關(guān)于提高高爐利用系數(shù)的相關(guān)技術(shù)指標分析

仲海洋

2020年下半年鋼鐵需求快速增長，鋼材價格從2020年5月起保持環(huán)比增長的態(tài)勢。在這一背景下，提高高爐利用系數(shù)不僅可以擴大高爐鐵水產(chǎn)量，還能夠通過擴大生產(chǎn)規(guī)模降低煉鐵噸鐵成本，從而促進企業(yè)效益的增長。Z鋼鐵企業(yè)主體高爐的容積為2000立方米左右，2020年Z鋼鐵企業(yè)在高爐容積保持不變的情況下，通過系統(tǒng)性攻關(guān)，高爐利用系數(shù)(t/m3·d)由2020年1月的2.32提升至2020年12月的2.92。如果高爐系數(shù)能夠長期保持穩(wěn)定，則Z鋼鐵企業(yè)煉鐵生產(chǎn)能力至少提高20%。本文通過分析Z鋼鐵企業(yè)相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標變化，來探究Z鋼鐵企業(yè)高爐生產(chǎn)能力提升的基本路徑。

一、提高原燃料質(zhì)量

鋼鐵企業(yè)高爐冶煉實踐表明，改善原燃料質(zhì)量和采取各種降低燃料比的措施有助于提高高爐利用系數(shù)。因此，多數(shù)鋼鐵企業(yè)通常采取如下基本方法來提高高爐利用系數(shù)：一是通過提高入爐料品位、提高風(fēng)溫、富氧噴煤和提高高爐頂壓等措施改善高爐的冶煉條件，以實現(xiàn)高爐利用系數(shù)的提高；二是在控制好高爐適宜冶煉強度的基礎(chǔ)上，通過加強高爐操作，如優(yōu)化高爐操作制度，改善煤氣與爐料之間的接觸條件，使煤氣的熱能和化學(xué)能得到充分利用，提高煤氣利用率，從而實現(xiàn)降低焦比、提高高爐利用系數(shù)的目的。

1.提高燒結(jié)礦質(zhì)量

高爐利用系數(shù)的提高，要求燒結(jié)礦和球團礦具有高品位、高強度、冶金性能好和易還原等特點。Z鋼鐵企業(yè)一直將提高燒結(jié)礦品位作為重點工作來抓，該企業(yè)2020年1月份燒結(jié)礦品位僅為56.42%，2020年12月份提高至57.41%，提高了近1個百分點，且12月份燒結(jié)礦品位創(chuàng)年內(nèi)新高。但該指標曾在7月份降到年內(nèi)新低，如果剔除7月份，下半年其他月份燒結(jié)礦品位總體要高于上半年，并呈提高態(tài)勢（見圖1）。

圖1 2020年各月份燒結(jié)礦品位 %

為了使高爐易于接受強化冶煉，需要改善爐料的透氣性。Z鋼鐵企業(yè)通過提高燒結(jié)礦返礦率，降低了入爐燒結(jié)礦含粉率，提高了爐料的透氣性。如Z鋼鐵企業(yè)2020年1月份燒結(jié)礦返礦率為12.82%，2020年12月份燒結(jié)礦返礦率提高至14.72%，創(chuàng)本年度新高，且較1月份高出近2個百分點，較年內(nèi)最低點（5月份）高出3.24個百分點（見圖2）。

圖2 2020年各月份燒結(jié)礦返礦率 %

2.提高焦炭質(zhì)量

隨著高爐噴煤量的增加，高爐料柱的礦焦比不斷增大，焦碳作為高爐料柱骨架， 更要突出滲透性(透氣與透液)作用，這必然要求焦炭具有更高的質(zhì)量特性，如焦炭的冷態(tài)指標要高，熱態(tài)性能要好，灰分和硫含量要低，從而對高爐生產(chǎn)實現(xiàn)較高利用系數(shù)提供必要的保障條件。高爐生產(chǎn)實踐表明，焦炭灰分每增加1%，焦比上升2%左右。Z鋼鐵企業(yè)2020年1月份冶金焦灰分高達12.98%，2020年12月份降至12.19%，較1月份下降了0.79個百分點（見圖3）。同時自7月份起，冶金焦灰分基本控制在12.3%左右，且各月波動幅度較小。

圖3 2020年各月份冶金焦灰分 %

高爐生產(chǎn)實踐表明，焦炭含硫每增加0.1%，焦比上升1.2%～2.0%。Z鋼鐵企業(yè)2020年1月份冶金焦硫分高達0.97%，2020年12月份降至0.81%，下降了0.16個百分點。同時自9月份起，冶金焦硫分基本控制在0.81%左右，且各月波動幅度較?。ㄒ妶D4）?？傮w看，Z鋼鐵企業(yè)焦炭質(zhì)量的提升，對高爐生產(chǎn)實現(xiàn)較高利用系數(shù)提供必要的保障條件。

圖4 2020年各月份冶金焦硫分 %

二、提高高爐運行質(zhì)量

入爐鐵礦品位高低直接影響高爐產(chǎn)量。入爐鐵礦品位每提高l%，鐵水產(chǎn)量一般提高2.5%～3%，焦比降低1.0%～1.5%，噸鐵渣量減少30㎏，允許多噴吹煤粉15㎏/t。Z鋼鐵企業(yè)2020年1月份入爐鐵礦品位僅為56.72%，2020年12月份提高至58.78%，提高了2.06個百分點（見圖5）。同時Z鋼鐵企業(yè)入爐鐵礦品位基本呈逐月提高的態(tài)勢，波動性明顯低于燒結(jié)礦品位，表明該企業(yè)將提高入爐鐵礦品位作為更為核心的技術(shù)經(jīng)濟指標。經(jīng)調(diào)研，該企業(yè)在入爐料里使用了部分金屬化料，從而對入爐鐵礦品位的提升起到了很好的調(diào)劑作用。

圖5 2029年各月份入爐鐵礦品位 %

提高富氧率是強化冶煉的有效措施，高富氧率有利于提高理論燃燒溫度和促進煤粉充分燃燒，彌補風(fēng)口前煤粉吸收和煙煤高揮發(fā)分揮發(fā)所消耗的熱量，從而保證爐缸熱量充沛，使爐缸工作均勻活躍，因此對降低燃料比有明顯效果。富氧率提高1%，高爐爐缸理論燃燒溫度升高40℃～50℃，允許多噴煤20㎏/t～30㎏/t。Z鋼鐵企業(yè)2020年1月份富氧率僅為2.3%，2020年12月份提高至4.55%，提高了2.25個百分點；較年內(nèi)最低月份（3月份）提高了3.19個百分點。且該企業(yè)富氧率自4月份起基本保持逐月上升的態(tài)勢，與入爐礦品位的走勢保持一致。

圖6 2020年各月份高爐富氧率 %

提高煤比對節(jié)焦降耗來說具有積極的意義。高煤比有利于提高煤氣中CO和H2的體積分數(shù)，能促進礦石的間接還原并抑制其直接還原，同時噴煤后使理論燃燒溫度降低又為高爐接受高風(fēng)溫創(chuàng)造了條件，因此，提高煤比是降低焦比和燃料比的良好途徑。但是如果噴煤量過大，煤氣量和鼓風(fēng)動能增加過多將不利于燃料比的降低，同時由于受煤氣量增大和未燃煤粉的影響，將使高爐壓差升高，不利于高爐順行，導(dǎo)致焦比上升。Z鋼鐵企業(yè)2020年各月份噴煤比基本在153kg/t上下波動，但下半年噴煤比走勢及狀況明顯好于上半年（見圖7）。

圖7 2020年各月份高爐噴煤比 kg/t

高風(fēng)溫是降低焦比和強化高爐冶煉的重要措施。高爐生產(chǎn)實踐表明，風(fēng)溫在950℃～1350℃之間時，每提高100℃可降低焦比8kg～20kg，鐵水產(chǎn)量增加2%～3%。Z鋼鐵企業(yè)高爐生產(chǎn)始終保持高風(fēng)溫操作，高爐風(fēng)溫穩(wěn)定在1170～1200℃，上下波動幅度未超過30℃（見圖8）。

圖8 2020年各月份高爐平均熱風(fēng)溫度 ℃

三、高爐運行效率與效益得到大幅提升

Z鋼鐵企業(yè)通過提高燒結(jié)礦、焦炭等原燃料質(zhì)量，提高高爐運行質(zhì)量，從而為高爐爐況的順行和冶煉強度的提高提供了必要條件。該企業(yè)燒結(jié)礦品位、燒結(jié)礦返礦率、冶金焦灰分、冶金焦硫分、入爐鐵礦品位、高爐富氧率等關(guān)鍵性指標均在12月份達到年內(nèi)最優(yōu)，高爐噴煤比、高爐平均熱風(fēng)溫度等指標保持較高水平，多種因素共同作用，使高爐利用系數(shù)于2020年12月份達到年內(nèi)最優(yōu)（見圖9），同時該指標于4月份起，基本保持逐月提高的態(tài)勢，表明該企業(yè)高爐生產(chǎn)效率的提升是循序漸進的，亦表明該企業(yè)高爐生產(chǎn)上的各類技術(shù)措施亦是循序漸進的。

圖9 2020年各月份高爐利用系數(shù) t/m3·d

由于Z鋼鐵企業(yè)對高爐生產(chǎn)采取了綜合性技術(shù)措施，高爐休風(fēng)率由2020年1月份的2.93%降至12月份1.81%。同時入爐焦比大幅下降，該企業(yè)2020年12月份入爐焦比為317（kg/t），為本年度入爐焦比最低值。較2020年1月份下降了33（kg/t），降幅為9.37%；較年內(nèi)最高月份（2月份）下降了43（kg/t），降幅為12%。而且自3月份起，入爐焦比呈逐月下降的態(tài)勢（見圖10），這對該企業(yè)高爐節(jié)能降耗有著非常積極的意義。

圖10 2020年各月份高爐入爐焦比 kg/t

四、結(jié)論

Z鋼鐵企業(yè)采用綜合性技術(shù)措施強化了高爐冶煉強度，優(yōu)化了高爐爐況，大幅度地提高了高爐利用系數(shù)、降低了入爐焦比，實現(xiàn)了高效化生產(chǎn)。該企業(yè)成功的生產(chǎn)實踐進一步表明：高爐生產(chǎn)要以精料為基礎(chǔ)，一方面通過采用高風(fēng)溫、高頂壓 、高富氧等操作技術(shù)，一方面強化高爐操作與管理，不僅可以實現(xiàn)高爐冶煉的穩(wěn)定順行，而且能夠大幅提高高爐冶煉的關(guān)鍵性技術(shù)經(jīng)濟指標。這一經(jīng)驗值得其他鋼鐵企業(yè)借鑒。