李偉偉 王 臣 周 琦 李 仲 王連昌 華建明

1.概況

截止到2020年12月，我國共有25座4000m3以上的特大型高爐在生產(chǎn)。這些高爐的平均容積為4649m3。其中4000m3～4500m3容積的高爐有12座，4500m3～5000m3容積的5座，5000m3以上的高爐8座。本文依據(jù)中國金屬學(xué)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，對這25座4000m3以上特大型高爐2020年生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行簡要分析，總結(jié)我國4000m3以上的特大型高爐本年度的生產(chǎn)經(jīng)驗和技術(shù)進(jìn)步情況，以供高爐工作者借鑒。見表1[1-3]。

表1 我國4000m3以上高爐的有效容積及投產(chǎn)情況匯總表

2.2020年我國4000m3以上高爐生產(chǎn)實績

高爐生產(chǎn)歷來講究“七分原料，三分操作”，原燃料穩(wěn)定是高爐穩(wěn)定的基礎(chǔ)，而且高爐容積越大，對原燃料質(zhì)量的要求越高。我國自產(chǎn)的鐵礦石品位較低[4，5]，大部分的高品位鐵礦石需要從國外進(jìn)口；同時，由于國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦煤產(chǎn)量不足，部分焦煤也依賴進(jìn)口。因此原燃料質(zhì)量特別是優(yōu)質(zhì)進(jìn)口原燃料供給，對4000m3以上高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的影響尤為明顯。

2.1 原燃料指標(biāo)

2.1.1 配料結(jié)構(gòu)及入爐品位

2020年，4000m3以上高爐總體上仍采用高堿度燒結(jié)礦為主配加酸性礦的配礦結(jié)構(gòu)（見圖1）。燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及塊礦的平均比例為69.74%、20.69%、9.57%，與2019年相比并沒有較大變化。首鋼京唐持續(xù)推進(jìn)大球比生產(chǎn)，球團(tuán)比例達(dá)到了48%～50%的水平，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異。太鋼、首遷高爐在提高球團(tuán)配比的爐料結(jié)構(gòu)上也有所突破，球團(tuán)比例均達(dá)到30%左右。酸性球團(tuán)礦、自熔性球團(tuán)礦、塊礦的高比例成功應(yīng)用，說明了4000m3以上高爐仍然有較強(qiáng)的配礦結(jié)構(gòu)適應(yīng)性。各廠在差異化的爐料結(jié)構(gòu)下，均能保持高爐的順行，取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，為我國4000m3高爐優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)配比，積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

圖1 2020年我國4000m3以上高爐原料配比情況

近年來，燒結(jié)礦及球團(tuán)礦的質(zhì)量指標(biāo)保持穩(wěn)定，但有兩個指標(biāo)值得注意：一個是燒結(jié)礦的Al2O3呈逐年上升趨勢，至2020年平均含量達(dá)到1.74%，個別廠家如鞍鋼鲅魚圈、安陽、寶鋼，燒結(jié)礦含Al2O3達(dá)到了1.90%以上，說明4000 m3以上高爐在高鋁礦粉的使用上又有新的突破。另一個是燒結(jié)礦的平均品位有所降低，球團(tuán)礦的平均品位有所上升。這與環(huán)保要求日益嚴(yán)格、高爐爐料結(jié)構(gòu)向大球比方向發(fā)展的總體趨勢相一致。

入爐品位也是高爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整需考慮的重要 指標(biāo)。根據(jù)自身資源條件，在最低配礦成本的前提下追求最高入爐品位，是企業(yè)實施高爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要目標(biāo)。2020年全國4000m3以上高爐平均入爐品位為59.13%，平均燃料比卻達(dá)到了513kg/t，比2019年增加了3kg/t。從圖2可以看出，高爐燃料比和入爐品位呈明顯的相關(guān)關(guān)系。

圖2 2019年與2020年我國4000m3以上高爐入爐品位和燃料比對比圖

圖2方框中的數(shù)據(jù)顯示，日照1#2#高爐、寶鋼1#～4#高爐，既有相對較低的入爐品位，又有較低的燃料比，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異。特別是寶鋼高爐在入爐品位近兩年持續(xù)降低的條件下，實現(xiàn)了燃料消耗不升高，體現(xiàn)了寶鋼高超的高爐管理水平，值得所有高爐操作者學(xué)習(xí)。同時太鋼、沙鋼通過優(yōu)化操作，高爐燃料比也得到了一定程度的下降。

2.1.2 焦炭質(zhì)量

圖3為2020年4000 m3以上高爐焦炭主要指標(biāo)。焦炭的平均灰分為12.06%，與2019年相比下降了0.13個百分點(diǎn)，平均粒徑51.42mm，呈逐年上升的趨勢。焦炭關(guān)鍵指標(biāo)，CRI:21.6%，CSR:70.3%，M40:89.5%，M10:5.4%，與2020年相比有小幅度提升，焦炭M40降低了0.3個百分點(diǎn)，CSR提高了0.5個百分點(diǎn)。總體來看，2020年4000 m3以上高爐焦炭化學(xué)指標(biāo)保持穩(wěn)定，焦炭熱態(tài)性能、灰分、平均粒徑等關(guān)鍵指標(biāo)呈提高的趨勢。但各廠由于資源條件不同，焦炭質(zhì)量的差異化比較明顯。從圖2的對比也可以發(fā)現(xiàn)，寶鋼、寶鋼湛江、山鋼日照的高爐在一般的入爐品位和較優(yōu)的焦炭熱態(tài)指標(biāo)的原燃料條件下，仍取得了較低的燃料比指標(biāo)。

圖3 2020年4000m3以上高爐的焦炭機(jī)械強(qiáng)度和熱態(tài)指標(biāo)

經(jīng)過十多年的發(fā)展，焦炭對高爐生產(chǎn)的重要性已被大型高爐操作者充分認(rèn)識。但是由于焦炭篩分工藝的差異、取樣方式的不同、化檢驗設(shè)備的測量誤差、用焦結(jié)構(gòu)統(tǒng)計不全等原因，各廠的焦炭質(zhì)量仍無法在同一平臺進(jìn)行精準(zhǔn)的橫向比較。同時，由于衡量焦炭質(zhì)量的指標(biāo)眾多，且有些指標(biāo)之間還存在相互制約的關(guān)系，鋼鐵行業(yè)內(nèi)尚缺乏科學(xué)的焦炭質(zhì)量評價體系。隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，這些問題有望通過高爐技術(shù)工作者的努力得以解決，為高爐生產(chǎn)提供性價比更高的焦炭。

2.2 操作參數(shù)

2.2.1送風(fēng)制度

2020年我國4000m3以上高爐送風(fēng)比見圖4、圖5。

圖4 2020年我國4000m3以上高爐爐容、風(fēng)量和送風(fēng)比

圖5 2020年我國4000m3以上高爐風(fēng)壓、壓差和富氧率比

2020年，這25座高爐的平均送風(fēng)比為1.47，與上一年相同；平均富氧率4.38%，提高了0.66個百分點(diǎn)。富氧率連續(xù)三年上升。其中富氧率高于5%的高爐達(dá)到9座，比2019年增加了5座，表明高爐生產(chǎn)得到充分的強(qiáng)化。特別是沙鋼5800m3高爐，單月富氧率達(dá)到9.0%，年平均富氧率達(dá)到7.9%，再創(chuàng)特大型高爐富氧冶煉新高度。武鋼8#高爐、京唐1#2#3#高爐富氧率也超過了6%，為我國4000 m3以上高爐高富氧冶煉積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

2020年，我國4000m3高爐平均送風(fēng)風(fēng)壓420 kPa，平均壓差181 kPa，與上年相比都有所提升，這與2020年高爐原燃料條件優(yōu)化、冶煉強(qiáng)度提高的整體趨勢相符。總體送風(fēng)參數(shù)中，風(fēng)壓和壓差都是隨爐容的增大而升高，送風(fēng)比則反之。值得注意的是，包鋼的兩座高爐在原燃料質(zhì)量相對較差的條件下，通過優(yōu)化操作，找到了適宜的送風(fēng)參數(shù)，從而保證了高爐的穩(wěn)定順行和較高的利用系數(shù)，值得高爐工作者學(xué)習(xí)和探討。

2.2.2 鐵水成分及爐渣堿度

2020年4000m3以上高爐鐵水質(zhì)量對比見圖6，其中鐵水含硅量、鐵水含硫量、平均鐵水溫度平均值分別為0.42%、0.031%、1506℃。生鐵一級品率為67.76%，與上年相比下降了2.2個百分點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計資料顯示該指標(biāo)已連續(xù)4年下降，說明隨著煉鋼脫硫工藝的進(jìn)步，有些廠家在不斷突破高爐鐵水含硫指標(biāo)下限，衡量高爐鐵水質(zhì)量的重要指標(biāo)的一級品率，正在失去意義。下一步應(yīng)該綜合考慮高爐燃料消耗、高爐順行、煉鐵煉鋼脫硫成本等各方面因素，對4000m3高爐鐵水含硫提出新的要求、制定新的標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 2020年4000 m3以上高爐生鐵一級率、生鐵含硅量、生鐵含S量指標(biāo)

2.3 技術(shù)指標(biāo)

2.3.1 高爐利用系數(shù)

2019-2020年我國4000 m3以上高爐利用系數(shù)對比見圖7。2020年平均利用系數(shù)2.16t/m3.d，比2019年提高了0.04t/m3.d，高爐冶煉得到了進(jìn)一步強(qiáng)化。從圖中可以看出，京唐1#、2#高爐、日照2#高爐利用系數(shù)得到明顯的提高，鲅魚圈2#高爐、安陽3#高爐、太鋼5#高爐利用系數(shù)也有進(jìn)步。值得一提的是，湛江2#高爐利用系數(shù)有了進(jìn)一步提高，單月利用系數(shù)達(dá)到2.5t/m3.d，年平均利用系數(shù)達(dá)到2.32t/m3.d，取得了新的突破。

圖7 2019、2020年我國4000m3以上高爐利用系數(shù)對比圖

2.3.2 燃料消耗

2020年4000m3以上高爐平均入爐焦比355kg/t、煤比158kg/t、燃料比513kg/t。與2019年相比焦比升高了1kg/t，煤比升高2 kg/t，燃料比升高3kg/t。從單個高爐來看，全國4000m3以上高爐中，燃料比低于500kg/t的在2019年有11座，2020年降低到了9座，這與2020年高爐整體提升冶煉強(qiáng)度有關(guān)，部分高爐為達(dá)到較高的冶煉強(qiáng)度，犧牲了部分燃料指標(biāo)。但也有一些高爐通過提高原燃料質(zhì)量、優(yōu)化操作等措施，實現(xiàn)了利用系數(shù)和燃料消耗的雙優(yōu)化。如京唐3#、寶鋼4#、日照2#、湛江1#、2#等高爐，在年平均利用系數(shù)超過2.2的前提下，燃料比都降到了500kg/t以下。

2019-2020年我國4000m3以上高爐燃料消耗結(jié)構(gòu)見圖8、圖9?？梢钥闯鋈剂媳容^低的高爐，呈小塊焦比例低、煤比高的現(xiàn)象，燃料比較高的高爐則正好相反。忽略焦炭入爐工藝的不同所產(chǎn)生粉化差異的因素，小塊焦的比例高低從一定程度反映了各廠焦炭質(zhì)量的差異。同時，也看出了原燃料質(zhì)量特別是焦炭質(zhì)量與高爐高水平運(yùn)行的關(guān)系。

圖8 2020年我國4000m3以上高爐燃料比結(jié)構(gòu)

圖9 2020年我國4000m3以上高爐燃料比結(jié)構(gòu)

3.幾點(diǎn)思考

3.1 關(guān)于特大型高爐運(yùn)行綜合管控

特大型高爐是一個鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的核心，由于其物流吞吐量大、產(chǎn)量高等原因，運(yùn)行水平直接關(guān)系到鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)組織、成本控制以及經(jīng)營績效，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營中起著舉足輕重的作用。從近年來國內(nèi)特大型高爐的運(yùn)行情況看，有因原燃料原因造成高爐爐況失常的，有因高爐操作調(diào)整不到位造成爐況長時間波動的，甚至有的高爐發(fā)生了爐缸燒穿事故。特大型高爐的運(yùn)行是一項系統(tǒng)工程，需要從原燃料準(zhǔn)備，高爐操作調(diào)整，高爐長壽等方方面面綜合管理，切不可顧此失彼，過分追求某一項指標(biāo)而造成其他指標(biāo)損失。企業(yè)要根據(jù)自己情況，制定科學(xué)合理的特大型高爐綜合管控體系，確保高爐穩(wěn)定均衡運(yùn)行，發(fā)揮特大型高爐在提高勞動生產(chǎn)率、降低成本等方面的作用，嚴(yán)防因特大型高爐波動影響企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營。

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

穩(wěn)定順行是高爐生產(chǎn)的基礎(chǔ)，這對于4000m3以上的大型高爐來說尤為重要。原料、設(shè)備、操作是大型高爐穩(wěn)定順行的三大要素。首先，企業(yè)要根據(jù)各自資源條件選好精料，做到原燃料穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)；第二，要提高設(shè)備點(diǎn)檢和管理水平，推行設(shè)備周期性管理，保證高爐設(shè)備健康穩(wěn)定運(yùn)行；第三，要提高高爐操作水平，改進(jìn)操作理念，要給予高爐一定的緩沖空間，盡量避免高爐在極限參數(shù)運(yùn)行，在高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上追求更優(yōu)化的指標(biāo)。反之，為了追求更優(yōu)的指標(biāo)而破壞高爐穩(wěn)定順行，將得不償失。

3.3 關(guān)于高爐系統(tǒng)成本優(yōu)化

鋼鐵企業(yè)是能 源消耗大戶，煉鐵成本占鋼鐵企業(yè)總成本的70%以上，因此降低生鐵成本是各鋼鐵企業(yè)降低經(jīng)營成本的主要手段之一。企業(yè)生存發(fā)展要降本，高爐穩(wěn)定順行則要精料，隨著鋼鐵企業(yè)競爭加劇，精料和降本這一矛盾也會日益突出。特大型高爐對原燃料的要求較中小型高爐更加嚴(yán)格，一直以來，有特大型高爐的企業(yè)都在尋求合理的、能夠支撐高爐穩(wěn)定運(yùn)行的原燃料標(biāo)準(zhǔn)，就是為了在適當(dāng)?shù)牡统杀驹剂蠗l件下，確保高爐的穩(wěn)定運(yùn)行。中國金屬學(xué)會下發(fā)的年度4000m3以上高爐原燃料指標(biāo)平均水平，可以作為特大型高爐原燃料指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參考。同時，各企業(yè)也可以根據(jù)自己的實際生產(chǎn)情況和資源組織情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。建議企業(yè)適當(dāng)提高和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量，在含鐵原料方面進(jìn)行合理的成本優(yōu)化。鋼鐵企業(yè)要確立“以高爐為中心”的鐵前系統(tǒng)成本觀，科學(xué)制定本企業(yè)技術(shù)水平和資源條件下的系統(tǒng)降本方案。原燃料采購必須兼顧高爐穩(wěn)定順行，制定科學(xué)、穩(wěn)定的配煤配礦方案，堅持鐵前系統(tǒng)降低成本的正確指導(dǎo)思想。一味追求原燃料采購經(jīng)濟(jì)性或者一味追求高爐精料，都是不可取的。

3.4 關(guān)于高爐長壽

2018-2019年全國有3座4000m3級高爐進(jìn)行了大修，爐齡都不足10年。目前在線運(yùn)行的25座高爐中，爐齡超過10年的有11座，有接近一半的高爐進(jìn)入了爐役的中后期，因此，4000m3以上高爐的長壽和穩(wěn)定將是今后需要重視和研究的主要問題。隨著各廠大型高爐生產(chǎn)經(jīng)驗的積累、技術(shù)水平的提高、監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備的不斷完善，4000m3以上大型高爐長壽技術(shù)也日趨成熟。高爐技術(shù)工作者不僅要有長壽爐型的生產(chǎn)運(yùn)行理念，還要有科學(xué)的綜合護(hù)爐方案。要綜合運(yùn)用保證優(yōu)質(zhì)焦炭質(zhì)量，控制有害元素入爐，保證高爐順行，適當(dāng)控制高爐強(qiáng)度，提高鼓風(fēng)動能減少爐缸環(huán)流，鈦礦護(hù)爐等有效措施，形成了大型高爐成熟的護(hù)爐方案，為4000m3級大型高爐的安全長壽保駕護(hù)航。

3.5 關(guān)于有害元素控制

現(xiàn)有的研究雖然沒有對各特大型高爐的有害元素負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計，但有害元素對特大型高爐穩(wěn)定順行造成的影響越來越突出。堿金屬和鋅負(fù)荷控制較好的企業(yè)，高爐保持穩(wěn)定順行的周期就長。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，含有有害元素的固廢處理難度日益加大，如果沒有合適的外排途徑或合理的無害化處理措施，高爐的有害元素負(fù)荷就會日益增加。目前，各企業(yè)都有各自的有害元素標(biāo)準(zhǔn)，但其標(biāo)準(zhǔn)都是立足本企業(yè)的實際制定的，目標(biāo)是確保企業(yè)內(nèi)部的有害物料自循環(huán)。從目前調(diào)查的情況來看，特大型高爐的有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)需要更加嚴(yán)格。根據(jù)先進(jìn)企業(yè)的控制情況來看，特大型高爐堿負(fù)荷最好控制在2.5kg/t以內(nèi)，鋅負(fù)荷控制在0.2kg/t以內(nèi)（見表2）。

表2 我國4000 m3高爐2020年各指標(biāo)平均值

致謝:本文數(shù)據(jù)來源為中國金屬學(xué)會，高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)對標(biāo)工作組成員為：寶鋼居勤章；寶鋼梅山韓宏松；鞍鋼李偉偉；武鋼李盺、趙思、李進(jìn)；首鋼遷安馬國梁；首鋼京唐陳艷波；太鋼張華；安陽鋼鐵李愛峰、金炎；沙鋼程寶泉；本鋼趙偉；包鋼賈西明、劉璐；馬鋼凌明生。謹(jǐn)致謝忱。