高爐低成本冶煉的工業研究

紀林華

(南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京 210035)

引 言

目前中國鋼鐵行業面臨節能減排的巨大壓力，國家對鋼鐵行業能源消耗總量控制，作為鋼鐵企業的煉鐵高爐消耗的資源占整個鋼鐵流程的90%，而能源消耗占鋼鐵成本的70%。因此不斷降低高爐燃料比不僅有利于提升鋼鐵企業的經濟效益和市場競爭力，而且符合國家“低碳煉鐵，低碳排放”的要求。

南京鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“南鋼”)5號高爐(1800 m3)采用PW串罐無料鐘爐頂，全鑲磚的薄壁內型結構，爐腰、爐腹、爐缸下部采用銅冷卻壁軟水密閉循環冷卻技術，3座頂燃式熱風爐加煤氣和空氣雙預熱，干法布袋除塵系統等。開爐后高爐有效利用系數達到2.35 t/m3·d，燃料比531.0 kg/t，焦比387.2 kg/t，煤比140.0 kg/t，實現了南鋼大型高爐開爐達產達效的較好的水平。但與國內同類型高爐相比較，經濟指標仍有較大的差距(寶鋼和京唐高爐燃料比保持在490.0 kg/t)。面對差距，鐵廠全面部署和實施煉鐵事業部降低燃料比計劃，發揮設備和技術優勢，強化原燃料管理，不斷優化高爐操作參數促進高爐長期穩定順行，配合采取最大限度提高煤粉置換比等措施，燃料比降至511.82 kg/t。

1 高爐低成本制造措施

隨著高爐煉鐵技術的發展，大型化、高利用系數、低成本的操作模式獲得企業的認同。為了降低冶煉成本，最大限度提高煤粉置換比，噴煤比不斷提高，高爐對原燃料的質量要求不斷提高。由于市場競爭，企業對高爐冶煉成本嚴格控制，同時原燃料的穩定性趨于下滑，為了保證高爐穩定順行，實現高利用系數、低燃料比生產，南鋼根據企業自身情況，以穩定爐料質量、強化原燃料管理工作、優化高爐操作工藝參數、穩定設備運行等手段，保證低成本冶煉的穩定推進。

2 高爐低成本制造方法

2.1 穩定爐料質量 ，優化爐料結構

5號高爐用料基本結構為燒結礦70-75%、廠球10-15%、生礦15%。燒結礦用料比例大，穩定燒結礦質量對高爐穩定生產至關重要。在減少燒結礦質量波動對高爐影響方面采取主要措施有：

(1)減少混勻料換堆影響。燒結生產由于受原料廠混勻場地的限制(原料廠鋪料能力10×104噸)，一般每周要進行換堆，頻繁的換堆造成入爐燒結礦成分及性能指標波動大，影響高爐穩定順行。為減少換堆對燒結礦質量的影響，一方面，換堆時燒結主控工記錄好新堆混勻料進料倉時間和噸位，根據原料廠提供的新堆化學成分，及時調整工藝參數和灰石比例，穩定堿度、減少性能指標波動；另一方面，為減少燒結礦成分波動對高爐的影響，換堆時燒結主控室及時與鐵廠調度聯系，做好預警，讓高爐值班室調整操作，做好換堆相對穩定操作。

(2)控制適宜燒結礦FeO含量。FeO含量對燒結礦質量影響主要表現在強度和還原性兩方面，普遍規律是FeO含量高，強度好但還原性相對差，高爐燃料比上升。2×220 m2燒結機采用低碳厚料層慢機速燒結法，生產高堿度、FeO適宜、強度和還原性好的燒結礦。2015年7月，2×220 m2燒結機臺車欄板由760 mm改造加高到840 mm，生產過程中控制機速1.65-1.70 m/min。厚料層使燒結垂直速度變慢，自動蓄熱增強，燒結氣氛向氧化性發展，有利于鐵酸鈣液相生成，FeO含量下降，FeO控制在8.5±0.5%，獲得強度和還原性好的燒結礦。

(3)大力發展球團礦生產，為合理爐料結構提供優質酸性爐料，球團礦品位達64.19%左右(燒結礦品位55.6%左右)。適當提高球團礦用料比例，使入爐平均品位提高到58.51%，渣量大幅度減少，降低冶煉過程熱量消耗，產量提高，燃料比下降。

2.2 穩定焦炭質量

5號高爐沒有配套自產焦，全部使用外購的焦炭，種類繁多，質量波動大。焦炭質量變化對高爐生產影響很大，特別高爐提高入爐噴煤比更為明顯。煉鐵事業部安排人員到焦炭廠家進行駐廠監管，從源頭抓焦炭的質量。外購焦的水分含量在4.0-10.0%左右，有時高達12.0%左右，水分波動引起焦炭實際量變化，造成爐溫波動，同時過高的水分使焦粉黏附在焦塊上，影響焦炭的篩分效果，惡化爐缸透氣性。首先，大幅度減少外購焦炭的品種，確定首山焦、陽光焦等為主要品種，并且保證高爐焦炭使用比例基本穩定為一級焦∶二級焦∶混合焦=60∶20∶20。其次設置1套焦炭干燥系統，用熱風爐熱廢氣干燥焦炭，通過煙氣烘干使焦炭中的含水量下降至3.0%，能夠降低燃料比3.0-5.0 kg/t。干燥的碎焦粉返回2×220 m2燒結廠燃料1#中間倉經破碎后供4#燒結機使用，改善燒結燃料性能，優化燒結過程加熱制度，穩定燒結礦質量。

2.3 優化高爐操作參數

2.3.1 取消中心加焦

5號高爐是在原小高爐的基礎上轉型建設，高爐開爐后一直采用保險且相對保守的“中心加焦”模式。中心加焦模式是將焦批30%左右的焦炭加到中心，因為中心焦有利于改善中心料柱的透氣性，保持中心氣流的穩定，有利于高爐順行和強化，同時操作上對外圍原燃料波動的選擇范圍更大一些，但中心加焦操作的高爐由于中心氣流旺，結果是煤氣利用率低，燃料消耗偏高。技術人員借鑒寶鋼采用的“平臺+漏斗”模式，2015年3月，高爐逐步嘗試由“中心加焦”操作模式向“平臺+漏斗”布料模式過渡，煤氣曲線由中心發展向平坦型發展，煤氣利用率提升2-3%，爐況日常操作的穩定性和適應性能力得以提高，同等原燃料條件下高爐燃料比下降5.0 kg/t，且有利于提高高爐使用壽命和穩定順行。

2.3.2 進一步提高頂壓

高壓操作就是通過凈煤氣管道上的調節閥組和TRT靜葉提高爐頂壓力，從而使整個高爐內煤氣處于高壓狀態。一般認為高爐爐頂壓力在0.3 MPa以上叫高壓，現代大高爐頂壓達0.2-0.3 MPa，理論上爐頂壓力每提高10 kPa，可增產2-3%，降低燃料比5.0 kg/t。提高頂壓可改善爐頂布料，壓縮爐腹煤氣量，提高煤氣利用率，有利于增產和節焦。5號高爐從2015年3月至4月，頂壓由195 kPa提高至206 kPa，煤氣利用率得以改善，燃料比下降2.13 kg/t。另外，頂壓提高后爐內煤氣流速降低，全壓差降低到153.0 kPa，為爐況的調整和提高技術指標獲得相對寬松的量關系。頂壓使用情況如表1所示。

表1 頂壓使用情況/kPa

2.3.3 設置熱風爐煤氣調度系統和高效燒爐，提高熱風爐風溫

提高風溫是降低燃料比的重要措施。據統計，風溫在950-1350 ℃時，每提高100 ℃可降低焦比8-20 kg/t，增加產量2-3%.南鋼有5座高爐共17座熱風爐，熱風爐同時燒爐時煤氣耗量大，高爐煤氣儲存罐容積有限(2×105m3)，壓力和流量波動大，熱風爐爐溫達不到燃燒期T拱=1300 ℃。煉鐵事業部決定設置熱風爐煤氣調度系統，統一協調(錯開)5座高爐熱風爐燒爐與換爐時間，穩定煤氣管網的壓力和流量。

5號高爐3座頂燃式熱風爐使用高爐煤氣作燃料，由于高爐煤氣熱值較低(330-460 kJ/m3)，經空氣和煤氣雙預熱(180 ℃)也不能滿足1200 ℃風溫的要求，為此需要采取煤氣富化的方法(加入高熱值煉鋼轉爐煤氣630-1050 kJ/m3)，熱風爐拱頂溫度達到1350 ℃，風溫由原來的1170 ℃上升到1200 ℃，提高30 ℃。高風溫有利于增加爐缸熱量，活化爐缸，為最大限度提高噴煤創造條件，煤比140.0 kg/t提高到150.0 kg/t，降低綜合燃料比。

2.3.4 拓寬布料平臺

2.4 加強爐前和設備管理措施

2.4.1 爐前管理措施

5號高爐日產鐵水4400-4800 t，爐前負荷較大，為保證高爐穩定順行，特制定詳細的標準化作業文件，使爐前操作標準化、科學化、規范化。

2.4.2 設備管理措施

設備正常運轉是高爐穩定順行的基礎，5號高爐通過推行全員設備管理和點檢員管理，提高設備保障能力，確保高爐系統設備長期穩定有效運行，加強點檢人員對高爐系統設備點檢及維護力度，堅持設備定期加檢修制度，強化日常設備維護，減少設備事故，降低設備的慢風率和休風率，基于設備故障造成高爐慢風及休風將對有關責任人進行考核。5號高爐生產主要經濟技術指標如表2所示。

表2 5號高爐生產主要經濟技術指標

3 結束語

南鋼5號高爐通過穩定爐料質量、優化爐料結構、提高焦炭利用率、優化高爐操作工藝參數、穩定設備運行等手段，取得很好的效果,高爐利用系數由2.35 t/m3·d提高到2.488 t/m3·d，燃料比由531.0 kg/t下降到511.82 kg/t，渣鐵比309.89 kg/t，生產主要技術指標大幅度優化，經濟指標實現了跨越式發展，接近了國內先進水平，實現了低成本冶煉的工業生產。