關(guān)于馬鋼4000 m3高爐適宜富氧量的分析

劉曉軍，郝團(tuán)偉

（馬鋼股份公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000）

富氧是促進(jìn)高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定的工藝技術(shù)指標(biāo)。適宜的富氧用量是促進(jìn)原燃料成本，工藝指標(biāo)優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)。馬鋼兩座4000 m3高爐自2007年自投產(chǎn)至今已有12年之多，在如今進(jìn)入爐役后期后，如何圍繞“穩(wěn)產(chǎn)、低耗、長壽”的目標(biāo)，降低生鐵成本、延長爐役期是高爐生產(chǎn)的重中之重。

主要通過馬鋼某座4000 m3高爐近幾年的利用系數(shù)、燃料比、煤比、噸鐵成本等等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析匯總，數(shù)據(jù)區(qū)間選定為從2014年6月后高爐料制“平臺+漏斗”轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，分析富氧率與諸多經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。

1 高爐部分指標(biāo)情況

高爐富氧鼓風(fēng)后，其噴煤燃燒條件不斷改善提升后，煤粉置換比和燃燒率的提高，為高爐生產(chǎn)的穩(wěn)產(chǎn)降耗提供經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，對于高爐爐況整體運(yùn)行來說起著極其重要的作用。本文在已有歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對多個(gè)高爐參數(shù)數(shù)據(jù)與富氧率之間的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性的相互關(guān)系進(jìn)行分析對比。

1.1 富氧率與高爐利用系數(shù)

在維持高爐爐腹煤氣量指數(shù)處于合適范圍內(nèi)波動下，高爐利用系數(shù)隨著富氧率升高而上升，下料量不斷提升，生鐵水產(chǎn)量逐漸增加，高爐負(fù)荷、焦煤比隨之變化。從圖1趨勢中得出，富氧率在3.5-4.0之間時(shí)，高爐的利用系數(shù)較高，并處于一個(gè)相對較小的區(qū)間，爐況指數(shù)較為穩(wěn)定。

圖1 富氧率與利用系數(shù)

1.2 富氧率與高爐燃料消耗數(shù)據(jù)

如圖2所示，隨著富氧率的增加，煤比逐漸增加，焦比不斷下降，燃料比相對處于一個(gè)較小的區(qū)間范圍內(nèi)。當(dāng)富氧率處于2.5%-2.8%和3.7%-4.0%之間，燃料比均處于501 kg左右水平，其中富氧率2.5-2.8%之間煤比144 kg左右，富氧率3.7-4.0%之間煤比172 kg左右。由于缺少高爐富氧噴煤數(shù)據(jù)模型支撐，對后續(xù)富氧率繼續(xù)增長其對應(yīng)的燃料消耗變化難以推算。在理論上，根據(jù)煤焦含碳量的變化以及焦炭骨架作用的不可替代性，煤焦置換比會越來越低，燃料比消耗也將隨之升高，其結(jié)果就是燃料成本盈利區(qū)間會縮小。所以說不同富氧率下，都有其對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)燃料比及其工藝參數(shù)。

圖2 富氧率與高爐燃料消耗數(shù)據(jù)

2 富氧率與部分成本指標(biāo)的對應(yīng)性

2.1 原、燃料成本以及富氧成本變化

從圖3、圖4趨勢表可以看出，自高爐富氧率增長上升后，噸鐵燃料成本逐漸下降，是高爐降耗的重要盈利點(diǎn)。但隨著富氧率的增加，燃料結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，為保證爐渣堿度合適，爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦用量增加，球團(tuán)礦及塊礦用量減少，由于燒結(jié)礦品位低于球團(tuán)和塊礦，使得礦耗上升，造成噸鐵原料用量的增加，原料成本隨著上升。

圖3 噸鐵燃料比成本變化

圖4 噸鐵原料成本變化

正常生產(chǎn)中富氧成本隨著富氧率增長逐步上升，如果氧氣單價(jià)繼續(xù)上漲，當(dāng)燃料成本節(jié)約的空間小于富氧消耗成本后，應(yīng)從成本角度應(yīng)考慮其上升的幅度區(qū)間和經(jīng)濟(jì)性。如圖5所示。

圖5 富氧成本變化

2.2 兩個(gè)不同富氧率下燃料成本對比

以表1所示：富氧率2.5%-2.8%和3.7%-4.0%兩個(gè)燃料比相對較低的區(qū)間進(jìn)行對比分析，綜合來看3.7%-4.0%富氧率下原燃料、氧氣綜合成本最低，噸鐵成本低12元左右。大焦價(jià)格及混合煤價(jià)格按目前市場價(jià)進(jìn)行測算，兩者價(jià)格差在850元/t左右。燃料成本贏利主要在于煤焦差價(jià)，當(dāng)差價(jià)越大時(shí)，高富氧下提升煤比效益就更加明顯。因此焦煤差價(jià)的高低變化，在維持穩(wěn)定利用系數(shù)下，其高爐的適宜富氧率也會隨之變化。

表1 不同富氧率下成本數(shù)據(jù)

2.3 富氧率與富氧成本

高爐氧氣成本隨著富氧率上升，成本逐漸上升。從圖6可以看出，氧氣單價(jià)按0.58元/m3測算，按高爐風(fēng)量6600 m3/h，日產(chǎn)8900 t/d測算，當(dāng)富氧率從2%加至7%，其富氧成本從16元/t上升至60元/t，成本上升了44元/t。因此在考慮經(jīng)濟(jì)性的情況下，如果富氧率上升后，高爐綜合燃料成本未下降到成本贏利點(diǎn)，生鐵成本不降反升的可能性比較大。如果氧氣單價(jià)越低，高爐在考慮經(jīng)濟(jì)性的情況，其不同富氧率下成本操作空間越大，反之氧氣單價(jià)越高，高爐富氧噴煤的空間就越小，因此氧氣單價(jià)也制約高爐噴煤比上升。

圖6 富氧率與富氧成本變化

2.4 富氧率與爐腹煤氣量

富氧率與爐腹煤氣量相互匹配，可以促進(jìn)高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提升。高爐在各個(gè)爐役期內(nèi)的爐腹煤氣量由于高爐特性變化，適宜區(qū)間會發(fā)生改變。隨著鼓風(fēng)富氧率的上升，高爐操作者根據(jù)原燃料條件來確定不同富氧率下的爐腹煤氣量區(qū)間，調(diào)整爐況參數(shù)維持爐腹煤氣量穩(wěn)定，可以在產(chǎn)量、原燃料、動力介質(zhì)消耗上取得更好的平衡，噸鐵成本更經(jīng)濟(jì)。

3 富氧率不適應(yīng)的影響

富氧鼓風(fēng)后雖對于高爐冶煉有強(qiáng)化冶煉、提升產(chǎn)量等諸多好處，但也應(yīng)考慮其不利的影響方面。過度增加富氧使用會導(dǎo)致爐況發(fā)生變化，燃料消耗增加，鐵水產(chǎn)量未得到明顯提升，生產(chǎn)成本增加得不償失，其主要表現(xiàn)在：一是風(fēng)口理論燃燒溫度發(fā)生急劇變化，爐內(nèi)各區(qū)溫度段發(fā)生變化下降，甚至造成爐內(nèi)熱平衡失調(diào)；二是致使邊緣氣流發(fā)展活躍，爐身下部各方向溫度分布出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致爐內(nèi)透氣性指標(biāo)變化，破壞高爐穩(wěn)定順行。

4 結(jié)語

不同時(shí)期的氧氣單價(jià)和焦煤差價(jià)影響著高爐冶煉成本。高爐操作根據(jù)市場焦煤價(jià)格變動，快速定位適合本高爐的富氧率下提升煤比穩(wěn)定燃料比，并且增加噴煤量應(yīng)與富氧率相適應(yīng)，體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)效益上會更加明顯。

高爐富氧是推動工藝及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)步的重要參數(shù)，在生產(chǎn)維持適宜的富氧量應(yīng)從多方面綜合考慮，既要滿足工藝需求，也要保證效益最大化，盲目的操作只會增加無意義的成本損耗。

目前馬鋼兩座4000 m3高爐都處于穩(wěn)產(chǎn)降耗階段，產(chǎn)能受限的情況下，選取與高爐利用系數(shù)對應(yīng)的富氧率最佳區(qū)間，控制冶強(qiáng)降低燃料比提高煤比可以有效降低生鐵成本，維持爐缸工作狀態(tài)穩(wěn)定。雖受限于目前高爐控產(chǎn)能穩(wěn)爐缸的工作目標(biāo)，實(shí)際生產(chǎn)中已不適應(yīng)用較高的富氧率組織生產(chǎn)，但為今后（第二代、第三代爐齡）確定高爐富氧噴煤參數(shù)模型，研究不同富氧率條件下高爐噸鐵冶煉成本和評價(jià)提供理論基礎(chǔ)，是今后降低冶煉成本可以探索的潛力方向。