1). 中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)
摘要：4000m3以上大型高爐是高爐煉鐵先進(jìn)技術(shù)的集中體現(xiàn)，大型高爐相對(duì)于容積小的高爐，單位爐容投資經(jīng)濟(jì)、能耗低、環(huán)境負(fù)荷低、勞動(dòng)生產(chǎn)率高。2000 年以來，隨著鋼鐵需求的迅猛增加，一批 4000m3以上大型高爐在我國相繼投入運(yùn)行，在煉鐵工作者的不懈努力下，大型高爐的操作管理取得了突出的成績(jī)和效果。本文通過對(duì)我國 4000m3以上大型高爐的生產(chǎn)現(xiàn)狀嘗試進(jìn)行初步分析。
關(guān)鍵詞：大型高爐；生產(chǎn)現(xiàn)狀；生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)
The productionand development of large blast
furnacesin China
Xi JIANG1
1). China Iron and Steel Association Beijing,100711
Abstract：The large blast furnaces with volume larger than 4000 m3 is the concentrationrepresents of new techniques inironmaking blast furnace. Compared with the small volume blast furnace, it haslower economic investigation, smaller energy consumption and environmentalload, higher labor productivity. A large number of 4000 m3 blastfurnaces were built when the steel demands were increased dramatically afterthe year of 2000. In the efforts of ironmaking operators, the operation indexesof large blast furnace have reached advanced levels. In this paper, theoperation satiations of large blast furnace were analyzed.
Key words：Largeblast furnace; Production status ;Production indexes;
4000m3 以上大型高爐是高爐煉鐵先進(jìn)技術(shù)的集中體現(xiàn)，大型高爐相對(duì)于容積小的高爐，單位爐容投資經(jīng)濟(jì)、能耗低、環(huán)境負(fù)荷低、勞動(dòng)生產(chǎn)率高。2000 年以來，隨著鋼鐵需求的迅猛增加，一批 4000m3以上大型高爐在我國相繼投入運(yùn)行。通過煉鐵工作者的不懈努力，近年來，我國在大型高爐的生產(chǎn)管理和操控技術(shù)等方面取得了突出的成績(jī)和效果。本文通過對(duì)我國 4000m3以上大型高爐的裝備水平、原燃料指標(biāo)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行初步探討和分析。
1 我國大型高爐生產(chǎn)現(xiàn)狀
1 裝備水平
2000 年以來，以首鋼京唐 5500m3 高爐為代表的一批大型高爐在國內(nèi)相繼投入運(yùn)行[1] [2]。截至目前，4000m3 級(jí)以上大型高爐達(dá)到 22 座，高爐的大型化和自主創(chuàng)新成為這一階段高爐煉鐵發(fā)展最主要的特點(diǎn)。隨著高爐操作、管理理念的不斷改進(jìn)，裝備水平也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，爐頂料面監(jiān)控、水溫差在線檢測(cè)、爐缸侵蝕模型、風(fēng)口監(jiān)控、煤氣在線檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)不斷得到推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)意義上的高爐“黑匣子”逐步向“透明化”的方向發(fā)展，一大批國產(chǎn)高爐設(shè)備設(shè)施已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平[3]。
然而，與西歐、日本等鋼鐵工業(yè)發(fā)展先進(jìn)國家、地區(qū)相比，我國在高爐大型化方面還有很大的差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015 年我國擁有煉鐵高爐將近 1500 座，平均爐容僅 770 m3。西歐
1990 年至 2008 年，高爐平均爐容由 1690m3擴(kuò)大到 2063m3，日本 1990 年至 2008 年平均爐容由 1558 m3 擴(kuò)大到 4157 m3。
1.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
近年來，我國大型高爐的操作管理水平在不斷提高，指標(biāo)在逐步優(yōu)化。2015 年我國4000 m3 級(jí)以上高爐平均利用系數(shù)為 2.07t/(m3•d)，高于同期日本同級(jí)別大型高爐 1.93 t/(m3•d)的利用系數(shù)，這反映出我國大型高爐的操作管理及順行程度已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但是從另一方面也反映出我國高爐操作上更追求產(chǎn)量，這可能是受鋼鐵需求大幅增加、長(zhǎng)期以來形成產(chǎn)量至上的操作思路影響。2015 年我國 4000 m3 級(jí)以上高爐的平均燃料比為510.74 kg/t，平均焦比為 345.4 kg/t，平均煤比為 156.18 kg/t。平均焦比較前四年增加了5.52 kg/t，但是平均工序能耗卻比四年前降了12.47kgce/t，達(dá)到了380.99kgce/t。這反映出我國大型高爐在操作管理上更加科學(xué)，更加注重適宜煤比和能耗的控制。2016 年上半年我國大高爐的焦比較 2015 年增加了 2kg/t，噸鐵能耗則基本持平。焦比增加的原因主要還是受新投產(chǎn)高爐焦比高的影響[4]。表 1 為我國 20 座 4000m3 級(jí)以上大高爐 2016 年上半年生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。
近兩年，隨著企業(yè)經(jīng)營壓力的增大，成本意識(shí)在高爐的日常操作管理中逐步占主導(dǎo)地位，大型高爐也開始逐步嘗試所謂的“經(jīng)濟(jì)配料”，導(dǎo)致原燃料保障能力下降，大型高爐的波動(dòng)、失常也屢見不鮮，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)波動(dòng)加劇。事實(shí)上，大型高爐在各個(gè)企業(yè)的經(jīng)營管理以及生產(chǎn)組織中都處于核心地位，爐況一旦出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)整個(gè)公司的經(jīng)營績(jī)效、生產(chǎn)組織將造成嚴(yán)重影響，對(duì)高爐的長(zhǎng)壽也勢(shì)必造成嚴(yán)重影響。穩(wěn)定順行是高爐最大的效益，對(duì)大型高爐尤其如此，高爐長(zhǎng)壽創(chuàng)造的效益在日常操作管理中也往往很容易被忽視。因此，對(duì)大型高爐至關(guān)重要的“精料方針”必須堅(jiān)持，在努力降低鐵水成本的過程中，操作者應(yīng)更加注重爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行及長(zhǎng)期效益，在大型高爐具體的操作、管理方面應(yīng)更加精細(xì)，用精益化的思路管理和操作大型高爐。
1.3 原燃料指標(biāo)
焦炭質(zhì)量的優(yōu)劣，對(duì)高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量和高爐長(zhǎng)壽至關(guān)重要，對(duì)大型高爐影響更大。焦炭質(zhì)量的評(píng)價(jià)包括化學(xué)成分、灰分、粒度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和高溫冶金性能。2015 年，我國大型高爐焦炭平均含碳量為 86.53%，灰分平均 11.95%，平均粒徑 50.91 mm，平均 M40 為 88.98%。焦炭平均粒徑比前四年減小 1.04 mm；2016 年 1~6 月，焦炭的平均灰分為 11.94%，含硫量為 0.69%；焦炭平均粒度為 51.06mm，M40 平均為89.67%。焦炭平均粒度比 2015 年增加 2.6mm，M40 增加 1%，說明各企業(yè)更重視焦炭質(zhì)量的改善和提升。
煤粉的質(zhì)量，對(duì)高爐噴煤操作的穩(wěn)定順行、煤焦置換效果均有重要影響。對(duì)噴吹煤粉質(zhì)量的總體要求是有害元素少、灰分低、熱值高、輸送性能好、反應(yīng)性和燃燒性高，而反應(yīng)性和燃燒性與煤的揮發(fā)分成正比。2015 年我國大型高爐的煤粉灰分平均 9.37%，比四年前有所上升，揮發(fā)份為 18.33%；2016 年 1~6 月，大高爐的煤粉灰分平均為 9.37%，揮發(fā)分為 18.33%。
由于鋼鐵產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，優(yōu)質(zhì)的鐵礦石資源日趨緊張，而且質(zhì)量和性能呈逐步下降趨勢(shì)。我國自產(chǎn)的鐵礦石品位較低，大部分的高品位鐵礦石需要從國外進(jìn)口，2015 年我國的鐵礦石對(duì)外依存度已達(dá)到 84%。大型高爐要求噸鐵渣比小于 300kg，爐料成分穩(wěn)定、粒度均勻、粉末少、冶金性能良好和爐料結(jié)構(gòu)合理。燒結(jié)礦作為高爐的主要含鐵爐料在歐洲和亞洲盛行，而球團(tuán)礦作為主要爐料則在北美更普遍。2015 年，我國大型高爐的爐料結(jié)構(gòu)為 70.85% 的高堿度燒結(jié)礦+20.9%的球團(tuán)礦+8.25%的塊礦，燒結(jié)礦占主導(dǎo)地位，因此對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的管理是大型高爐精料管理的主要內(nèi)容。2015 年，我國大型高爐入爐鐵料的平均含鐵品位和鐵料的平均粒徑分別為 59.01%、20.97mm，鐵料的平均粒徑較四年前增加了 0.8 mm。2016年 1~6 月大高爐燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及塊礦的平均比例為 71.46%、19.68%、8.86%。與 2015 年相比，燒結(jié)礦的比例不變，球團(tuán)礦的比例降低了 1.5%，塊礦的比例得到一定提高[5]。
受市場(chǎng)的影響，我國大型高爐的爐料結(jié)構(gòu)、品種和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也在不斷調(diào)整以適應(yīng)市場(chǎng)，但仍需繼續(xù)堅(jiān)持精料技術(shù)。
1.4 主要控制參數(shù)
高爐實(shí)施低硅冶煉，可達(dá)到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的目標(biāo)，降低生鐵成本。同時(shí)低硅、低硫鐵水可以降低煉鋼渣量，提高鐵的收得率，縮短冶煉時(shí)間，對(duì)開發(fā)新鋼種、冶煉高級(jí)純凈鋼、提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力、降低成本有重要意義。對(duì)于低硅冶煉的高爐，應(yīng)該在保證鐵水溫度的情況下，盡量降低高爐的生鐵含硅量。2015 年，我國大型高爐的鐵水含硅和鐵水溫度平均分別為 0.43%、1503.11℃，鐵水含硅量比四年前降低了 0.01%，鐵水溫度也降低了 1.36℃。 2016年1~6 月大高爐鐵水含硅量及鐵水溫度平均值分別為 0.42%、1502.6℃。鐵水溫度下降幅度不大。
高爐生鐵一級(jí)品率是指含硫量小于或等于 0.03%的生鐵占所有生鐵的比例。2015 年，我國大型高爐的含硫量和一級(jí)品率的平均值分別為 0.029%、76.35%，鐵水一級(jí)品率比四年前降低了 2%；2016 年 1~6 月大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 0.031%、74.73%，仍然呈下降趨勢(shì)，這可能主要還是受經(jīng)濟(jì)配料、使用低品質(zhì)的影響。
我國大型高爐的噸鐵渣量有所降低。平均渣比和二元堿度分別為 301.02 kg/t 和 1.19 倍，除寶鋼 4 座高爐以外，都在 300kg/t 以上。2016 年 1~6 月平均渣量及二元堿度，分別為297.73kg/t、1.18。大高爐的渣量比 2015 年降低了 3kg/t。與國外的大型高爐相比，我國的渣比仍然偏高。
煤氣利用率與高爐的噸鐵燃料比有著直接的關(guān)系。2015 年我國大型高爐的平均煤氣利用率為 48.72%。2016 年 1~6 月平均煤氣利用率及燃料比，分別為 48.21%、517.1 kg/t。寶鋼幾座高爐的煤氣利用率高于 50%，其燃料比也低于 500kg/t。
2 對(duì)目前我國大型高爐生產(chǎn)狀況簡(jiǎn)要分析
2.1 大型高爐的發(fā)展必須基于一定的條件和基礎(chǔ)，大型高爐需要比中小高爐更加優(yōu)質(zhì)的原燃料、高效的管理和綜合操作技術(shù)。當(dāng)前大型高爐對(duì)優(yōu)質(zhì)原燃料的需求越來越多，而可供使用的優(yōu)質(zhì)資源越來越少，對(duì)大型高爐的穩(wěn)定順行帶來巨大的挑戰(zhàn)。[6] [7]
2.2 大型高爐對(duì)外圍生產(chǎn)條件的變化非常敏感，大型高爐一旦出現(xiàn)問題，對(duì)公司整個(gè)生產(chǎn)組織、經(jīng)營績(jī)效將產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此要求對(duì)大型高爐的操作管理要更加精細(xì)，舉全公司之力提高外圍保障能力，確保大型高爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2.3 作為電爐煉鋼主要原料的廢鋼積蓄量較少，廢鋼積蓄量和使用率有待提高，我國鋼鐵冶煉的主流程為鐵前（燒結(jié)/球團(tuán)）-煉鐵（高爐）-煉鋼（轉(zhuǎn)爐）工序。鋼鐵工業(yè)的能耗總量占全國能耗消費(fèi)總量的 15%，占全國工業(yè)能源消費(fèi)總量的 23%左右，而全國煉鐵系統(tǒng)能耗占整個(gè)鋼鐵行業(yè)總能耗的 70%左右。因此，大型高爐仍要把節(jié)能降耗當(dāng)作首要任務(wù)來抓。
2.4 風(fēng)溫帶入的熱量占高爐冶煉熱收入的將近 20%。在現(xiàn)有高爐的冶煉條件下，風(fēng)溫提高100 °C 可降低燃料比約 8kg/t。這幾年，我國高爐風(fēng)溫已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是不同層次的起因發(fā)展并不平衡。2015年，我國大型高爐的平均風(fēng)溫為 1211℃，個(gè)別高爐的風(fēng)溫仍然低于 1200℃。因此，要繼續(xù)推廣高風(fēng)溫技術(shù)。高風(fēng)溫是節(jié)能減排的重要措施，是提高煤粉燃燒率的重要影響因素，對(duì)高爐的穩(wěn)定順行及爐缸的活躍性也有重要的意義。
3 對(duì)高爐煉鐵的方向初步探討
第一、鋼鐵工業(yè)由大轉(zhuǎn)強(qiáng)，增加產(chǎn)業(yè)集中度，因地制宜發(fā)展大高爐應(yīng)是方向大型高爐是煉鐵先進(jìn)技術(shù)的集中體現(xiàn)，我國大于 4000m3 的大型高爐數(shù)量為 22 座，生產(chǎn)的鐵水產(chǎn)量?jī)H占我國鐵水總產(chǎn)量的 5.5%。隨著供給側(cè)改革、去產(chǎn)能的深入進(jìn)行，以及環(huán)保壓力的越來越大，增加產(chǎn)業(yè)集中度，因地制宜發(fā)展大型高爐是促進(jìn)我國鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。雖然目前我國鐵礦石等原燃料資源對(duì)外依存度較高，但隨著鋼鐵企業(yè)國際化程度的提高，資源保障不斷提升，因此高爐大型化仍有發(fā)展空間。
第二、抓住歷史機(jī)遇，推動(dòng)中國鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)“由大變強(qiáng)”的轉(zhuǎn)變2015 年~2016 年，我國鋼鐵產(chǎn)能出現(xiàn)下降趨勢(shì)。2016 年 2 月，國務(wù)院又印發(fā)了《關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》，提出未來 5 年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和二氧化碳將力爭(zhēng)分別下降 15%和 18%，再壓減粗鋼產(chǎn)能 1~1.5 億噸。全國性的壓減鋼鐵產(chǎn)能必然對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重要影響，這是壓力也是機(jī)遇，鋼鐵企業(yè)要充分利用這一歷史機(jī)遇，大力開展高爐的優(yōu)化升級(jí)改造，推動(dòng)我國鋼鐵工業(yè)“由大到強(qiáng)”的轉(zhuǎn)變[8] [9]。鋼鐵企業(yè)要實(shí)現(xiàn)“由大向強(qiáng)”的轉(zhuǎn)變，必須在技術(shù)力量、人才儲(chǔ)備等方面真正和世界一流企業(yè)看齊，全面實(shí)施以技術(shù)創(chuàng)新為核心的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略，加快工業(yè)化和信息化深度融合，把數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化作為提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)基點(diǎn)，重塑鋼鐵業(yè)的技術(shù)體系、生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價(jià)值鏈，利用信息化技術(shù)手段，向智能制造邁進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)低成本與差異化以及資源高效綜合利用。
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來源：中國煉鐵網(wǎng)
