我國(guó)4000立方米及以上級(jí)大高爐生產(chǎn)指標(biāo)淺析

周東東 陳金鋒 李偉偉 姜 曦

一、序言

煉鐵在全行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，肩負(fù)著在資源、能源和減少污染排放方面的艱巨責(zé)任，淘汰落后產(chǎn)能、限制產(chǎn)能、節(jié)能減排成為煉鐵行業(yè)一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。近年來(lái)，煉鐵行業(yè)在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革中取得了巨大進(jìn)展，尤其在高爐大型化方面成效顯著。4000m3以上高爐成為煉鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過(guò)程中的討論焦點(diǎn)，其順行及指標(biāo)情況受到全行業(yè)的關(guān)注。寶鋼湛江1號(hào)高爐和2號(hào)高爐分別于2015年9月25日和2016年7月15日投產(chǎn)，爐容均為5050m3（2017年山東鋼鐵日照分公司新建兩座高爐爐容為5100m3），上述兩座高爐的投產(chǎn)，綜合應(yīng)用了我國(guó)大高爐建設(shè)及生產(chǎn)管理的最新成果，對(duì)于大高爐生產(chǎn)具有重要的意義。

截止目前，寶鋼共有大高爐7座，首鋼3座，鞍鋼、馬鋼、太鋼及包鋼各2座，武鋼、沙鋼、安鋼、本鋼各1座。本文將我國(guó)22座4000m3以上高爐2016年生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望能對(duì)各企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方面有借鑒意義。見(jiàn)表1。

二、2016年4000m3以上高爐生產(chǎn)實(shí)績(jī)

（一）生產(chǎn)指標(biāo)

1.高爐利用系數(shù)

我國(guó)4000m3以上高爐平均爐容4587.55m3，平均利用系數(shù)2.06t/m3.d，比2015年高0.01t/m3.d[2-3]。2016年我國(guó)大高爐全年產(chǎn)鐵5460.09萬(wàn)噸，占我國(guó)生鐵產(chǎn)量的7.79%。見(jiàn)圖1。

2.入爐焦比與燃料比

2016年，4000m3以上高爐平均入爐焦比348.91kg/t、煤比155.98kg/t、噸鐵能耗384.95kgce/t。從燃料消耗看，寶鋼的4座高爐最低，見(jiàn)圖2。焦比較2015年增加了3.51kg/t，煤比降低了0.2kg/t，噸鐵能耗增加3.96kgce/t。但是個(gè)別高爐焦比高于420kg/t，能耗大于540kgce/t。煤比最高的為首鋼京唐的兩座高爐，分別為187.01kg/t和195.06kg/t。寶鋼高爐的煤比整體較高，其六座高爐的煤比大部分保持在167kg/t至180kg/t之間。

圖1 爐容和利用系數(shù)

表1 我國(guó)4000m3以上高爐的有效容積及投產(chǎn)日期

圖2 2016年4000m3以上高爐焦比、燃料比和能耗

3.送風(fēng)制度

2016年各高爐的送風(fēng)參數(shù)見(jiàn)圖3a、b。寶鋼湛江1號(hào)高爐的噸鐵耗風(fēng)量最低，遷鋼3號(hào)高爐噸鐵耗風(fēng)量最高，為1233.81m3。2016年各高爐平均富氧率3.32%，比2015年降低0.28%。圖3顯示高爐風(fēng)壓及壓差的關(guān)系，從圖中可知，壓差差別較大，首鋼京唐的兩座高爐壓差最高，超過(guò)200kpa。2016年各高爐的平均風(fēng)壓405.10kpa，與2015年大致持平；平均壓差為173.35kpa，比2015年高2.2kpa。

（二）原燃料指標(biāo)

1.焦炭及煤粉質(zhì)量

2016年，我國(guó)4000m3以上高爐噴吹煤的灰分平均為9.56%，揮發(fā)分為17.88%。其中煤粉灰分比2015升高0.04%，揮發(fā)分降低0.03%。各高爐焦炭的平均灰分為12.02%，硫含量為0.70%。見(jiàn)圖4、圖5。2016年各高爐的焦炭平均粒徑為51.52mm，M40平均為89.61%。焦炭平均粒徑比2015年降低0.43mm，M40增加0.63%。見(jiàn)圖6。

2.原料配比及入爐品位

我國(guó)自產(chǎn)的鐵礦石品位較低[5]，大部分的高品位鐵礦石需要從國(guó)外進(jìn)口，對(duì)4000m3以上高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)形成一定影響。2016年4000m3以上高爐的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及塊礦的平均比例為71.87%、19.12%、9.01%。與2015年相比，燒結(jié)礦比例增加了1.25%，球團(tuán)礦比例降低了0.84%，塊礦比例降低了0.41%。燒結(jié)礦平均粒度及入爐品位平均值分別為20.80mm、59.22%，見(jiàn)圖7、圖8。

圖3a 2016年我國(guó)4000m3以上高爐送風(fēng)參數(shù)噸鐵耗風(fēng)量和富氧率

圖3b 2016年我國(guó)4000m3以上高爐的送風(fēng)參數(shù)風(fēng)壓和壓差

圖4 2016年4000m3以上高爐煤粉質(zhì)量

圖5 2016年4000m3以上高爐的焦炭質(zhì)量

圖6 2016年4000m3以上高爐的焦炭強(qiáng)度和平均粒徑

（三）操作參數(shù)

1.鐵水成分及鐵水溫度

2016年4000m3以上高爐鐵水含硅和鐵水溫度情況見(jiàn)圖9，鐵水含硅量及鐵水溫度平均值分別為0.43%和1502.68℃，與2015年持平。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2016年4000m3以上高爐鐵水含硫量和一級(jí)品率，生鐵含硫及一級(jí)品率的平均值分別為0.029%和73.76%。見(jiàn)圖10。

2.渣比及二元堿度

2016年4000m3以上高爐的平均渣比及二元堿度見(jiàn)圖11，分別為299.40kg/t、1.18。渣比較2015年降低了2.26kg/t，雖然有所降低，但與國(guó)外的高爐相比，我國(guó)的渣比偏大，建議有條件的企業(yè)將噸鐵渣比控制在280kg/t以?xún)?nèi)。

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。2016年我國(guó)4000m3以上高爐的平均煤氣利用率及燃料比見(jiàn)圖12，分別為48.40%、512.44kg/t。只有寶鋼等少數(shù)幾座高爐的煤氣利用率高于50%，噸鐵燃料比控制在了500kg/t以?xún)?nèi)，個(gè)別高爐的煤氣利用率甚至低于45%。各企業(yè)應(yīng)在確保大高爐原燃料質(zhì)量及外圍生產(chǎn)條件的同時(shí)，不斷完善操作制度，穩(wěn)定爐況，提高煤氣利用率，優(yōu)化指標(biāo)。

圖7 2016年4000m3以上高爐原料配比

圖8 2016年4000m3以上高爐入爐品位

圖9 2016年4000m3以上高爐鐵水含硅量和鐵水溫度

圖10 2016年4000m3以上高爐鐵水含硫量和一級(jí)品率

圖11 2016年4000m3以上高爐渣渣比和二元堿度

圖12 2016年4000m3以上高爐燃料比和煤氣利用率

4. 休風(fēng)率和冶煉強(qiáng)度

減少休風(fēng)率是保障高爐冶煉穩(wěn)定順行及優(yōu)質(zhì)高效的基礎(chǔ)。圖13為2016年我國(guó)4000m3以上高爐的休風(fēng)率和冶煉強(qiáng)度。2016年我國(guó)4000m3以上高爐平均休風(fēng)率為2.57%，馬鋼A、B高爐、遷鋼3號(hào)高爐、太鋼5號(hào)高爐及本鋼新1號(hào)高爐的休風(fēng)率均低于1，但個(gè)別高爐達(dá)到了5%以上。4000m3以上高爐都是各企業(yè)的核心關(guān)鍵工序，一旦出問(wèn)題，對(duì)公司整個(gè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)將造成嚴(yán)重影響，建議各企業(yè)進(jìn)一步提高4000m3以上高爐的保障能力，提高裝備水平，穩(wěn)定高爐生產(chǎn)。2016年全國(guó)4000m3的冶煉強(qiáng)度為0.73%，冶煉強(qiáng)度較高的有梅鋼5號(hào)高爐、太鋼5號(hào)高爐、太鋼6號(hào)高爐。

三、相關(guān)建議

（一）關(guān)于高爐穩(wěn)定順行及指標(biāo)優(yōu)化

在原燃料質(zhì)量大幅度波動(dòng)、保障能力下降的情況下，要實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行、低成本和環(huán)保，成為當(dāng)前高爐生產(chǎn)面臨的最大挑戰(zhàn)。即使在這種情況下，高爐仍然必須根據(jù)自己原料的性質(zhì)搞好精料，通過(guò)優(yōu)化配料，控制有害元素，提高入爐品位，確保焦炭質(zhì)量。同時(shí)也要借鑒同行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)分析大高爐生產(chǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)，在爐況穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，優(yōu)化各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、降低生產(chǎn)成本。

圖13 2016年我國(guó)4000m3以上高爐休風(fēng)率和冶煉強(qiáng)度

（二）關(guān)于高爐長(zhǎng)壽

高爐長(zhǎng)壽技術(shù)的主要限制環(huán)節(jié)是爐腹、爐腰和爐身下部冷卻壁的破損，以及爐缸炭磚的侵蝕。通過(guò)優(yōu)化操作制度，形成合理的操作爐型，促進(jìn)高爐冷卻壁熱面形成穩(wěn)固的保護(hù)層，是延長(zhǎng)高爐壽命的關(guān)鍵。近幾年，個(gè)別4000m3以上高爐出現(xiàn)了爐身銅冷卻壁破損，對(duì)高爐穩(wěn)定高效生產(chǎn)造成影響。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐分析和研究得出，造成銅冷卻壁破損的主要原因：一是設(shè)計(jì)、施工存在問(wèn)題；二是渣皮不穩(wěn)定，造成冷卻壁因熱振而損壞或被爐料磨損。高爐長(zhǎng)壽是衡量單體高爐經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，各高爐要系統(tǒng)研究長(zhǎng)壽問(wèn)題，維持適宜的冶煉強(qiáng)度，穩(wěn)定邊緣氣流，摸索制定適宜的操作制度，形成厚度適宜且穩(wěn)定的渣皮，延長(zhǎng)爐身冷卻壁的壽命。爐身冷卻壁鑲磚一旦脫落，要及時(shí)采取噴涂的措施進(jìn)行修復(fù)，爐身冷卻壁出現(xiàn)破損情況要及時(shí)采取措施處理。

（三）關(guān)于高爐大、中修

高爐大、中修是一次提高高爐整體技術(shù)和裝備水平的好機(jī)會(huì)。要提前規(guī)劃，認(rèn)真總結(jié)上一代爐役中系統(tǒng)存在的問(wèn)題，借鑒其他企業(yè)好的經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)入手，結(jié)合本廠的實(shí)際情況，充分論證。大修要建立一套規(guī)范的流程，對(duì)設(shè)備、材料的選用、施工、后期維護(hù)要有嚴(yán)格的要求。高爐設(shè)計(jì)和施工不能一味圖快，高爐設(shè)計(jì)也不僅僅是設(shè)計(jì)單位的事，業(yè)主單位必須深入?yún)⑴c，只有業(yè)主單位才最了解現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題和需求。

（四）關(guān)于高爐的智能化、無(wú)人化生產(chǎn)技術(shù)

近年來(lái),計(jì)算機(jī)模擬、人工智能等技術(shù)發(fā)展非常迅速，國(guó)外鋼鐵企業(yè)開(kāi)始更多地運(yùn)用智能化、無(wú)人化生產(chǎn)技術(shù)。國(guó)內(nèi)外冶金工作者在信息化、智能化方面做了大量的工作,例如高爐冶煉專(zhuān)家系統(tǒng)、激光料面測(cè)量和可視化高爐技術(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的使用，提高了廣大煉鐵工作者對(duì)高爐過(guò)程的認(rèn)識(shí)，提高了高爐操作水平。今后，以智能制造為主導(dǎo)的工業(yè)4.0計(jì)劃的實(shí)施，即通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高爐專(zhuān)家系統(tǒng)，以及各種技術(shù)的集成應(yīng)用，對(duì)優(yōu)化高爐工藝乃至于全周期全流程的煉鐵工序技術(shù)進(jìn)步大有裨益。

（五）關(guān)于高爐環(huán)保

目前，各企業(yè)環(huán)保壓力大，最大的問(wèn)題是缺少成熟可靠的環(huán)保技術(shù)。但這些問(wèn)題光靠廠礦是不夠的，相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)、供應(yīng)廠商也要大力開(kāi)展環(huán)保新技術(shù)的研究，重點(diǎn)是廢水和氮氧化物的處理技術(shù)研究，見(jiàn)表2。

表2 我國(guó)4000m3高爐2016年各指標(biāo)平均值

致謝:本文數(shù)據(jù)為中國(guó)煉鐵生產(chǎn)運(yùn)行，高爐生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)工作組成員為：寶鋼居勤章；寶鋼梅山韓宏松；鞍鋼李仲、李偉偉；武鋼李盺；首鋼遷安趙俊花；首鋼京唐晏建永；太鋼張華；安陽(yáng)鋼鐵李?lèi)?ài)峰；沙鋼程寶泉；本鋼趙偉；包鋼賈西明、劉璐；馬鋼凌明生、張明，謹(jǐn)致謝忱

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