鋼鐵企業煉鐵工藝優化問題研究

張俊杰

中天鋼鐵集團有限公司，江蘇常州 213011

0 引言

伴隨著近代全球化市場競爭越來越激烈，我國的鋼鐵企業要面臨的挑戰越來越嚴峻。2008 年美國爆發的經濟危機對全球經濟產生了巨大的影響，從而導致我國鋼鐵企業的生產與發展陷入艱難的境地。鋼鐵企業現階段面臨的主要挑戰包括：煉鐵原材料的價格持續增長，但是鋼鐵產品的價格卻降低，這樣企業的利潤空間不但減小，并且現在的顧客需求大多是小批量的，訂貨要求的交貨期限越來越短。如此的現狀，鋼鐵企業必須適應發展的要求，迫切需要進行技術革新，對煉鐵的工藝進行優化，加強鋼鐵企業的生產管理，對企業的管理理念進行創新，必須在面向庫存生產和訂單生產的混合情況下，逐步提高鋼鐵企業的核心競爭力。而鋼鐵企業的生產工藝復雜，工序多，生產設備也比較昂貴。雖然我國許多大型鋼鐵企業的煉鐵技術有了突飛猛進的發展，對煉鐵的工藝參數也進行了優化。但是，現在仍有一些鋼鐵企業煉鐵工藝落后，影響了企業煉鋼的正常發展，導致企業煉鐵的生產效率低，使得企業的煉鐵工藝離市場的高檔次、高附加值產品的要求越來越遠。因此，尋求速度快質量高的煉鐵工藝技術是鋼鐵企業在激烈的競爭中制勝的關鍵。

優化鋼鐵企業的煉鐵流程，使煉鐵的生產流程更加順暢、合理，能夠快速響應鋼鐵市場的需求和需求變化，增強鋼鐵企業的市場競爭力；優化鋼鐵企業的煉鐵工藝，能夠保證鋼鐵企業內部協調生產系統，保證鋼鐵企業充分利用主要生產設備，不斷提高各生產工序產品的質量，縮短煉鐵生產工序間的時間，減少生產過程中的余材量，提高產品的生產效率，增強顧客的滿意度。總之，優化鋼鐵企業的煉鐵工藝具有重要的意義。本文就現在鋼鐵企業較為普遍的煉鐵工藝問題進行優化，進而優化產品結構、增強鋼鐵企業活力，提高企業國際競爭力，順應市場需求的問題進行探討。

1 鋼鐵企業煉鐵工藝優化現狀

1.1 鋼鐵企業煉鐵工藝的發展

1.1.1 高爐煉鐵工藝優化

目前，我國鋼鐵企業主要使用高爐煉鐵，根據相關資料報道，2006 年世界產生鐵量為10.6 億t，其中高爐煉鐵占總量的95%以上。高爐煉鐵流程是現代鋼鐵企業生產流程的龍頭，中國2006 年產鐵4.2 億t，2007 年產鐵4.69 億t。

高爐煉鐵雖然有熱效率高、技術完善，煉鐵工藝設備大型化、長壽化的優點，但是高爐煉鐵工藝也有其缺點，最主要的缺點就是污染環境，特別是燒結的SO2粉塵的排放、焦爐的水污染物以及粉塵排放，高爐的CO2排放很高（如圖1），因此，鋼鐵企業在煉鐵工藝優化過程中應該高度重視高爐煉鐵流程的優化，達到降低煉鐵能耗、節省煉鐵原料、改善煉鐵環境的目的。

1.1.2 技術經濟指標不斷優化

我國煉鐵工藝技術進步主要體現在各項技術經濟指標的不斷優化。煉鐵技術進步主要體現在： 完善濺渣護爐的工藝，提高轉爐爐齡；推廣強化供氧的技術,提高轉爐作業率；推廣長壽復吹的工藝,進一步降低鋼鐵料消耗并提高以終點控制為核心的轉爐自動化控制水平。鋼鐵企業的經濟效益伴隨著煉鐵工藝的技術經濟指標的優化而增長。根據2007 年93 家的大中型企業統計，企業年利潤達1 479.8 億元,比上年同期增長49.78%。

1.1.3 建立現代化煉鐵生產流程

重點鋼鐵企業煉鐵、球團、燒結、焦化工序的能耗在2010 年均有所下降，表1 進行了詳細的介紹。

表1 重點鋼鐵企業煉鐵系統工序能耗，kgce/t

2010 年，我國重點鋼鐵企業重視煉鐵工藝優化，重點加強節能優化，采取綜合優化措施，以達到國家規定的節能減排目的，為“十二五”節能目標的實現做出卓越貢獻。據調查，我國鋼鐵企業煉鐵工藝最高能耗值遠遠高于最低能耗值，充分說明我國鋼鐵企業存在充足的節能空間。另外，我國鋼鐵企業還要加快先進設備的引進力度。

1.1.4 生鐵產量逐年提高

2010 年，我國生鐵產量59021.8 萬t，比2009 年增長7.42%；其增幅比鋼產量低1.84%，相對于上一年，我國的鐵剛比下降了0.0139%，這種狀況促進了我國噸鋼綜合能耗的降低，為我國鋼鐵企業的節能減排作出了貢獻。

我國重點鋼鐵企業2010 年產生鐵50834.8 萬t，比2009年增長9.8%；我國其他鋼鐵企業2010 年產鐵8187.4 萬t，比2009 年降低5.17%。這顯示我國煉鐵企業正在走上集中化、專業化的道路。相比于2009 年，我國在2010 年產鐵量增幅較大的省份有：重慶產鐵量增長28.5%，新疆產鐵量增長23.5%，湖南產鐵量增長22.7%，湖北產鐵量增長19.2%，江西產鐵量增長15.7%，廣西產鐵量增長14.7%，天津、江蘇、浙江產鐵量均增長12%以上。

河北在2010 年產生鐵13705.4 萬t，比2009 年減少1.48%，但河北省仍然是我國產鐵量最大的省，占全國產鐵總量的23.22%；位居第二位的是山東，其生鐵產量相比于上年下降0.07%，產量為5515.6 萬t，占全國產鐵總量的9.35%；位居第三的是遼寧省，遼寧省2010 年產生鐵5470.6 萬t，比2009 年增長0.07%，占全國產鐵總量的9.27%；其次就是江蘇省產生鐵比較多，在2010 年產生鐵5221.3 萬t，比2009 年增長0.42%，占全國產鐵總量的8.83%。

全國有13 個鋼鐵企業在2010 年的產鐵量超過1000 萬t。表2 詳細介紹了這些鋼鐵企業以及其產鐵量。

表2 我國13 個產鐵量超過1000 萬t 的鋼鐵企業

1.1.5 節能環保技術的發展

近年來，國內鋼鐵企業高度重視節能減排工作的開展，研究開發各種節能環保的煉鐵工藝。目前我國煉鐵工藝能耗逐年降低，但是與國際水平相比，仍有較大的差距，說明我國煉鐵工藝節能空間很大。目前煉鐵渣和煙塵的回收與循環利用受到充分的重視，鋼鐵企業自己研發的滾筒法連續處理和轉爐渣悶渣處理等新工藝，在實際生產中取得較好的應用效果。加強鋼鐵企業的鐵渣和煙塵回收利用技術的研究與推廣工作，實現鋼鐵企業固體廢棄物“零”排放，提高了資源的利用率。煉鐵工藝中的燒結煙氣優化排放（EOS）技術促進節能環保技術的發展，如表2，表3，有助于減少煉鐵過程中SOx/NOx 以及燒結廢氣的排放，其中的熱廢氣抽回重用工序可使固體燃料消耗減少20%，并在對現有生產過程影響較小的情況下，改造現有煉鐵設備，保證了燒結礦產品的質量。

成分 常規燒結EOS 工藝 減排量（質量分數）/%流量/（m3·h-1） 1100000 580000 47 SO2/（mg·m-3） 527 715 28

表3 燒結煙氣排放優化技術對比現有燒結機排放量對比

表4 燒結煙氣排放優化技術降低排放量的比例

1.1.6 裝備大型化與設備國產化

目前，煉鐵生產設備的大型化和設備國產化率逐漸提高。我國鋼鐵企業2003 年以后大力建設100t 以上的大、中型冶煉設備，到現在大型設備已經相當多。隨著鐵的潔凈度與品種質量的提高，二次精煉要求精煉設備國產化。國內鋼鐵企業已經掌握了大型二次精煉設備的設計、制造、安裝、調試能力，在煉鐵精煉設備的工藝布局、工序銜接以及不同產品的精煉工藝等方面已有了豐富的經驗,而且還加強了技術創新。

1.2 鋼鐵企業煉鐵工藝存在問題

總結我國鋼鐵企業在煉鐵生產過程中，在有煉鐵技術進步的同時，還必須注意煉鐵工藝目前存在的技術問題，總結如下：

1）鋼鐵企業煉鐵工藝的能耗跟國際煉鐵水平相比差距還是比較大的；

2）鋼鐵企業的煉鐵工藝中的廢棄物回收利用和環境治理跟國際煉鐵水平相比差距還是比較大；

3）鋼鐵企業的煉鐵工藝管理還是不夠精細，對輔料、耐材和鐵合金的分類管理不夠規范，為實現煉鐵工藝的精料管理，需進一步減少渣料，減輕煉爐的回量，降低生產工藝的成本；

4）鋼鐵企業的煉鐵工藝中碳成分控制度偏低，產品的質量穩定性相比國際水平較低；

5）煉鐵工藝設計方法與設計理論不夠創新，鋼鐵廠的平面布置不夠合理，對于生產設備的差異化選型不夠精準，應該深入研究煉鐵工藝的模式，達到經濟合理的要求。

2 鋼鐵企業煉鐵工藝優化措施

1）鋼鐵企業要加強研究煉鐵生產過程中的技術經濟問題，特別注重經濟效益的研究，應用全面系統的優化方法分析鋼鐵企業的煉鐵工藝，杜絕主觀片面的優化判斷，加強優化過程中的調查研究，掌握鋼鐵市場的最新信息，并做出準確科學的優化判斷。

目前，煉鐵原料價格不斷增長，一些鋼鐵企業為了降低煉鐵成本，在煉鐵過程中使用低價品位礦，致使煉鐵焦比和燃料比降低，一方面導致鐵產量下降、排放的污染物增多，另一方面，鐵產量的減少間接影響我國煉鋼和軋鋼的生產。根據資料統計，我國在2009 年進口的鐵礦中，品位低于52%的鐵礦高達6000多萬噸，這樣的進口情況導致我國進口鐵礦石量大大增加，造成進口鐵礦石的漲價，消極的影響了我國經濟的發展，最終導致鋼鐵企業綜合效益的下滑。為了緩解這種情況，鋼鐵企業要用科學、經濟的技術方法進行優化，確保鋼鐵企業進口合理經濟的品位礦。同時鋼鐵企業的領導層要認識到，高爐煉鐵的基礎是精料，其生產指標受精料技術水平的影響率在70%，企業購買低價低品位的礦要有個限度。

2）鋼鐵企業要堅持精料方針政策，不斷提高高爐煉鐵原料的質量。根據煉鐵工藝中用料雜的特點，關于燒結用礦粉問題上，對于供用量較大的礦點以單燒品位堆料原則供用，對于供用量較小并且礦粉品位相對低的礦點，要專門設立精礦雜配，進行礦粉的二次混配，這樣大大提高了燒結礦的堿度以及品位穩定性；在煉鐵工序中焦炭供用上，根據焦炭上料系統特點以及焦炭供應量及質量的情況，推行“堆新用舊、供戶至爐”的原則，從而保證各高爐焦炭供用的穩定性；煉鐵過程中用的酸性料，應用電子稱配料實現精確混配的目標，保證了配料粒度組成。對煉鐵焦炭入爐上，實行切分后分級入爐工藝，并對二區的燒結礦系統進行優化，實行燒結礦分級入爐，在強度上下功夫，同時要在凈料入爐上下功夫。建成球團礦、塊礦篩分系統，同時增加燒結礦的冷返礦篩工序，從而入爐粉末率大大下降。

3）提高煉鐵工藝基礎管理水平。建立、完善煉鐵過程中五大體系的管理標準，五大體系包括：標準體系、指標體系、參數體系、成本體系、信息體系。確保隨時監控煉鐵系統的原料投入、控制參數、指標變化、生產成本以及事件發生，能夠及時扼制系統波動。

4）加強焦炭煉焦工藝技術的優化。為降低煉焦的成本，緩解主焦煤短缺的現狀，我國焦化界要重視優化配煤的推廣。我國鋼鐵企業煉鐵要推廣干熄焦炭和搗固焦炭的使用，小的高爐不可片面追求煉鐵中焦炭的熱性能，而要通過科學有效的方法來降低焦炭用量，如提高噴煤比和降低燃料比的方法就相當有效。

我國鋼鐵企業特別是有焦化廠的聯合企業，若采用搗固煉焦技術，可明顯的提高煉鐵的焦炭質量，進而降低高爐焦比20～30kg/t。而對于獨立的焦化廠，若使用搗固煉焦技術，必然導致主焦煤比例大大降低，從而降低了搗固焦炭在高爐里的反應性能，升高了高爐的燃料比，致使鐵產量下降，因此，鋼鐵企業煉鐵過程中不愿使用獨立焦化廠的搗固焦炭。這就需要使用新的搗固焦炭指標體系以及檢驗指標的方法，主要以焦炭的粒度組成和性能來評價焦炭的質量。

3 結論

本文簡單闡述了鋼鐵企業現有的煉鐵工藝發展以及存在的問題，針對煉鐵工藝存在的問題提出了一些切實可行的解決措施，并比較了我國與其他發達國家之間存在的差距，探討了我國鋼鐵企業煉鐵工藝的發展前景。當前，鋼鐵企業煉鐵工藝中，熱效率已經很高，工藝技術設備也已完善，大型化、長壽化的高爐煉鐵工藝作為我國主要煉鐵設備，將繼續在煉鐵領域占統治地位。因此，鋼鐵企業煉鐵工藝優化過程中要重視高爐煉鐵工序的優化，使高爐煉鐵

面向低能化，并要節省煉鐵資源、改善煉鐵環境。其次，國家要大力提高煤炭界的洗煤技術，將焦煤灰份降到最低，此措施即能減少煤炭的運輸量，還能降低運輸費用，最重要的是使我國煉鐵工藝達到節能減排的目的。最后，要鼓勵創新研究，開展非高爐煉鐵技術，發展有中國特色的煉鐵工藝，促進我國鋼鐵企業煉鐵技術的進步，創造領先世界的新煉鐵流程。

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