煉鐵經(jīng)濟(jì)料與低成本煉鐵的關(guān)系研究與探討

秦延華 秦富兵

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

煉鐵經(jīng)濟(jì)料與低成本煉鐵的關(guān)系研究與探討

秦延華 秦富兵

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

受原燃料市場(chǎng)和鋼材市場(chǎng)供需環(huán)境的影響，鋼鐵企業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境日趨惡化，鐵前系統(tǒng)降低生鐵成本的壓力也與日俱增。本文從影響生鐵成本的原燃料入手，從高爐原燃料的質(zhì)量與成分、入爐礦品位以及經(jīng)濟(jì)合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)等方面，論述了經(jīng)濟(jì)料與低成本煉鐵的關(guān)系。指出煉鐵經(jīng)濟(jì)料不是一味地使用低價(jià)劣質(zhì)礦就能夠降低生鐵成本的，而是各個(gè)鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身資源狀況而做出的優(yōu)化選擇。

高爐 經(jīng)濟(jì)料 低成本 煉鐵

0 前言

隨著世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的持續(xù)低迷和全球鋼鐵鐵產(chǎn)能的供需失衡，導(dǎo)致大部分鋼企盈利能力趨差，甚至嚴(yán)重虧損。為降低生鐵成本，各大鋼企可謂都不遺余力。由于在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中煉鐵工序的成本控制將直接影響企業(yè)的效益和競(jìng)爭(zhēng)力，而在生鐵成本中原燃料又占85%左右，可見煉鐵原燃料價(jià)格對(duì)煉鐵成本的影響是巨大的。實(shí)行低成本煉鐵就必然要用經(jīng)濟(jì)料來降低煉鐵原燃料費(fèi)用，但原燃料費(fèi)用的降低會(huì)影響精料水平，從而影響高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，甚至無法達(dá)到低成本煉鐵的目標(biāo)。所以，煉鐵經(jīng)濟(jì)料不是一味地使用低價(jià)劣質(zhì)礦就能夠降低生鐵成本的，而是各個(gè)鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身資源狀況而做出的優(yōu)化選擇。而對(duì)于煉鐵經(jīng)濟(jì)料的配置和優(yōu)化來說則應(yīng)從含鐵原料品位、燒結(jié)配料、焦化配煤以及高爐噴吹煤粉等通盤考慮，形成鐵前原燃料一體化優(yōu)化配置，決不能把它們的有機(jī)聯(lián)系割裂開來。可見，在當(dāng)前嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和市場(chǎng)形勢(shì)下，結(jié)合企業(yè)自身資源狀況，研究經(jīng)濟(jì)料和低成本煉鐵之間的關(guān)系，科學(xué)、合理地控制煉鐵成本，對(duì)于鋼鐵企業(yè)的效益提升和脫危解困都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 生鐵成本的構(gòu)成

生鐵成本主要由含鐵原料、燃料、能動(dòng)介質(zhì)、工資福利和制造費(fèi)用等部分構(gòu)成，見表1。從表1看出，在生鐵成本中含鐵原料費(fèi)用所占比率最大為60%左右，其次是燃料成本占25%，因此降低生鐵成本的關(guān)鍵是圍繞煉鐵原燃料，從降低原燃料費(fèi)用及其通過優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)在煉鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗來進(jìn)行研究[1]。

表1 生鐵制造成本主要構(gòu)成

2 煉鐵經(jīng)濟(jì)料與低成本煉鐵的關(guān)系

在當(dāng)今全球市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，煉鐵原燃料的品質(zhì)和冶金性能基本是與其價(jià)格成正比的，原燃料費(fèi)用的愈低也就意味著高爐精料水平趨差。不容置疑，精料是高爐煉鐵的基礎(chǔ)，對(duì)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要影響。而使用經(jīng)濟(jì)料煉鐵，就要降低原燃料費(fèi)用，也就會(huì)降低高爐的精料水平，繼而造成高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變差，反而可能使生鐵成本升高，這就與低成本煉鐵的目標(biāo)背道而馳了。在煉鐵實(shí)際生產(chǎn)中，煉鐵原燃料的成分組成、質(zhì)量品質(zhì)以及冶金性能都會(huì)對(duì)高爐生產(chǎn)狀況造成極大的影響。煉鐵原燃料的部分成分組成、質(zhì)量品質(zhì)以及冶金性能對(duì)高爐影響見表2。

表2 煉鐵原燃料的部分成分組成、質(zhì)量品質(zhì)以及冶金性能對(duì)高爐的影響

由表2可以看出，煉鐵原燃料的成分組成、質(zhì)量以及冶金性能對(duì)高爐的影響是復(fù)雜的，也是多方面的。而要在實(shí)際生產(chǎn)中處理好這些矛盾，真正達(dá)到“經(jīng)濟(jì)煉鐵”的目的，就要綜合考慮影響生鐵成本的諸多因素，通過權(quán)衡各因素之間的價(jià)效取向和大小，通過高爐實(shí)際生產(chǎn)效果來對(duì)原燃料予以取舍及優(yōu)化。

2．1 燒結(jié)礦質(zhì)量與低成本煉鐵的關(guān)系

盡管不同的高爐和爐料結(jié)構(gòu)在不同的冶煉條件下對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量和冶金性能有著不同的要求。但加強(qiáng)燒結(jié)工序的技術(shù)進(jìn)步，提高燒結(jié)礦的質(zhì)量及其冶金性能，在降低煉鐵成本方面的作用是不容置疑的。在燒結(jié)生產(chǎn)中，配料的結(jié)構(gòu)組成一定程度上決定了燒結(jié)礦的冶金性能，因此，在經(jīng)濟(jì)料煉鐵過程中，不能一味減配優(yōu)質(zhì)礦種，而忽略燒結(jié)礦的綜合冶金性能。另外，燒結(jié)礦質(zhì)量和冶金性能的優(yōu)劣除了配料因素，還與燒結(jié)工序的技術(shù)和管理密不可分。在燒結(jié)生產(chǎn)中，加強(qiáng)混合、鋪底料、提高料溫、低溫點(diǎn)火、厚料層、低配炭以及小球燒結(jié)等技術(shù)措施都能明顯改善燒結(jié)礦強(qiáng)度和還原性能等質(zhì)量指標(biāo)，使燒結(jié)礦成本得以降低，同時(shí)也順應(yīng)了當(dāng)前低成本煉鐵的工藝要求。經(jīng)大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，高堿度燒結(jié)礦從礦物組成出發(fā)，有一個(gè)最佳堿度范圍，這個(gè)值在1.8～2.3之間。 另外，生產(chǎn)實(shí)踐表明，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高1%，高爐產(chǎn)量提高1%～2%，燒結(jié)礦中(FeO)每提高1%，高爐焦比增加1.5%，生鐵產(chǎn)量降低1.5%。使用高堿度燒結(jié)礦，高爐冶煉時(shí)可減少堿性熔劑的加入量，這不僅可節(jié)省熱量消耗，且可改善煤氣熱能和化學(xué)能的利用，同樣有利于降低焦比和提高產(chǎn)量。

此外，還有一些技術(shù)措施和工藝能夠改善燒結(jié)礦冶金性能的都可嘗試。為改善燒結(jié)礦的低溫還原粉化指標(biāo)，安鋼對(duì)燒結(jié)成品礦噴灑CaCl2溶液來降低其低溫還原粉化率，改善其冶金性能。燒結(jié)礦噴灑CaCl2溶液前后其主要質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比見表3。

表3 燒結(jié)礦噴灑CaCl2溶液前后主要質(zhì)量指標(biāo)變化 %

表3表明，燒結(jié)礦經(jīng)噴灑強(qiáng)化劑溶液處理后，低溫還原粉化率(RDI-3.15)較基準(zhǔn)樣平均降低了35.92個(gè)百分點(diǎn)，還原強(qiáng)度指數(shù)(RDI+6.3)提高了71.07個(gè)百分點(diǎn)，還原性(RI)變化不大，磨損指數(shù)(RDI-0.5)降低了7.22個(gè)百分點(diǎn)。燒結(jié)礦經(jīng)噴灑處理后，試驗(yàn)高爐利用系數(shù)提高0.14 t/( m3.d)，入爐焦比降低5.95 kg/t，平均每小時(shí)增加風(fēng)量1 000 m3/h，CO利用率提高0.23%。這都有效的降低了生鐵成本。

2.2 入爐礦品位與低成本煉鐵的關(guān)系

鐵礦石品位是高爐獲得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。雖然提高品位會(huì)增加礦石的采購(gòu)成本，但提高高爐入爐品位有利于提高高爐利用系數(shù)和節(jié)能降耗。高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，入爐品位每升高1%，焦比可降低2%，產(chǎn)量可提高3%，渣量可減少20 Kg/t～30 Kg/t，還可提高噴煤比15 kg/tFe。多年來，我國(guó)鋼鐵企業(yè)為改善煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，均采用了在燒結(jié)和高爐配料結(jié)構(gòu)中配加一定比例的高品位優(yōu)質(zhì)進(jìn)口礦，以提高品位強(qiáng)化冶煉的方式來獲取良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和效益。高品位的優(yōu)質(zhì)塊礦和球團(tuán)礦雖然會(huì)增加礦石的采購(gòu)成本，但提高高爐入爐品位則有利于提高高爐利用系數(shù)、降低焦比、提高噴煤量、降低礦耗和提高風(fēng)溫，這又會(huì)降低煉鐵成本。可見，高爐入爐品位對(duì)生鐵成本的影響是相當(dāng)復(fù)雜的。所以，在這些優(yōu)質(zhì)高品位礦價(jià)格上漲不大時(shí)，增加其用量反而能降低煉鐵成本；當(dāng)然，在這部分礦石價(jià)格上漲過高、礦耗下降、產(chǎn)量增加和焦比降低所帶來的成本下降不能彌補(bǔ)因礦石價(jià)格上漲所帶來的成本增長(zhǎng)時(shí)，就要增加相對(duì)低品位的經(jīng)濟(jì)礦了。這就需要各企業(yè)根據(jù)自身資源情況，從鐵前整體效益出發(fā)來考慮，做好價(jià)效評(píng)價(jià)找到本企業(yè)的適宜入爐品位。

近幾年來，由于鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，迫于成本壓力，國(guó)內(nèi)許多大型鋼企就低成本煉鐵也都進(jìn)行了一些有益的嘗試。2014年，安鋼煉鐵生產(chǎn)開始實(shí)行煉鐵“經(jīng)濟(jì)料”戰(zhàn)略。隨著高品位庫(kù)存料的消耗完畢和“經(jīng)濟(jì)料”使用比例的不斷加大，高爐入爐品位開始下降，5月至7月份，入爐品位降低到58%至58.5%之間。8月份以后，3#高爐入爐品位下降到58%以下。安鋼3#高爐2014年入爐品位及生鐵產(chǎn)量和生鐵成本的變化情況見下表4。

表4 安鋼3#高爐2014年入爐品位及生鐵產(chǎn)量和生鐵

從表4可以看出，入爐品位的逐月下調(diào)，雖然導(dǎo)致了高爐產(chǎn)量的下降、燃料消耗的上升，但是生鐵成本顯著降低，2014年，3#高爐實(shí)際生鐵成本從1月份的2 396元/t逐步下降到了12月份的1 742元/t，其中10月份成本最低，為1 728元/t。但隨著入爐品位和生鐵成本的降低，渣比開始逐漸上升，爐況的穩(wěn)定性變差。綜合分析安鋼3#高爐及全國(guó)十余座4 000 m3級(jí)高爐的生產(chǎn)運(yùn)行情況來看，其入爐品位保持在58%～58.5%左右是最佳選擇，不僅有利于降低生鐵成本，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗，也更有利于高爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。由此可見，經(jīng)濟(jì)料煉鐵也要確保高爐的基本入爐品位，在確保適宜的高爐入爐品位的前提下，通過優(yōu)化高爐爐料結(jié)構(gòu)來降低礦石的綜合應(yīng)用成本才是最經(jīng)濟(jì)合理的。

2.3 高爐爐料結(jié)構(gòu)與低成本煉鐵的關(guān)系

2.3.1 高爐爐料結(jié)構(gòu)的冶金性能與低成本煉鐵的關(guān)系

在高爐生產(chǎn)中，冶金性能良好的爐料結(jié)構(gòu)是高爐穩(wěn)定順行的重要保證，高爐的穩(wěn)定順行又是穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基本前提，也是煤氣流合理分布、提高煤氣利用率以及降低燃料比的必要條件。高爐順行的先決條件是r料>ΔP/H。由于爐料堆積密度r料相對(duì)穩(wěn)定，決定順行的是單位高度壓差ΔP/H。高爐不同部位ΔP/H變化規(guī)律用歐根公式表示為：

(1)

(2)

(3)

由上述公式(1)、(2)、(3)可以看出，爐內(nèi)最大壓差值取決于熔滴帶的厚度、渣量及渣粘度，而高爐內(nèi)熔滴帶的厚度和透氣性則是由爐料結(jié)構(gòu)的熔滴性能決定的。同時(shí)，爐內(nèi)熔滴帶的透氣阻力又占高爐整個(gè)料柱阻力損失的60%以上。所以研究高爐爐料結(jié)構(gòu)的冶金性能特別是高溫熔滴性能，找到與本企業(yè)工藝和資源狀況相適應(yīng)的合理的爐料結(jié)構(gòu)，改善高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益，也是低成本煉鐵的重要一環(huán)?？梢?，高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究是與其熔滴性能密切相關(guān)的。

高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化就是將燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和塊礦組成的爐料結(jié)構(gòu)按比例進(jìn)行合理配置，對(duì)其高溫冶金性能以及在高爐生產(chǎn)過程中對(duì)生鐵產(chǎn)質(zhì)量、焦比、煤比、造渣性能、透氣性及最終生鐵成本的影響加以綜合研究，來達(dá)到低成本煉鐵的目的。由于資源原因，我國(guó)高爐的爐料結(jié)構(gòu)是建立在以高堿度燒結(jié)礦為主的原則基礎(chǔ)之上的。高堿度燒結(jié)礦強(qiáng)度好，且燒結(jié)礦(FeO)低，還原性好，但高溫熔滴性能差。酸性球團(tuán)礦雖然高溫還原粉化率比燒結(jié)礦差，但抗壓抗磨強(qiáng)度高、粒度整齊、還原性好，品位高，高溫熔滴性能優(yōu)越。而且增加球團(tuán)礦入爐量還能改善爐料透氣性，為高爐強(qiáng)化冶煉創(chuàng)造條件，所以高爐爐料結(jié)構(gòu)中常用高堿度燒結(jié)礦配用酸性球團(tuán)礦使用。另外，優(yōu)質(zhì)進(jìn)口塊礦的含鐵品位高，SiO2含量低，雜質(zhì)少，高溫熔滴性能良好，性價(jià)比高，也是高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化常用配料之一。綜合高爐爐料結(jié)構(gòu)熔滴性能之所以優(yōu)于單一礦種，是因?yàn)楦邏A度燒結(jié)礦與酸性球團(tuán)礦和生塊礦搭配以后,高堿度燒結(jié)礦的高熔點(diǎn)渣相,使綜合爐料結(jié)構(gòu)的開始熔融溫度趨于升高,而酸性球團(tuán)礦和生塊礦良好的熔滴性能則使其熔滴溫度有所降低,從而導(dǎo)致整個(gè)軟熔帶位置下移。主要表現(xiàn)為軟熔區(qū)間變小,最大壓差值大幅降低。另外,綜合爐料結(jié)構(gòu)的FeO含量降低,對(duì)其還原性也有所改善。在高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究中，除了關(guān)注最高壓差、軟熔區(qū)間、開始熔融及滴落溫度等主要參數(shù)外，還要參考其熔滴性能總特征值(S)。一般情況下，S值越小,料柱透氣性越好，軟熔滴落性能越好。合理的爐料結(jié)構(gòu)要求爐料的熔滴性能總特征值(S)應(yīng)不大于40 kPa·℃，這就要求單一爐料的質(zhì)量要高，SiO2、 Al2O3含量要低?？梢姡驮F比才有利于形成合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)。所以從改善總特征值的角度出發(fā)，合理的爐料結(jié)構(gòu)不僅要考慮優(yōu)化單一爐料的質(zhì)量，還要考慮各爐料間多品種合理搭配的比例問題。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)的選擇

合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)的選擇是建立在良好的高溫冶金性能基礎(chǔ)之上的。關(guān)于高堿度燒結(jié)礦和酸性爐料合理搭配的問題,大量的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，高堿度燒結(jié)礦和酸性爐料搭配有個(gè)合適配比的問題，當(dāng)酸性球團(tuán)配入比例為25%～50%時(shí)，其最大壓差值是最小的。此時(shí)若高爐在不加或少加堿性熔劑的情況下就能造出適宜的爐渣成分及堿度，那么這種爐料結(jié)構(gòu)就是經(jīng)濟(jì)合理的，高爐生產(chǎn)效率和能耗也是最小的。一般來說，優(yōu)質(zhì)進(jìn)口塊礦的價(jià)格比球團(tuán)礦要低很多，但比燒結(jié)礦要略高，因?yàn)榍驁F(tuán)礦需用細(xì)磨磨細(xì)精礦，這就使價(jià)格比燒結(jié)礦要高20%～30%左右。但具體情況還要看各鋼鐵企業(yè)的資源情況和地理位置等因素。從降低煉鐵成本的角度看，具體到多配球團(tuán)礦還是多配塊礦時(shí)，就要看球團(tuán)礦和塊礦兩者配比高低的決定因素是兩者間的價(jià)差高低和相互替用后在高爐生產(chǎn)中產(chǎn)生的效益，不能僅看價(jià)差高低。如配球團(tuán)礦增加的費(fèi)用小于球團(tuán)礦在高爐生產(chǎn)中產(chǎn)生的效益則就應(yīng)多配球團(tuán)礦，少配塊礦。反之要減配球團(tuán)礦，多配塊礦。單從配礦成本考慮，用10%～15%優(yōu)質(zhì)塊礦代替球團(tuán)礦，可降低生鐵成本15元/t～30元/t。2006年5月份，安鋼就以煉鐵經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)改善和降本增效為目的，在對(duì)高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化及試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，在3#高爐進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，3#高爐爐料結(jié)構(gòu)中澳塊比例由試驗(yàn)前的5%，逐步增加到7%～9%，同時(shí)減配球團(tuán)礦，最后澳塊比例穩(wěn)定在12%左右。在高爐爐料結(jié)構(gòu)成本降低5 元/t ～8元/t，熟料率平均降幅5.8個(gè)百分點(diǎn)的情況下，高爐穩(wěn)定順行，焦炭負(fù)荷增加，煤氣利用改善。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：試驗(yàn)期較基準(zhǔn)期，高爐利用系數(shù)增加0.08 t/(m3·d)，入爐焦比降低1.3 kg/ t，綜合焦比降低4.74 kg/ t。高爐生產(chǎn)應(yīng)用取得了良好的冶煉效果。在后期的推廣應(yīng)用中，隨著高爐爐料結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了大礦批、高焦炭負(fù)荷、大風(fēng)量、高風(fēng)溫、高富氧噴煤等操作，高爐順行狀況及高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)明顯改善，高爐生鐵成本也得以降低[2]。又如：梅山是國(guó)內(nèi)煉鐵成本較低的企業(yè)之一，它沒有自產(chǎn)球團(tuán)礦，但它毗鄰長(zhǎng)江黃金水道，運(yùn)費(fèi)較低，并且進(jìn)口天然塊礦的“公斤鐵元素價(jià)格”低于燒結(jié)礦和球團(tuán)礦，是最經(jīng)濟(jì)的原料。于是其高爐爐料結(jié)構(gòu)就采用了82%高堿度燒結(jié)礦配用18%澳塊的爐料結(jié)構(gòu)，并獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，一個(gè)企業(yè)其經(jīng)濟(jì)合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)除了要滿足高爐的穩(wěn)定順行和高產(chǎn)低耗以外，同時(shí)還要追求最佳經(jīng)濟(jì)效益。所以具體到采取何種爐料結(jié)構(gòu)，要視企業(yè)的資源情況，通過試驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用情況確定，不能一概而論。

近年來，某高校從整個(gè)煉鐵工序總成本出發(fā)，建立了燒結(jié)配料以及高爐爐料結(jié)構(gòu)一體化的優(yōu)化模型，以適宜的爐渣堿度和鎂鋁比作為配料目標(biāo)，綜合考慮燒結(jié)礦成分、鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性指標(biāo)、高爐的有害元素負(fù)荷以及每種原料的配比限制，并對(duì)高爐爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好的效果。同時(shí)根據(jù)我國(guó)目前高爐爐渣中Al203含量較高的特點(diǎn)，指出高爐渣中的MgO應(yīng)控制在6%～11%，爐渣中MgO/Al2O3比在0.5～0.65是比較科學(xué)的。

3 冶金焦與低成本煉鐵的關(guān)系

3.1 冶金焦質(zhì)量與低成本煉鐵的關(guān)系

高爐冶煉對(duì)焦炭的技術(shù)要求是強(qiáng)度高、灰分低、有害雜質(zhì)少和冶金性能好。焦炭灰分高不僅會(huì)降低焦炭的質(zhì)量而影響熱值，且使焦炭反應(yīng)性上升，反應(yīng)后強(qiáng)度下降。一般地，焦炭灰分每增加1%，焦比升高2%，產(chǎn)量降低3%；而焦炭中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加0.1%，焦比增加約1.5%，產(chǎn)量下降約2%。故降低焦炭灰分和硫分有利于降低煉鐵成本。 同時(shí)，改善焦炭性能還可提高噴煤量，降低焦比。根據(jù)寶鋼和國(guó)外大噴煤成功的經(jīng)驗(yàn)，要將煤粉噴吹量達(dá)到150 kg/t～200 kg/t，應(yīng)將渣量降到300 kg/t以下，同時(shí)提高焦炭M40到85%以上。

近年來，隨著高爐的大型化和冶煉的不斷強(qiáng)化，對(duì)冶金焦炭的要求也越來越高，特別是對(duì)焦炭熱強(qiáng)度提出了更高的要求。在高爐冶煉過程中，焦炭的劣化使焦炭粒度不斷變小，致使料層的△P/H增加，尤其隨著噴煤量的增大，料柱中焦炭占的比例逐漸減少，此時(shí)焦炭熱強(qiáng)度的優(yōu)劣就顯得尤為重要。寶鋼噴煤前后焦炭在爐內(nèi)的變化趨勢(shì)表見表5。

表5 寶鋼噴煤前后焦炭在爐內(nèi)的變化趨勢(shì)表

由表5可以發(fā)現(xiàn)，隨著噴煤比的不斷攀升，焦比大幅下降，料柱內(nèi)焦炭負(fù)荷也成倍增加，同時(shí)，焦炭熔損率增大，風(fēng)口焦在循環(huán)區(qū)內(nèi)滯留時(shí)間也由噴煤比為100 kg/t時(shí)的1.393小時(shí)增加到噴煤比為200 kg/t時(shí)的2.294小時(shí)，滯留時(shí)間延長(zhǎng)率達(dá)噴煤比為100 kg/t時(shí)65%。另外，在其入爐焦平均粒度基本穩(wěn)定的前提下，風(fēng)口焦平均粒度大幅下降，后者風(fēng)口焦平均粒度僅為其入爐焦平均粒度的1/3。由此可見，特別是在低焦高煤工藝條件下，風(fēng)口區(qū)域焦炭熱強(qiáng)度對(duì)爐缸透氣性和高爐穩(wěn)定順行的重要作用是無可替代的。

國(guó)內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)表明，焦炭反應(yīng)性(CRI)降低1%，每噸鐵可節(jié)焦1 kg～3 kg。提高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)，可增強(qiáng)焦炭在高爐內(nèi)的骨架作用，提高料柱透氣性，可進(jìn)一步提高噴煤量。CSR提高6～8個(gè)百分點(diǎn)，噴煤量可提高10 kg/t～15 kg/t。除在煉焦生產(chǎn)工藝工程過程中提高焦炭質(zhì)量，改善熱強(qiáng)度外，對(duì)成品冶金焦炭噴灑焦炭鈍化劑也是一種有效的改善焦炭熱強(qiáng)度的一種有益嘗試。國(guó)內(nèi)曾有安鋼、昆鋼等大型鋼鐵企業(yè)進(jìn)行過工業(yè)應(yīng)用且節(jié)焦降耗效果明顯。在安鋼焦炭鈍化工業(yè)試驗(yàn)中，鈍化后與鈍化前相比，焦炭熱反應(yīng)性(CRI)平均降低2.29個(gè)百分點(diǎn)以上，反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)平均提高4.18個(gè)百分點(diǎn)以上。安鋼應(yīng)用鈍化焦炭的高爐下部透氣性改善，焦炭負(fù)荷增加，煤氣利用率提高，爐況穩(wěn)定順行。試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，高爐利用系數(shù)提高0.06 t/( m3·d)，入爐焦比降低17 kg/t。 鈍化前后焦炭熱態(tài)性能指標(biāo)變化分別見圖1、圖2。

圖1 鈍化前后焦炭熱反應(yīng)性變化

圖2 鈍化前后焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度變化

3.2 應(yīng)用弱粘結(jié)煤煉焦對(duì)煉鐵成本的影響

近年來，隨著鋼鐵企業(yè)的迅猛發(fā)展，煉焦用焦煤和肥煤的質(zhì)量下降明顯，表現(xiàn)為粘結(jié)性變差，灰分和硫含量上升，對(duì)焦炭質(zhì)量也產(chǎn)生了負(fù)面影響。配型煤煉焦技術(shù)和搗固煉焦，都可多配低灰分弱粘結(jié)性煤煉焦，可節(jié)省中變質(zhì)煉焦煤25%左右。不僅可降低焦炭灰分，同時(shí)還保持了焦炭強(qiáng)度。目前，配型煤煉焦技術(shù)是節(jié)省中變質(zhì)煉焦煤和提高焦炭質(zhì)量可靠的技術(shù)手段之一。有研究表明，在型煤配比為30%時(shí)，取得了可以多配入弱粘結(jié)煤8%～12%，M40提高2%～3%，M10改善0.5%～1.0%的實(shí)際效果。而且煉焦配合煤粘結(jié)性越差，隨型煤配入比例的增加，改善焦炭的作用越明顯，其中15%型煤相當(dāng)于3%強(qiáng)粘結(jié)性煤。對(duì)于大型和特大型高爐，對(duì)配煤粘結(jié)性要求較高的企業(yè)，可考慮配加優(yōu)質(zhì)不粘煤，既可以針對(duì)性的改善焦炭質(zhì)量，又可以節(jié)省煉焦煤資源，降低焦炭成本[3]。寶鋼從一期開始到三期煉焦都配備了配型煤設(shè)施，一直應(yīng)用到今。型煤配入量15%～30%，煉出的焦炭完全滿足5 000 m3級(jí)高爐煉鐵的要求，且降本成效明顯。安鋼等許多國(guó)內(nèi)頂裝煉焦?fàn)t的企業(yè)都可研究這項(xiàng)技術(shù)并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

對(duì)于搗固焦在高爐中的應(yīng)用，由于我國(guó)目前尚缺少該領(lǐng)域的工控標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，致使搗固焦的質(zhì)量差別較大，在國(guó)內(nèi)1 000 m3級(jí)以下中小高爐有些應(yīng)用，但還難于用到大型高爐中。中鋼熱能院也曾提出將塊狀半焦(蘭炭)與鐵礦石混勻后再與作為層焦的搗固焦分層裝入高爐，將小粒度及粉末狀蘭炭作為噴吹燃料用于高爐煉鐵的新技術(shù)。半焦(蘭炭)是以非煉焦煤為原料，經(jīng)低、中溫干餾炭化得到的炭質(zhì)殘留物，價(jià)格僅為普通冶金焦炭的一半，搗固焦的價(jià)格也要低于冶金焦。所以，盡管其只在580m3級(jí)高爐上成功進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，但仍不失為降低高爐煉鐵成本，有效地節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源開辟了一條新途徑。

4 “凈”料與穩(wěn)定的原燃料成分和低成本煉鐵的關(guān)系

在“高、熟、穩(wěn)、勻、凈、小”的煉鐵六字精料方針中，“凈” 與“穩(wěn)”也是的不可或缺的重要環(huán)節(jié)，尤其是實(shí)行經(jīng)濟(jì)料煉鐵的背景下。高爐減配優(yōu)質(zhì)礦后，其品位下降或熟料比下降，必然會(huì)影響高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為消除這些不利影響，就需進(jìn)一步加強(qiáng)精料工作方針中的“凈、小、勻、穩(wěn)”等方面的工作，用這些工作的進(jìn)步來彌補(bǔ)前部分工作造成的不利影響。 生產(chǎn)實(shí)踐表明，礦石品位波動(dòng)1%則影響產(chǎn)量3%，焦比升高2%；堿度波動(dòng)0.1%則影響產(chǎn)量 2．0%，影響焦比1.5%。所以，在原料場(chǎng)和高爐上料環(huán)節(jié)，加強(qiáng)原燃料的槽下篩分和工藝監(jiān)督與管理，以保持原燃料成分的穩(wěn)定，降低入爐粉末量是至關(guān)重要的[4]。安鋼在這方面就做了大量的卓有成效的工作。2014年，成立了工序督查小組，加大對(duì)燒結(jié)礦堿度和品位、焦炭硫分和灰分以及粒度組成等關(guān)鍵指標(biāo)的管控，同時(shí)加強(qiáng)了原料場(chǎng)及槽下篩分的管理力度，對(duì)焦炭篩和燒結(jié)篩加強(qiáng)巡視檢查，發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)堵塞及時(shí)處理，保持了原燃料成分的穩(wěn)定和“凈”料入爐，尤其是確保了入爐料中<5 mm粒級(jí)的入爐量控制在5%以內(nèi)，既改善了高爐透氣性，保持了爐況的穩(wěn)定和順行，也使安鋼生鐵成本逐年降低。

5 結(jié)論

(1)煉鐵經(jīng)濟(jì)料不能一味地降低原燃料費(fèi)用而放棄精料觀念。爐料結(jié)構(gòu)良好的冶金性能尤其是熔滴性能是以相對(duì)的低渣鐵比為優(yōu)選條件的；

(2)低成本煉鐵是在經(jīng)濟(jì)料的基礎(chǔ)上，通過爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，特別是高溫?zé)嵝阅茉囼?yàn)，并通過煉鐵工藝完善和優(yōu)化，在高爐穩(wěn)定順行、高產(chǎn)低耗的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)的；

(3)推行經(jīng)濟(jì)料煉鐵，更要用提高焦炭質(zhì)量、“凈”料入爐和穩(wěn)定的原燃料成分來為高爐的穩(wěn)定順行和高產(chǎn)低耗作支撐；

(4)提高燒結(jié)礦和焦炭質(zhì)量，加強(qiáng)技術(shù)管理和工序控制，改善其冶金性能，降低其成本，特別是改善其高溫冶金性能都可有效降低煉鐵成本；

(5)煉鐵經(jīng)濟(jì)料是相對(duì)的，由于所處的地理位置不同，工藝裝備條件有別，資源獲得情況也迥異，所以每個(gè)鋼鐵企業(yè)都有適合自己的經(jīng)濟(jì)料，不能生搬硬套，而要視企業(yè)本身的資源狀況，通過試驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用效果來確定。

[1] 劉琦．我國(guó)鋼鐵企業(yè)生鐵成本的調(diào)查分析[J]．煉鐵，2001，20(2)：1-6．

[2] 秦延華，胡濤，楊金榮，等．安鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究及生產(chǎn)實(shí)踐[J]．河南冶金，2007(2)：18-21．

[3] 王筱留，祁成林．對(duì)高爐低碳低成本煉鐵幾個(gè)技術(shù)問題的剖析．2014年煉鐵精細(xì)化管理，挖潛補(bǔ)漏及新技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集：1-11．

[4] 楊天鈞．中國(guó)高爐煉鐵技術(shù)的進(jìn)展[J]．中國(guó)冶金，2004，79(6)：1-7．

RELATIONSHIP DISCUSSION BETWEEN ECONOMIC MATERIALS OF IRONMAKING AND THE LOW COST OF IRONMAKING

Qin Yanhua Qin Fubing

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

Due to the influence of the raw fuel market and the steel market supply and demand, steel enterprise management environment deteriorating, the pressure to pig iron cost reduction is growing for ironmaking system. The relationship between economic material and low cost ironmaking was discussed from the raw fuel, the raw fuel quality and composition of blast furnace, charging ore grade and the economic and reasonable blast furnace burden structure, etc..Points out that the ironmaking economic material not used blindly cheap inferior ore can decrease the cost of pig iron, but the steel enterprises make optimal selection according to their own resources.

blast furnace economic materials low cost ironmaking

華，高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心;

2016—7—10