新鋼1 050 m3高爐低品質(zhì)礦冶煉的經(jīng)濟(jì)煤比分析

孫武全，李衛(wèi)星

（新鋼公司第二煉鐵廠，江西新余 338001）

新鋼1 050 m3高爐低品質(zhì)礦冶煉的經(jīng)濟(jì)煤比分析

孫武全，李衛(wèi)星

（新鋼公司第二煉鐵廠，江西新余 338001）

對新鋼二煉鐵廠大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試著從煤粉燃燒率、理論燃燒溫度、冶煉強(qiáng)度、理論煤焦置換比以及高爐操作管理等方面得出經(jīng)濟(jì)煤比。新鋼二煉鐵廠以經(jīng)濟(jì)煤比下的高爐操作要求，確保了噴煤的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

高爐 噴煤比 置換比

新鋼公司第二煉鐵廠（全文簡稱二煉鐵廠）有四座1 050 m3級高爐，年產(chǎn)生鐵400萬t，配備型號為ZGM113G、HPS863、ZGM95G、ZGM113G的四臺磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)煤粉出率合計(jì)110 t/h。噴煤系統(tǒng)采用并罐噴吹，系統(tǒng)充壓、流化、噴吹全部采用N2氣，實(shí)現(xiàn)了不間斷噴煤。氣體在線分析儀對含氧濃度、一氧化碳進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以滿足噴吹混合煤的安全要求。由于噴吹用煤來源復(fù)雜且質(zhì)量參差不齊、煤的可磨性差、磨機(jī)故障率高、制粉能力緊張等種種原因，導(dǎo)致高爐噴煤比長期徘徊在130～150 kg/（t·h）。隨著鋼鐵市場持續(xù)低迷進(jìn)入新常態(tài)，鋼鐵產(chǎn)量已不再是大家追求的目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)煉鐵的概念應(yīng)運(yùn)而生，低成本戰(zhàn)略也相繼被鋼鐵企業(yè)廣泛采用。同樣，高爐噴煤也從過去的崇尚高煤比、冶金焦的可替代性轉(zhuǎn)向追求理想的煤焦置換比、噴煤的有效性和經(jīng)濟(jì)性，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)煉鐵的目的。

1 經(jīng)濟(jì)煤比的確定

1.1 對煤粉燃燒率的分析

在高爐生產(chǎn)中，噴吹煤粉可以替代部分冶金焦，對煉鐵工業(yè)的發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用。從風(fēng)口噴入高爐的煤粉絕大部分會在風(fēng)口前燃燒，未燃煤粉一部分隨煤氣流上升參與滲碳、氣化反應(yīng)和燃燒，一部分進(jìn)入爐渣，其余的隨煤氣溢出爐外進(jìn)入除塵灰中。因此，除塵灰中含碳量的高低直接反映出高爐內(nèi)噴吹煤粉燃燒率的高低。2015年二煉鐵廠高爐生產(chǎn)重力除塵灰中含碳量統(tǒng)計(jì)見表1。

表12015年新鋼1 050 m3高爐重力除塵灰含碳量及噴煤生產(chǎn)基本情況

從表1可以看出：

1）高爐噴煤比在145 kg/t左右時(shí)，瓦斯灰含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在45%左右；噴煤比在122 kg/t時(shí)，瓦斯灰含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）最低為34.5%；隨著煤比的升高，重力除塵灰中含碳量增加，未燃煤分增加，灰鐵比較為穩(wěn)定，基本上保持在27 kg/t左右。

2）煤比增加（基于140 kg/t），燃料比升高；煤比降低（基于140 kg/t）燃料比變化不明顯。

3）重力除塵灰含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）總體較高，基本保持在40%左右，噴煤有效性不好，煤粉燃燒率較差。

1.2 煤比對重力除塵灰含碳量的影響

為了進(jìn)一步弄清煤比與重力灰中含碳量的變化關(guān)系，在對二煉鐵廠2015年高爐噴煤生產(chǎn)數(shù)據(jù)（見下頁圖1）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：

圖1 煤比與重力除塵灰含碳量的關(guān)系

1）隨著高爐噴煤比的提高（基于140 kg/t），除塵灰含碳量顯著升高。

2）高爐噴煤比在120～140 kg/t時(shí)，重力除塵灰中含碳量較低，煤粉燃燒率相對較好。

1.3 煤比對燃料比的影響

高爐噴吹煤粉燃燒的好壞可以直接從燃料比的變化反映出來。為了更準(zhǔn)確地體現(xiàn)出煤比和燃料比的關(guān)系，從2015年的生產(chǎn)數(shù)中據(jù)剔除礦石品位，對每個(gè)月的入爐品位與1月進(jìn)行對比，并按入爐品位每升高1%，燃料比降低2%進(jìn)行折算，最后通過實(shí)際燃料比與理論折算燃料比進(jìn)行對比。折算后的燃料比見表2，1 050 m3高爐煤比與燃料比的關(guān)系如圖2所示。

表22015年新鋼1 050 m3高爐燃料比與折算后的燃料比對比

圖2 煤比與燃料比的關(guān)系

從表2、圖2可以看出：

1）噴煤比在140 kg/t附近升高時(shí)，燃料比增加。2015年上半年噴煤比較高，燃料比也較高。

2）煤比在140 kg/t附近下降時(shí)，燃料比下降不顯著。2015年下半年煤比下降，但燃料比變化不明顯。10月份高爐噴煤比最低，僅為117 kg/t，燃料比卻較高，達(dá)到542 kg/t（受爐況因素影響，該月休風(fēng)率高達(dá)6.73%）。

3）煤比在120～140 kg/t時(shí)，燃料比相對較低，全年燃料比低位時(shí)均發(fā)生在此區(qū)間。在2015年5月，煤比為141 kg/t，燃料比取得全年最低，為531 kg/t。

1.4 煤比對置換比的影響

高爐噴煤對冶金焦的替代率是用置換比來進(jìn)行評價(jià)的，但精確計(jì)算噴煤置換比較為繁瑣，不便在現(xiàn)場生產(chǎn)計(jì)算中采用。由于每個(gè)月的入爐品位不同，也不能直接進(jìn)行比較，因此將每個(gè)月的入爐品位以2015年1月為基礎(chǔ)進(jìn)行校正。經(jīng)過折算后的燃料比與實(shí)際燃料比進(jìn)行對比分析，可以間接反映出煤粉與焦炭的替代情況，2015年二煉鐵廠高爐噴煤煤比與實(shí)際燃料比-理論燃料比的關(guān)系見圖3。

圖3 煤比與實(shí)際燃料比-理論燃料比的關(guān)系

從圖3中不難看出：

1）噴煤比在120～140 kg/t變化時(shí)，燃料比實(shí)際值快速下降并逼近其理論值，置換比升高。

2）煤比升高（基于140 kg/t）時(shí)，燃料比實(shí)際值快速升高并大于其理論值，煤焦置換比下降趨勢明顯。

3）噴煤比在140 kg/t左右時(shí)，燃料比實(shí)際值在其理論值上下，置換比較為理想。

1.5 理論燃燒溫度計(jì)算

經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐并摸索總結(jié)，新鋼1 050 m3級高爐較為理想的理論燃燒溫度應(yīng)為2 150～2 250℃。在熱風(fēng)溫度為1 170℃、富氧率為1.5%、鼓風(fēng)濕度為1.5%的條件下，按照現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)公式（1）[1]計(jì)算得出煤比的控制范圍應(yīng)為100～150 kg/t。式中：M為煤比；η為富氧率；T為風(fēng)溫；W為鼓風(fēng)濕度。

1.6 經(jīng)濟(jì)置換比（保本置換比）

對于高爐噴煤，除了要考慮工藝技術(shù)方面的因素，在新常態(tài)下更應(yīng)該考慮噴煤的經(jīng)濟(jì)性。由于市場價(jià)格波動較大，而且難于準(zhǔn)確獲取，因此以新鋼公司內(nèi)部結(jié)算價(jià)格作為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。2016年，新鋼公司內(nèi)部結(jié)算價(jià)格：煙煤540元/t，北方無煙煤590元/t，南方無煙煤525元/t（原煤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，原煤實(shí)際水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)17%），二級外購冶金焦750元/t，自產(chǎn)焦760元/t。目前，高爐噴吹用煤的配煤比例為：煙煤20%，南方無煙煤40%，北方無煙煤40%，得出煤粉均價(jià)為554元/t，磨制每噸煤粉消耗原煤0.98/0.92=1.07 t，制粉成本75元/t，因此實(shí)際噴吹煤粉的價(jià)格為554×98%/92%+75=665元/t；焦炭結(jié)構(gòu)為30%的自產(chǎn)焦+70%的外購焦，焦炭價(jià)格為760× 30%+750×70%=753元/t。最低保本置換比=665/ 753=0.88（不是依據(jù)市場價(jià)計(jì)算所得，只作參考）。高爐噴煤生產(chǎn)中要達(dá)到如此高的置換比是非常困難的，這表明在煤、焦價(jià)格較為接近時(shí)，噴煤的效益不佳。在新鋼公司現(xiàn)有資源條件下，適當(dāng)限制噴煤比是合理的，對降低生鐵成本有利。

2 經(jīng)濟(jì)煤比下的高爐操作要求

2.1 噴吹混合煤

在用來噴吹的煤種中，無煙煤固定碳含量高、熱值高、置換比高、安全性好。但著火點(diǎn)高、燃燒性差，所以噴煤量受到限制。從高爐冶煉工藝角度看，煙煤更適合噴吹，因?yàn)闊熋喝紵院头磻?yīng)性能均優(yōu)于無煙煤，有利于煤粉在高爐內(nèi)的燃燒，有利于提高噴煤比。同時(shí)因煙煤分布更加廣泛，其價(jià)格相對便宜，可以進(jìn)一步降低煤粉成本，煙煤煤質(zhì)較軟，可磨性好，能減少磨煤電耗10%。由于煙煤的揮發(fā)分高，煤粉燃燒率高，噴入高爐后在風(fēng)口前迅速熱解、完全燃燒，可以提高噴煤量。同時(shí)由于煙煤的揮發(fā)分高，產(chǎn)生的煤氣量大，風(fēng)口前煤氣流速增加，容易穿透中心，爐缸邊緣與中心的溫度梯度降低，爐缸溫度均勻。而且煙煤的氫含量高，煤氣中H2含量增加，可以改善煤氣利用率，并利于增強(qiáng)間接還原。此外，研究發(fā)現(xiàn)，將不同煤種以一定比例混合后，燃燒性能較差的煤種燃燒率明顯改善，有時(shí)混合煤粉的燃燒率高于單煤燃燒率。資料顯示，噴吹混合煤已成為我國提高高爐噴煤比和煤粉置換比的重要措施之一。

同時(shí)也應(yīng)該看到，目前高爐噴吹煤粉需要合理的煤比和較高的置換比，高比例噴煤表面上煤粉成本較低，但由于其熱值低、煤焦置換比可能下降，在上限煤比基本穩(wěn)定的生產(chǎn)條件下，若煤粉熱值不足，則需要通過焦炭補(bǔ)充，造成高爐焦比上升，高爐燃料成本上升。因此在選用噴吹煤配比時(shí)，不能單純考慮煤粉成本，應(yīng)該從燃料成本角度考慮更為合理。

2.2 適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度

長期以來，我國高爐煉鐵生產(chǎn)以提高利用系數(shù)為中心，忽視了高冶煉強(qiáng)度引起的燃料比和焦比的升高。在經(jīng)濟(jì)煉鐵的引導(dǎo)下，高爐強(qiáng)化冶煉需要降低焦比和提高冶煉強(qiáng)度并重，特別要把措施用在降低焦比上。為了不受其他因素影響，將綜合焦比進(jìn)行了同口徑化校正：入爐綜合品位w(TFe)每變化1%，綜合焦比變化6 kg/t；熟料率每變化1%，綜合焦比變化1.2 kg/t；風(fēng)溫每變化100℃，影響15 kg/t綜合焦比，校正后的綜合焦比與綜合冶煉強(qiáng)度關(guān)系如圖4所示。因此，通過適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度，既能保證高爐冶煉得到適度強(qiáng)化，又可獲得較低的焦比和燃料比。

圖4 綜合冶煉強(qiáng)度與綜合焦比的關(guān)系

2.3 均勻噴吹

生產(chǎn)實(shí)踐表明，對于總管加分配器的噴吹流程，采用等距離支管布置后煤粉進(jìn)入各風(fēng)口的誤差在3%～5%，重要的是要維持各風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)均勻，在沒有技術(shù)控制的條件下，風(fēng)口間的進(jìn)風(fēng)誤差有時(shí)高達(dá)150%以上，這就可能造成個(gè)別風(fēng)口供氧不足而產(chǎn)生大量碳出來，影響噴煤量的提高。另外，在二煉鐵廠高爐生產(chǎn)中，經(jīng)常會因“炒粉”等原因，而使用單罐噴煤，而且對于噴吹速率的控制沒有自動控制手段，造成噴吹速率波動巨大，最終導(dǎo)致事實(shí)上的噴吹不均勻。

2.4 精心操作

在經(jīng)濟(jì)置換比條件下，二煉鐵廠需要進(jìn)一步探索合理的高爐操作制度。布料操作主要涉及高爐冶煉工藝、布料軌跡、料流運(yùn)動特性，進(jìn)而提高煤氣利用率；考慮噴吹后對風(fēng)溫補(bǔ)償?shù)囊?，控制風(fēng)溫必須達(dá)到一定值，待各操作參數(shù)穩(wěn)定后，逐步將風(fēng)溫（熱量）用完，需實(shí)行定風(fēng)溫調(diào)煤操作；采用加強(qiáng)原料的管理、提高精料水平、穩(wěn)定高爐的上部裝料制度等措施優(yōu)化高爐的爐料結(jié)構(gòu)；堅(jiān)持下部調(diào)劑是基礎(chǔ)、上下部調(diào)劑相結(jié)合的基本原則，強(qiáng)化對送風(fēng)制度的調(diào)整，保證高爐的爐況穩(wěn)定順行和爐缸工作均勻活躍，實(shí)現(xiàn)較好置換比條件下的煤比穩(wěn)步提升。

2.5 確保焦炭質(zhì)量

焦炭質(zhì)量的好壞直接決定著置換比的高低，噴煤量進(jìn)一步增加，爐料焦炭負(fù)荷大大增加，對焦炭質(zhì)量的要求進(jìn)一步提高；此外，由于高爐生產(chǎn)效率明顯提高，焦炭在高爐內(nèi)的停留時(shí)間也會發(fā)生變化，高爐內(nèi)CO分壓會明顯增加，焦炭的破損程度也會增大。因此，不能片面追求“低采購成本”。特別是對于焦炭質(zhì)量，要有足夠的冷強(qiáng)度M40、M10以及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）和反應(yīng)性指數(shù)（CRI）。

3 結(jié)論

通過對大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，避免了太過復(fù)雜的理論計(jì)算，但未充分考慮煤粉和焦炭質(zhì)量變化等方面的影響，僅從生產(chǎn)現(xiàn)場的角度定性分析指出了現(xiàn)階段二煉鐵廠經(jīng)濟(jì)噴煤的方向和應(yīng)該注意的問題。

1）新鋼1 050 m3高爐噴煤時(shí)瓦斯灰含碳量比較高（40%以上），噴煤有效性改善的空間較大。

2）在經(jīng)濟(jì)噴煤比的冶煉條件下可采用較低的理論燃燒溫度，因此需進(jìn)一步探索出二煉鐵廠適宜的理論燃燒溫度。

3）要從燃料成本的降低通盤考慮噴煤的經(jīng)濟(jì)性，不能片面追求煤粉成本最低。

4）嚴(yán)格做好均勻噴吹工作，最好能實(shí)現(xiàn)噴吹速率的自動控制。

5）在現(xiàn)有條件下，宜將新鋼1 050 m3高爐噴煤比控制得低一些，140 k/t左右，高爐生產(chǎn)成本和噴煤經(jīng)濟(jì)性較好。

[1]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002：324.

（編輯：胡玉香）

Economic Coal Ratio Analysis of Xinsteel 1 050 m3Blast Furnace with Low Quality Mine

SUN Wuquan,LI Weixing
（Second Ironworks of Xinyu Iron&Steel Co.,Ltd.,Xinyu Jiangxi 338001）

The statistical analysis of large amounts of production data of the second ironworks in Xinsteel iron is conducted.From the coal combustion rate,theoretical combustion temperature,smelting intensity,theoretical coal-to-coke replacement ratio,and blast furnace operation and management and other aspects,the economic coal ratio is obtained.With blast furnace operation requirements of economic coal ratio,the second ironmaking plant ensures the effectiveness and economy of coal injection.

blast furnace,coal injection ratio,replacement ratio

TF538

A

1672-1152（2016）06-0051-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.19

2016-12-09

孫武全（1972—），男，工程師，從事煉鐵生產(chǎn)管理工作。