建设奎纳纳工厂的其中一个目标就是希望在大规模工厂生产情况下在可控和安全的条件下发现问题-只有这样在可能在进行大规模商业化之前使该技术日臻完善。主要的经验教训包括:
铁水在出铁前炉(发生在第一次开炉装铁水)中发生冻结还是很麻烦的,原因是重新贯通出铁前炉和还原炉炉体之间的连通管是很困难的。如果出铁前炉工作不正常,那么则无法安全的进行冶炼。在制定了相应的对策之后,没有出现过类似情况(也不会出现)。
2007年3月,还原炉内出现了碳平衡失控的状况。结果是出现了泡沫渣现象(部分原因是炉渣温度较低加之矿石喷吹过量)。这种情况持续了(没有被发现)6个小时,期间炉内铁水大部分被熔炼成了半钢。这造成在水冷壁上结瘤约200-300mm厚,并由于冷却的作用下对管路形成了相当大的应力,因此出现水管破裂。鉴于此,工厂停炉清除了结瘤并更换了部分水冷壁。具体的对策是开发了相应的软件识别系统,强化了操作人员培训和在线炉尘含碳量反馈系统,进行实时数据显示,以确保及时发现还原炉中是否亏碳。
2007年12月,由于工作层耐材机械应力和侵蚀原因导致还原炉发生铁水烧出事故。事故得以安全处理,并且显示炉体设备周围的安全系统工作正常。事故的核心原因是未能及时监控关键区域耐材的状态和由此导致的炉壳的热态行为。具体的对策(除了操作人员培训外)是有选择地安装了渣线铜水箱(前文提到过)和在关键区域设置了永久性炉壳温度测量装置。
这些经验和教训(包括其他经验)形成了进一步优化工艺的基础。实际上许多独一无二的技术在最初都需要对出现的问题进行分析应对,才能继续向前推进。奎纳纳工厂也不例外。我们相信,这些实际生产过程中积累的诀窍将为工艺的最终成功起到一个平台的作用。
小时铁水产量和煤比
按照目前还原炉和矿粉预热器断开的生产模式,工厂设计能力(正常情况下)为100吨铁/小时。这一小时产量是基于最高产量超过10小时稳定生产或更长(需要说明,熔融还原炉达到稳定生产状态要比高炉快的多)。从一开始产量较低,小时产量稳步增长,达到了目前的75-80吨/小时。
目前认为弥合实际产量和设计能力(100吨/小时)的关键是喷枪的结构形式。一般认为对喷枪形式进行调整将彻底缩小这一差距,使小时产量达到设计指标。目前已经开始部分进行相关工作,并根据生铁市场的复苏情况,预计将于2010年全面实施。
总体上来讲,我们都认为工艺的表现是符合预期的。据此,HIsmelt工艺正在朝着达到吨铁700公斤煤比的目标迈进(干基),相当于湿矿的750公斤/吨铁。
需要说明,产量越高,生铁质量越好(有人可能认为相反是正确的)。产量高,碳含量低一些(高时接近4.0%,低时约为4.5%),磷含量也是一样。铁水中的硫含量高于高炉的硫含量。但是,可以采用炉外脱硫技术将硫降到炼钢要求的水平。
耐材寿命
最初设计的炉衬寿命为18个月,但是第一次炉役的寿命为3个月。其主要原因还是之前提到的工厂的作业率问题。实际上炉缸底部基本上没有什么侵蚀,主要是在侧壁发生耐材脱落。倾斜部分的耐材区域我们称之为“体育场形状耐材”,容易出现侵蚀。如果任由这部分区域的耐材被侵蚀而不采取措施,那么则会最终出现嵌入到该区域的水冷管被烧坏。这也就是之前提到的铁水烧出的原因。
据分析,主要的侵蚀机理为剥落和热振。在之前的试验厂阶段,我们已经证明(反复)在工厂生产稳定的情况下,侵蚀是非常小的。然而,奎纳纳工厂没能够确保足够长时间的持续稳定的生产,来避免由于这一主要耐材侵蚀机理的作用。
此外,当出现体育场区域耐材出现几块剥落时,整个区域的耐材就会“垮塌”,而耐火砖本身并没有被侵蚀,而是直接掉到炉缸底部。
为了应对这一问题,HIsmelt于2008年安装了渣线水箱,实现耐火砖与铜冷却元件之间的相对固定。水箱的效果很好,极大地降低了耐材的侵蚀。将来,寿命会超过18个月。
HIsmelt®工艺的潜力是巨大的,它拥有的一定优势(相对其他直接熔融还原技术而言),包括较低的投资成本,与生俱来的脱磷和直接处理超细粉料的能力(钢厂返回料)。一些潜在用户已经签订了工艺许可使用协议,并且希望在奎纳纳工厂指标达到一定的水平后开始兴建。
绝对毫无疑问的是,核心工艺是可行的。还原炉的生产在喷枪还没有完成完全优化的情况下就已经实现了设计能力的75-80%。这些改进将在按计划2010年重新开始生产后使我们非常接近100%的产能。那些对技术保持兴趣,且获得了相关细节的人(HIsmelt公司外部)一直持此观点。HIsmelt团队非常清楚今后的工作的分量。我们还需努力-计划已经制定,还需要确保实现作业率的提高。全世界的良好意愿和祝福是对于那些仍然还在HIsmelt奎纳纳“战壕”内的HIsmelt人的最大支持。