间:10.27-11.05。
 
2,烧结过程与技术指标波动分析
通过对各个试验阶段的比较,得出三期匀矿和高炉槽下烧结粉在1、2DL最为合理的使用模式,即1、2DL稳定性最好的模式。在整个试验阶段,烧结匀矿大堆组成稍有变化,在分析中,出于简洁明了的原则考虑,忽略匀矿大堆差异和变堆对烧结波动的影响,同时生石灰质量波动对烧结波动的影响也不考虑。试验期间的技术指标与参数变化见表3和表4。
表3 一烧结试验阶段指标与参数变化
Table 3  The variety of stages targets and parameters of 1DL
试验阶段
机速
层厚,
生产率
成品率
煤比
燃耗
COG单耗,
点火强度,
点火温度
BTP温度
BTP位置,
风箱负压,
 
m/min
mm
t/m2d
%
,kg/t-s
kg/t-s
m3/t
m3/m2
No.
pa
基准期
2.88
689
32.77
75.85
0
52.92
2.52
1.72
1219
358.2
22
14809
模式一
2.84
684
32.4
75.36
0
52.36
2.72
1.86
1213
373.4
21.95
15455
模式二
2.88
698
32.57
75.2
0.98
54.65
2.65
1.82
1215
380.4
22.08
15327
模式三
2.84
678
32.44
75.53
4.46
55.44
2.92
1.92
1216
380.7
20.9
14538
模式四
2.89
678
32.18
75.33
5.26
57.62
3.57
2.41
1208
405.5
21.87
13526
 
表4 二烧结试验阶段指标与参数变化
Table 4  The variety of stages targets and parameters of 2DL
试验阶段
机速
层厚,
生产率
成品率
煤比
燃耗
COG单耗,
点火强度,
点火温度
BTP温度
BTP位置,
风箱负压,
 
m/min
mm
t/m2d
%
,kg/t-s
kg/t-s
m3/t
m3/m2
No.
pa
基准期
2.77
669
28.99
74.23
0
61.29
4.3
2.67
1196
343.5
21.64
12717
模式一
2.77
663
29.85
75.16
0
58.94
4.17
2.51
1164
342.6
21.41
12640
模式二
2.79
667
30.27
74.58
1.07
61.07
4.49
2.82
1157
340.9
21.7
13217
模式三
2.77
679
30
76.33
5.09
62.55
3.94
2.36
1105
363.2
21.6
11920
模式四
2.8
669
30.08
74.86
5.82
63.75
4.41
2.73
1092
342.4
21.6
12288
  注:(1)表中数据整理数据时剔除了定修、长时间故障停机、报表出错等因素导致的日报异常数据,数据来源于L3系统。
   (2)产量是在报表产量基础上考虑混匀矿水分变化而进行还原的计算产量。
    (3)表中数据统计期间,1、2DL使用生石灰均为外购料。
      对表3和表4中主要指标绘制单值控制图。由1、2DL生产率单值控制图可知,整个试验阶段(含基准期),1DL的生产率较2DL的生产率高,且一烧结生产率波动较小。基准期的1DL生产率最高,但和其它试验阶段差异不大。基准期二烧结生产率较低,其它试验阶段差异较小。从生产率来看,基准期对1DL有利(但不特别明显),试验阶段二、三对1、2DL生产率有利。
     从成品率来看,一烧结在整个试验阶段波动不明显,试验阶段三对二烧结的成品率有利。由煤比和固体燃料单值控制图可知,整个试验阶段,1、2DL的固体燃料单耗波动趋势相同,其波动程度相似。二烧结的固体燃料单耗绝对值较高(与二烧结生产符号和设备状况相关)。
     由COG单值控制图可知,在整个试验阶段中,一烧结的COG单耗波动较大,在试验阶段四,一烧结的COG单耗较高。
      由BTP温度、位置和风箱负压单值控制图可知,在整个试验阶段,二烧结的稳定性较一烧结好。
    从1、2DL的过程指标与操作参数变化来看,一烧结在整个试验阶段的差异并不明显,相比而言,基准期的各项过程指标较好。二烧结在整个试验阶段的差异稍微要大些。以成品率和生产率来看,模式三的试验阶段对二烧结的生产相对有利;以COG单耗和透气性方面(BTP位置和温度,风箱负压)来看,整个试验段,1、2DL的差异均不大。故我们认为,基准期和模式三,对1、2DL的生产相对有利。
 
3,烧结矿质量波动分析
     由于烧结矿质量主要受高炉炉料结构要求和配矿决定,在整个试验阶段,1、2DL的烧结矿质量(成分和强度、粉率和RDI)基本保持稳定,均能满足高炉生产的需要,具体数据指标见表5和表6。
表5 一烧结试验阶段各阶段质量指标
Table 5  The quality targets of different stages of 1DL
 
TFe,%
SiO2,%
R,
Al2O3,%
MgO,%
TiO2,%
FeO,%
RDI,%
MS,mm
Ti,
%
基准期
57.74
4.91
1.91
1.7
1.64
0.09
8.08
32.71
19.74
75.99
模式一
57.39
4.97
1.92
1.74
1.71
0.09
8.16
32.25
20.88
75.99
模式二
57.4
4.98
1.92
1.76
1.64
0.09
8.06
32.06
19.74
75.67
模式三
57.13
4.94
1.97
1.76
1.68
0.1
8.43
31.05
18.78
74.78
模式四
57.18
5.02
1.95
1.77
1.67
0.1
8.69
31.96
18.82
74.86
 
表6 二烧结试验阶段各阶段质量指标
Table 6  The quality targets of different stages of 2DL
 
TFe,%
SiO2,%
R,
Al2O3,%
MgO,%
TiO2,%
FeO,%
RDI,%
MS,mm
Ti,
%
基准期
57.54
5.02
1.91
1.72
1.67
0.09
8.39
31.66
20.06
76.58
模式一
57.38
5.01
1.91
1.73
1.71
0.09
8.12
31.55
19.75
76.35
模式二
57.42
5.00
1.93
1.77
1.63
0.10
8.53
31.28
19.48
76.23
模式三
57.23
4.98
1.98
1.74
1.68
0.09
8.36
30.42
19.62
75.70
模式四
57.12
5.03
1.96
1.77
1.69
0.09
8.52
30.81
19.94
74.73
 
由于三期匀矿和烧结粉的配入,会给烧结矿质量带来一定的波动,我们重点分析了烧结矿质量波动的情况,列出了烧结矿质量指标的极差值(整个试验阶段的平均值),具体见表7和表8。
表7 一烧结试验阶段各阶段质量指标极差值
Table 7  The range of quality targets of different stages of 1DL
 
RTFe
RSiO2
R碱度
RAl2O3
RMgO
RTiO2
RFeO
Rrdi
RMS
RTi
基准期
0.42
0.24
0.12
0.08
0.11
0.00
1.25
3.73
2.59
0.42
模式一
0.54
0.23
0.11
0.07
0.09
0.01
1.12
3.84
2.64
2.12
模式二
0.39
0.28
0.11
0.08
0.16
0.01
1.02
4.48
3.01
2.02
模式三
0.49
0.18
0.09
0.06
0.10
0.01
0.61
3.74
1.93
1.44
模式四
0.46
0.22
0.11
0.07
0.10
0.01
1.40
3.77
    注:R代表极差
表8 二烧结试验阶段各阶段质量指标极差值
Table 8  The range of quality targets of different stages of 2DL
 
RTFe
RSiO2
R碱度
RAl2O3
RMgO
RTiO2
RFeO
Rrdi
RMS
RTi
基准期
0.70
0.35
0.13
0.07
0.08
0.00
1.27
4.49
2.15
1.99
模式一
0.68
0.23
0.14
0.08
0.14
0.01
1.20
3.87
2.51
1.96
模式二
0.89
0.23
0.12
0.08
0.14
0.01
1.34
4.46
2.42
2.03
模式三
0.60
0.28
0.13
0.08
0.11
0.01
1.72
4.48
2.41
2.21
模式四
0.49
0.26
0.11
0.08
0.13
0.01
1.94
3.83
-
-
注:R代表极差
      从表7和表8看出,整个试验阶段烧结矿质量指标的波动的情况是不一致的。综合考虑高炉对烧结矿的需要和烧结本身的实际情况,按六西格玛的思想,对上述10个指标的极差进行评估,具体见表9。整个试验阶段极差指标按从小到大的顺序,分别给予5分,4分,3分,2分,1分。将其得分与各项指标的权重相乘,得出最终的得分。高炉影响指标:烧结矿质量波动对高炉生产带来影响的程度性指标,分值越高,影响程度越大。烧结过程反应指标:烧结矿质量波动,需要烧结生产进行相应调整的难度性指标,分值越低,调整难度和手段越少(趋向间接调整手段)。反应时间指标:烧结矿质量波动,烧结调整需要时间长短性指标,分值越高,调整时间越短。最终得分高的模式,就是最优模式具体见表10和表11。
表9   烧结矿质量成分波动权重打分表
Table 9  The statistical weight marked of the fluctuation of sinter component
极差指标
高炉影响指标
烧结过程反应指标
反应时间指标
总分
权重
RTFe
7
5
8
63
0.12
RSiO2
6
6
9
63
0.12
R碱度
8
7
8
76
0.14
RAl2O3
5
3
2
39
0.07
RMgO
4
5
9
49
0.09
RTiO2
3
4
2
33
0.06
RFeO
5
6
5
54
0.10
Rrdi
6
6
9
63
0.12
RMS
4
4
3
39
0.07
RTi
7
7
4
67
0.12
注:评分标准与权重设置:高炉影响权重5,烧结过程反应权重4,时间权重1,每项满分10分。
表10  一号烧结机烧结矿稳定性打分
Table 10  The marked of the stability of 1DL's sinter
 
权重
1DL基准期
1DL模式一
1DL模式二
1DL模式三
1DL模式四
RTFe
0.12
4
1
5
2
3
RSiO2
0.12
2
3
1
5
4
R碱度
0.14
1
2
4
5
3
RAl2O3
0.07
2
4
1
5
3
RMgO
0.09
2
5
1
3
4
RTiO2
0.06
5
4
3
1
2
RFeO
0.1
2
3
4
5
1
Rrdi
0.12
5
2
1
4
3
RMS
0.07
4
3
2
5
1
RTi
0.12
5
2
3
4
1
最终得分
 
3.16
2.72
2.64
4.03
2.6
 
表11  二号烧结机烧结矿稳定性打分
Table 11  The marked of the stability of 2DL's sinter
 
权重
2DL基准期
2DL模式一
2DL模式二
2DL模式三
2DL模式四
RTFe
0.12
2
3
1
5
4
RSiO2
0.12
1
4
5
2
3
R碱度
0.14
3
1
4
2
5
RAl2O3
0.07
5
4
5
2
1
RMgO
0.09
5
3
2
4
1
RTiO2
0.06
5
1
2
3
4
RFeO
0.1
4
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5
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