我國(guó)3000m3-4000m3高爐生產(chǎn)指標(biāo)淺析

姜 曦 周東東 張 明 楊 斌

1.序言

隨著高爐大型化速度的加快，3000m3以上大高爐的生產(chǎn)運(yùn)行情況越來(lái)越受到行業(yè)的關(guān)注[1-2]。重點(diǎn)針對(duì)大型高爐生產(chǎn)指標(biāo)、原燃料指標(biāo)、操作參數(shù)等進(jìn)行分析，可以有效地節(jié)能降耗，以利于企業(yè)互相借鑒，針對(duì)自身的生產(chǎn)實(shí)際制定適合自身高爐的冶煉方案。

本文根據(jù)中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)高爐生產(chǎn)技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì)2016年對(duì)我國(guó)3000m3-4000 m3高爐的月度生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選取19座3000m3-4000m3高爐（除文中各圖分析中編號(hào)為2#的包鋼4號(hào)高爐容積為3000m3外），編號(hào)1#、3#到19#均為3200m3高爐，分別為華菱7號(hào)、梅鋼4號(hào)、韶鋼8號(hào)、馬鋼4號(hào)、鞍鋼1號(hào)、鞍鋼2號(hào)、鞍鋼3號(hào)、武鋼5號(hào)、武鋼6號(hào)、武鋼7號(hào)、濟(jì)鋼4號(hào)、萊鋼3號(hào)、邯鋼8號(hào)、本鋼北營(yíng)新1號(hào)、本鋼北營(yíng)新2號(hào)、唐鋼3號(hào)、唐鋼4號(hào)及興澄高爐。19座該級(jí)別的高爐煤比較低，燃料比較高，煤氣利用率有繼續(xù)提高的潛力。渣比較高，可通過(guò)降低燒結(jié)礦比例及提高塊礦比例等爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)表1。

2.2016年3000m3-4000m3級(jí)高爐生產(chǎn)實(shí)績(jī)

2.1 生產(chǎn)指標(biāo)

2.1.1 高爐利用系數(shù)

19座3000m3-4000m3高爐的爐容與利用系數(shù)見(jiàn)圖1，平均爐容為3189.47m3，平均利用系數(shù)為2.17t/(m3·d)，比2015年同級(jí)別高爐低0.14t/(m3·d)，比同期4000m3以上高爐的利用系數(shù)高0.11t/(m3·d)，生產(chǎn)效率相對(duì)大容積高爐高[3]。

2.1.2 入爐焦比和燃料比

從圖2可以看出，19座3000m3-4000m3高爐平均入爐焦比為392.96kg/t、平均煤比為136.44kg/t、平均噸鐵能耗為387.43kgce/t。焦比比2015年同級(jí)別高爐高13.95kg/t，煤比低3.82kg/t。3000m3-4000m3高爐的平均入爐焦比較同期4000m3以上高爐的入爐焦比高了44.05kg/t，煤比低了19.54kg/t，噸鐵能耗高了2.48kgce/t。個(gè)別3000m3-4000m3高爐入爐焦比達(dá)到450kg/t以上，煤比低于100kg/t。由此可見(jiàn)，3000m3-4000m3高爐的入爐焦比較高，煤比較低，還有繼續(xù)開(kāi)展以煤代焦、降低成本的空間[4]。

2.1.3 送風(fēng)制度

由圖3(a)可知，我國(guó)3000m3-4000m3高爐的噸鐵耗風(fēng)量層次不齊，平均噸鐵風(fēng)量為1167.78m3/t，平均富氧率為2.87%，平均風(fēng)溫為1174.69℃。其中風(fēng)溫2015年同級(jí)別高爐低13.68℃，武鋼6號(hào)高爐的噸鐵耗風(fēng)量最低，唐鋼3號(hào)高爐噸鐵耗風(fēng)量最大。圖3(b)所示為高爐風(fēng)壓及壓差的關(guān)系圖，從圖中可知，各高爐風(fēng)壓和壓差差別較大，平均風(fēng)壓為377.20kPa，平均壓差為162.41kPa，其中鞍鋼1號(hào)和唐鋼3號(hào)高爐的壓差最低。

表1 2016年19座3000m3-4000m3高爐各指標(biāo)平均值

圖1 高爐的爐容和利用系數(shù)

圖2 焦比、燃料比和能耗

2.2 原燃料指標(biāo)

2.2.1 焦炭及煤粉質(zhì)量

2016年19座高爐噴吹煤粉的灰分與揮發(fā)分見(jiàn)圖4(a)，煤粉灰分平均為10.23%，揮發(fā)分為16.26%，煤粉灰分比2015年同級(jí)別高爐高0.32%。3000-4000m3高爐對(duì)焦炭的質(zhì)量要求較高[5]，圖4(b)為19座高爐所使用焦炭灰分和含硫，灰分平均為12.29%，含硫量為0.76%，焦炭灰分比2015年同級(jí)別高爐高0.08%。3000m3-4000m3高爐焦炭的含硫量比4000m3以上高爐使用的焦炭含硫高0.07%，除此之外，其他指標(biāo)與4000m3以上高爐接近，說(shuō)明我國(guó)的煉焦技術(shù)得到了提高，對(duì)高爐的節(jié)能降耗也起到了積極的作用。圖5為2016年3000m3-4000m3高爐的M40及M10，M40平均為88.67%， M10平均為9.97%。

3.高爐指標(biāo)優(yōu)化的建議

2.2.2 原料配比及入爐品位

圖3 3000m3-4000m3高爐的送風(fēng)參數(shù)

圖4 2016年3000m3-4000m3高爐的焦炭及煤粉質(zhì)量

圖5 2016年3000m3-4000m3高爐焦炭強(qiáng)度和平均粒徑

圖6(a)為2016年19座3000m3-4000m3高爐的爐料結(jié)構(gòu)比例圖，燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及塊礦的平均比例分別為75.94%、15.28%、8.78%，爐料結(jié)構(gòu)與2015年同級(jí)別高爐相近。燒結(jié)礦比例比4000m3以上高爐高4.07%，球團(tuán)礦比例比低3.84%。圖(b)為入爐原料的鐵料含鐵品位及噸鐵礦耗，其平均值分別為58.32%、1651.01kg/t。3000m3-4000m3高爐應(yīng)適當(dāng)?shù)奶岣呷霠t原料含鐵品位，以減少?lài)嶈F渣量，降低焦比及燃料消耗。鐵料含鐵品位比2015年同級(jí)別高爐提高0.3%。

2.3 操作參數(shù)

2.3.1 鐵水成分及鐵水溫度

圖7為3000m3-4000m3高爐鐵水質(zhì)量圖，鐵水含硅量及鐵水溫度平均值分別為0.46%、1502.32℃。高爐生鐵一級(jí)品率是指生鐵含硅量大于0.25%，含硫量小于0.030%的生鐵占所有生鐵的比例。圖8為3000m3-4000m3高爐鐵水含硫量和一級(jí)品率，其平均值分別為0.025%、76.77%。除鐵水含硅量比4000m3以上高爐高0.03%外，其他指標(biāo)持平。

2.3.2 渣量及二元堿度

圖9為2016年19座3000m3-4000m3高爐的平均渣量及二元堿度分別為328.17kg/t、1.18。渣量比2015年同級(jí)別高爐低15.29 kg/t，但比大高爐高28.77kg/t。與國(guó)外高爐相比[3]，我國(guó)的高爐渣量偏大。

2.3.3 爐頂煤氣利用率

煤氣利用率與高爐的噸鐵燃料比有著直接的關(guān)系，煤氣利用率高時(shí)，噸鐵燃料比降低，反之亦然。圖10為2016年19座3000m3-4000m3高爐的煤氣利用率及燃料比平均值分別為46.50%、529.92 kg/t。煤氣利用率比2015年同級(jí)別高爐高0.18%，比4000m3以上高爐低1.9%，燃料比2015年同級(jí)別高爐高10.66 kg/t，比4000m3以上高爐高17.48 kg/t。3000 m3-4000 m3高爐應(yīng)提高煤氣利用率，降低燃料比。

3.1 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)

圖6 2016年3000-4000m3高爐的原料配比及含鐵品位

圖7 鐵水含硅量和鐵水溫度

圖8 含硫量和一級(jí)品率

圖9 爐渣渣量和二元堿度

圖10 燃料比和煤氣利用率

我國(guó)的爐料結(jié)構(gòu)主要以燒結(jié)礦與球團(tuán)礦為主，塊礦所占的比例較少。由于生產(chǎn)燒結(jié)礦的工序能耗較高，因此可適當(dāng)提高球團(tuán)礦的比例。建議有條件的高爐應(yīng)逐步摸索提高球團(tuán)礦的入爐比例至20%以上，提高含鐵爐料的品位、減少渣量、減少焦炭消耗。本鋼北營(yíng)兩座高爐爐料中沒(méi)有塊礦，鞍鋼3座高爐的塊礦比例低于5%。建議我國(guó)3000m3-4000m3高爐的塊礦比例提高至10%以上。

3.2 提高煤氣利用率

我國(guó)3000m3-4000m3高爐的煤氣利用率與國(guó)外先進(jìn)高爐相比有一定的差距[3][5]。這不利于高爐長(zhǎng)壽、節(jié)能降耗、降低噸鐵生產(chǎn)成本，也不利于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鐵水及提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。建議各個(gè)企業(yè)從原燃料管理及篩分、高爐的穩(wěn)定性、精細(xì)化操作等方面入手，狠抓管理與精細(xì)化操作，切實(shí)提高高爐的煤氣利用率。

3.3 提高鐵水質(zhì)量

由于煉鋼鋼水對(duì)鐵水具有繼承性，因此，鐵水質(zhì)量的好壞間接決定著鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，同時(shí)鐵水質(zhì)量不穩(wěn)定也對(duì)煉鋼的過(guò)程的工序能耗、冶煉控制及成本降低具有較大的影響。我國(guó)鋼鐵工業(yè)正值轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，提高鐵水質(zhì)量對(duì)各個(gè)鋼鐵企業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由分析可知，我國(guó)3000 m3-4000 m3高爐的鐵水一級(jí)品率較低，建議通過(guò)加強(qiáng)原料管理、提高風(fēng)口前理論燃燒溫度、活躍爐缸、提高爐渣堿度等綜合措施，切實(shí)降低鐵水的硫含量，進(jìn)一步提高鐵水質(zhì)量。

3.4 降低噸鐵生產(chǎn)成本

近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩，鋼材價(jià)格探底，導(dǎo)致我國(guó)各大鋼鐵企業(yè)出現(xiàn)了不同程度的虧損。鐵前工序的成本控制對(duì)于降低企業(yè)的噸鋼生產(chǎn)成本及提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義，其中降低噸鐵生產(chǎn)成本是關(guān)鍵所在。應(yīng)當(dāng)從以下幾方面進(jìn)一步降低噸鐵生產(chǎn)成本：

（1）提高煤比，建議通過(guò)增加富氧率等措施提高高爐理論燃燒溫度、活躍爐缸狀態(tài)[6]，積極為高爐增加煤比創(chuàng)造有利的條件，3000-4000m3高爐的煤比可以提高到150 kg/t以上。

（2）提高小塊焦炭的比例，研究表明小塊焦炭可增加高爐塊狀帶及軟熔帶的透氣性，增加燒結(jié)礦、球團(tuán)礦與塊礦的還原率，還可間接的減少大塊焦炭的使用量[6]。建議小塊焦炭的比例提高至所用焦炭量的15%。

（3）適當(dāng)增加鼓風(fēng)的富氧率，提高富氧率不僅能降低噸鐵風(fēng)量，還能提高煤粉燃燒率[7]。建議富氧率提高至4%。

（4）提高煤氣利用率，煤氣利用率高對(duì)于降低燃料比，提高冶煉效率具有重要的意義。建議煤氣利用率提高至48%。

（5）維持高爐穩(wěn)定順行的狀態(tài)，增加高爐的穩(wěn)定性。穩(wěn)定順行的狀態(tài)是降低噸鐵生產(chǎn)成本、維持高爐長(zhǎng)壽高效冶煉、節(jié)能降耗的重要基礎(chǔ)[8]。

4.結(jié)論

近年來(lái)我國(guó)的3000m3-4000m3高爐得到了充分的發(fā)展，高爐的技術(shù)得到了顯著的提高，裝備水平與智能化水平也得到了加強(qiáng)，同時(shí)，也要清醒認(rèn)識(shí)存在的問(wèn)題。希望通過(guò)本文綜合分析的指標(biāo)，能為其他高爐的生產(chǎn)提供參考借鑒，以制定適合自身高爐特點(diǎn)及原燃料情況的冶煉方案。

致謝:本文數(shù)據(jù)來(lái)源為中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)高爐生產(chǎn)技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì)，謹(jǐn)致謝忱。

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