新鋼1 050 m3高爐低品質礦冶煉的經濟煤比分析

孫武全，李衛星

（新鋼公司第二煉鐵廠，江西新余 338001）

新鋼1 050 m3高爐低品質礦冶煉的經濟煤比分析

孫武全，李衛星

（新鋼公司第二煉鐵廠，江西新余 338001）

對新鋼二煉鐵廠大量的生產數據進行統計分析，試著從煤粉燃燒率、理論燃燒溫度、冶煉強度、理論煤焦置換比以及高爐操作管理等方面得出經濟煤比。新鋼二煉鐵廠以經濟煤比下的高爐操作要求，確保了噴煤的有效性和經濟性。

高爐 噴煤比 置換比

新鋼公司第二煉鐵廠（全文簡稱二煉鐵廠）有四座1 050 m3級高爐，年產生鐵400萬t，配備型號為ZGM113G、HPS863、ZGM95G、ZGM113G的四臺磨煤機，設計煤粉出率合計110 t/h。噴煤系統采用并罐噴吹，系統充壓、流化、噴吹全部采用N2氣，實現了不間斷噴煤。氣體在線分析儀對含氧濃度、一氧化碳進行實時監控，可以滿足噴吹混合煤的安全要求。由于噴吹用煤來源復雜且質量參差不齊、煤的可磨性差、磨機故障率高、制粉能力緊張等種種原因，導致高爐噴煤比長期徘徊在130～150 kg/（t·h）。隨著鋼鐵市場持續低迷進入新常態，鋼鐵產量已不再是大家追求的目標，經濟煉鐵的概念應運而生，低成本戰略也相繼被鋼鐵企業廣泛采用。同樣，高爐噴煤也從過去的崇尚高煤比、冶金焦的可替代性轉向追求理想的煤焦置換比、噴煤的有效性和經濟性，以實現經濟煉鐵的目的。

1 經濟煤比的確定

1.1 對煤粉燃燒率的分析

在高爐生產中，噴吹煤粉可以替代部分冶金焦，對煉鐵工業的發展起到了良好的促進作用。從風口噴入高爐的煤粉絕大部分會在風口前燃燒，未燃煤粉一部分隨煤氣流上升參與滲碳、氣化反應和燃燒，一部分進入爐渣，其余的隨煤氣溢出爐外進入除塵灰中。因此，除塵灰中含碳量的高低直接反映出高爐內噴吹煤粉燃燒率的高低。2015年二煉鐵廠高爐生產重力除塵灰中含碳量統計見表1。

表12015年新鋼1 050 m3高爐重力除塵灰含碳量及噴煤生產基本情況

從表1可以看出：

1）高爐噴煤比在145 kg/t左右時，瓦斯灰含碳量（質量分數）在45%左右；噴煤比在122 kg/t時，瓦斯灰含碳量（質量分數）最低為34.5%；隨著煤比的升高，重力除塵灰中含碳量增加，未燃煤分增加，灰鐵比較為穩定，基本上保持在27 kg/t左右。

2）煤比增加（基于140 kg/t），燃料比升高；煤比降低（基于140 kg/t）燃料比變化不明顯。

3）重力除塵灰含碳量（質量分數）總體較高，基本保持在40%左右，噴煤有效性不好，煤粉燃燒率較差。

1.2 煤比對重力除塵灰含碳量的影響

為了進一步弄清煤比與重力灰中含碳量的變化關系，在對二煉鐵廠2015年高爐噴煤生產數據（見下頁圖1）進行統計分析發現：

圖1 煤比與重力除塵灰含碳量的關系

1）隨著高爐噴煤比的提高（基于140 kg/t），除塵灰含碳量顯著升高。

2）高爐噴煤比在120～140 kg/t時，重力除塵灰中含碳量較低，煤粉燃燒率相對較好。

1.3 煤比對燃料比的影響

高爐噴吹煤粉燃燒的好壞可以直接從燃料比的變化反映出來。為了更準確地體現出煤比和燃料比的關系，從2015年的生產數中據剔除礦石品位，對每個月的入爐品位與1月進行對比，并按入爐品位每升高1%，燃料比降低2%進行折算，最后通過實際燃料比與理論折算燃料比進行對比。折算后的燃料比見表2，1 050 m3高爐煤比與燃料比的關系如圖2所示。

表22015年新鋼1 050 m3高爐燃料比與折算后的燃料比對比

圖2 煤比與燃料比的關系

從表2、圖2可以看出：

1）噴煤比在140 kg/t附近升高時，燃料比增加。2015年上半年噴煤比較高，燃料比也較高。

2）煤比在140 kg/t附近下降時，燃料比下降不顯著。2015年下半年煤比下降，但燃料比變化不明顯。10月份高爐噴煤比最低，僅為117 kg/t，燃料比卻較高，達到542 kg/t（受爐況因素影響，該月休風率高達6.73%）。

3）煤比在120～140 kg/t時，燃料比相對較低，全年燃料比低位時均發生在此區間。在2015年5月，煤比為141 kg/t，燃料比取得全年最低，為531 kg/t。

1.4 煤比對置換比的影響

高爐噴煤對冶金焦的替代率是用置換比來進行評價的，但精確計算噴煤置換比較為繁瑣，不便在現場生產計算中采用。由于每個月的入爐品位不同，也不能直接進行比較，因此將每個月的入爐品位以2015年1月為基礎進行校正。經過折算后的燃料比與實際燃料比進行對比分析，可以間接反映出煤粉與焦炭的替代情況，2015年二煉鐵廠高爐噴煤煤比與實際燃料比-理論燃料比的關系見圖3。

圖3 煤比與實際燃料比-理論燃料比的關系

從圖3中不難看出：

1）噴煤比在120～140 kg/t變化時，燃料比實際值快速下降并逼近其理論值，置換比升高。

2）煤比升高（基于140 kg/t）時，燃料比實際值快速升高并大于其理論值，煤焦置換比下降趨勢明顯。

3）噴煤比在140 kg/t左右時，燃料比實際值在其理論值上下，置換比較為理想。

1.5 理論燃燒溫度計算

經過多年的生產實踐并摸索總結，新鋼1 050 m3級高爐較為理想的理論燃燒溫度應為2 150～2 250℃。在熱風溫度為1 170℃、富氧率為1.5%、鼓風濕度為1.5%的條件下，按照現場生產經驗公式（1）[1]計算得出煤比的控制范圍應為100～150 kg/t。式中：M為煤比；η為富氧率；T為風溫；W為鼓風濕度。

1.6 經濟置換比（保本置換比）

對于高爐噴煤，除了要考慮工藝技術方面的因素，在新常態下更應該考慮噴煤的經濟性。由于市場價格波動較大，而且難于準確獲取，因此以新鋼公司內部結算價格作為依據進行計算。2016年，新鋼公司內部結算價格：煙煤540元/t，北方無煙煤590元/t，南方無煙煤525元/t（原煤水分質量分數8%，原煤實際水分質量分數17%），二級外購冶金焦750元/t，自產焦760元/t。目前，高爐噴吹用煤的配煤比例為：煙煤20%，南方無煙煤40%，北方無煙煤40%，得出煤粉均價為554元/t，磨制每噸煤粉消耗原煤0.98/0.92=1.07 t，制粉成本75元/t，因此實際噴吹煤粉的價格為554×98%/92%+75=665元/t；焦炭結構為30%的自產焦+70%的外購焦，焦炭價格為760× 30%+750×70%=753元/t。最低保本置換比=665/ 753=0.88（不是依據市場價計算所得，只作參考）。高爐噴煤生產中要達到如此高的置換比是非常困難的，這表明在煤、焦價格較為接近時，噴煤的效益不佳。在新鋼公司現有資源條件下，適當限制噴煤比是合理的，對降低生鐵成本有利。

2 經濟煤比下的高爐操作要求

2.1 噴吹混合煤

在用來噴吹的煤種中，無煙煤固定碳含量高、熱值高、置換比高、安全性好。但著火點高、燃燒性差，所以噴煤量受到限制。從高爐冶煉工藝角度看，煙煤更適合噴吹，因為煙煤燃燒性和反應性能均優于無煙煤，有利于煤粉在高爐內的燃燒，有利于提高噴煤比。同時因煙煤分布更加廣泛，其價格相對便宜，可以進一步降低煤粉成本，煙煤煤質較軟，可磨性好，能減少磨煤電耗10%。由于煙煤的揮發分高，煤粉燃燒率高，噴入高爐后在風口前迅速熱解、完全燃燒，可以提高噴煤量。同時由于煙煤的揮發分高，產生的煤氣量大，風口前煤氣流速增加，容易穿透中心，爐缸邊緣與中心的溫度梯度降低，爐缸溫度均勻。而且煙煤的氫含量高，煤氣中H2含量增加，可以改善煤氣利用率，并利于增強間接還原。此外，研究發現，將不同煤種以一定比例混合后，燃燒性能較差的煤種燃燒率明顯改善，有時混合煤粉的燃燒率高于單煤燃燒率。資料顯示，噴吹混合煤已成為我國提高高爐噴煤比和煤粉置換比的重要措施之一。

同時也應該看到，目前高爐噴吹煤粉需要合理的煤比和較高的置換比，高比例噴煤表面上煤粉成本較低，但由于其熱值低、煤焦置換比可能下降，在上限煤比基本穩定的生產條件下，若煤粉熱值不足，則需要通過焦炭補充，造成高爐焦比上升，高爐燃料成本上升。因此在選用噴吹煤配比時，不能單純考慮煤粉成本，應該從燃料成本角度考慮更為合理。

2.2 適當控制冶煉強度

長期以來，我國高爐煉鐵生產以提高利用系數為中心，忽視了高冶煉強度引起的燃料比和焦比的升高。在經濟煉鐵的引導下，高爐強化冶煉需要降低焦比和提高冶煉強度并重，特別要把措施用在降低焦比上。為了不受其他因素影響，將綜合焦比進行了同口徑化校正：入爐綜合品位w(TFe)每變化1%，綜合焦比變化6 kg/t；熟料率每變化1%，綜合焦比變化1.2 kg/t；風溫每變化100℃，影響15 kg/t綜合焦比，校正后的綜合焦比與綜合冶煉強度關系如圖4所示。因此，通過適當控制冶煉強度，既能保證高爐冶煉得到適度強化，又可獲得較低的焦比和燃料比。

圖4 綜合冶煉強度與綜合焦比的關系

2.3 均勻噴吹

生產實踐表明，對于總管加分配器的噴吹流程，采用等距離支管布置后煤粉進入各風口的誤差在3%～5%，重要的是要維持各風口的進風均勻，在沒有技術控制的條件下，風口間的進風誤差有時高達150%以上，這就可能造成個別風口供氧不足而產生大量碳出來，影響噴煤量的提高。另外，在二煉鐵廠高爐生產中，經常會因“炒粉”等原因，而使用單罐噴煤，而且對于噴吹速率的控制沒有自動控制手段，造成噴吹速率波動巨大，最終導致事實上的噴吹不均勻。

2.4 精心操作

在經濟置換比條件下，二煉鐵廠需要進一步探索合理的高爐操作制度。布料操作主要涉及高爐冶煉工藝、布料軌跡、料流運動特性，進而提高煤氣利用率；考慮噴吹后對風溫補償的要求，控制風溫必須達到一定值，待各操作參數穩定后，逐步將風溫（熱量）用完，需實行定風溫調煤操作；采用加強原料的管理、提高精料水平、穩定高爐的上部裝料制度等措施優化高爐的爐料結構；堅持下部調劑是基礎、上下部調劑相結合的基本原則，強化對送風制度的調整，保證高爐的爐況穩定順行和爐缸工作均勻活躍，實現較好置換比條件下的煤比穩步提升。

2.5 確保焦炭質量

焦炭質量的好壞直接決定著置換比的高低，噴煤量進一步增加，爐料焦炭負荷大大增加，對焦炭質量的要求進一步提高；此外，由于高爐生產效率明顯提高，焦炭在高爐內的停留時間也會發生變化，高爐內CO分壓會明顯增加，焦炭的破損程度也會增大。因此，不能片面追求“低采購成本”。特別是對于焦炭質量，要有足夠的冷強度M40、M10以及反應后強度（CSR）和反應性指數（CRI）。

3 結論

通過對大量生產數據的統計分析，避免了太過復雜的理論計算，但未充分考慮煤粉和焦炭質量變化等方面的影響，僅從生產現場的角度定性分析指出了現階段二煉鐵廠經濟噴煤的方向和應該注意的問題。

1）新鋼1 050 m3高爐噴煤時瓦斯灰含碳量比較高（40%以上），噴煤有效性改善的空間較大。

2）在經濟噴煤比的冶煉條件下可采用較低的理論燃燒溫度，因此需進一步探索出二煉鐵廠適宜的理論燃燒溫度。

3）要從燃料成本的降低通盤考慮噴煤的經濟性，不能片面追求煤粉成本最低。

4）嚴格做好均勻噴吹工作，最好能實現噴吹速率的自動控制。

5）在現有條件下，宜將新鋼1 050 m3高爐噴煤比控制得低一些，140 k/t左右，高爐生產成本和噴煤經濟性較好。

[1]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M].北京：冶金工業出版社，2002：324.

（編輯：胡玉香）

Economic Coal Ratio Analysis of Xinsteel 1 050 m3Blast Furnace with Low Quality Mine

SUN Wuquan,LI Weixing
（Second Ironworks of Xinyu Iron&Steel Co.,Ltd.,Xinyu Jiangxi 338001）

The statistical analysis of large amounts of production data of the second ironworks in Xinsteel iron is conducted.From the coal combustion rate,theoretical combustion temperature,smelting intensity,theoretical coal-to-coke replacement ratio,and blast furnace operation and management and other aspects,the economic coal ratio is obtained.With blast furnace operation requirements of economic coal ratio,the second ironmaking plant ensures the effectiveness and economy of coal injection.

blast furnace,coal injection ratio,replacement ratio

TF538

A

1672-1152（2016）06-0051-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.19

2016-12-09

孫武全（1972—），男，工程師，從事煉鐵生產管理工作。