萊鋼1 000 m3高爐冶煉指標的優(yōu)化與提升

王 輝，趙洪雨，李 琳，王慶會

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鐵廠，山東 萊蕪271104）

萊鋼1 000 m3高爐冶煉指標的優(yōu)化與提升

王 輝，趙洪雨，李 琳，王慶會

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鐵廠，山東 萊蕪271104）

萊鋼煉鐵廠分析1 000 m3高爐特點，推行經(jīng)濟冶煉技術。制定了滿足高爐提升產(chǎn)能的燒結礦、球團礦、生礦、焦炭等原燃料質(zhì)量標準，加強原料管理，建立日核算制度、高爐成本控制模型。通過提高風溫，增加噴煤量，確定風口布局，提高爐頂壓力等操作，高爐燃料比由2015年的544 kg/t降低到2016年的533 kg/t，高爐利用系數(shù)由3.0 t/（m3·d）提高至3.25 t/（m3·d）。

高爐；冶煉指標；原燃料；操作制度

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠（以下簡稱煉鐵廠）共有6座1 000 m3高爐。自2008年鋼鐵危機爆發(fā)以來，原燃料供應緊張、變動頻繁，給傳統(tǒng)的高爐“精料煉鐵”方針帶來了極大沖擊。經(jīng)濟料的最大特點是價格低、品位低、雜質(zhì)成分高。大比例配加盡管有效降低了高爐礦料成本，但也帶來了種種惡果，如爐料透氣性下降、渣量增加、爐況波動加劇等；為此，煉鐵廠分析1 000 m3高爐特點，研究高爐在“經(jīng)濟產(chǎn)能”下指標的優(yōu)化與提升，克服了近年來高爐煉鐵經(jīng)濟礦入爐引發(fā)的爐況波動、燃耗增高、指標惡化等生產(chǎn)問題。系統(tǒng)分析高爐生產(chǎn)關鍵控制點，為高爐提升產(chǎn)能創(chuàng)造條件；以風為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數(shù)，在爐況穩(wěn)定的基礎上優(yōu)化各項經(jīng)濟技術指標。爐況保持了長時間的穩(wěn)定順行，實現(xiàn)了高爐的高產(chǎn)低耗。

2 1 000 m3高爐提升產(chǎn)能的條件

2.1 制定滿足高爐提升產(chǎn)能的原燃料質(zhì)量標準

2.1.1 燒結礦

1）煉鐵廠老區(qū)燒結礦產(chǎn)能與高爐需求量存在不匹配的現(xiàn)狀，燒結礦缺口較大，需要用外廠燒結礦進行補充。由于無法實現(xiàn)均勻配加，造成了爐渣堿度的波動，多次倒運又造成了燒結礦的粉末增加，入爐粉末增加后惡化了高爐的透氣性，影響了高爐的生產(chǎn)穩(wěn)定。為降低生產(chǎn)成本，燒結工序配加了高鋁的塞拉利昂粗粉，由于塞礦粒度較大，10 mm以上的組分在50%左右，直接影響了燒結礦成品質(zhì)量。

2）對自產(chǎn)燒結礦的質(zhì)量要求。燒結礦品位TFe（54±0.5）%，AL2O3≤2.5%，堿度波動≤0.05，F(xiàn)eO波動≤0.5%，轉鼓指數(shù)≥76%，粒度控制在5～50 mm。其中粒度+50 mm≤5%，粒度-5 mm≤5%，粒度5～10 mm≤25%。

2.1.2 球團礦

1）煉鐵廠使用的球團礦品種較多。老區(qū)配加外購萊礦球、魯南球、礦建球，二區(qū)高爐全部配加自產(chǎn)一車間球團礦。外購球則存在階段性粉末多的情況，難以篩分，造成入爐粉末較多，影響料柱的透氣性。

2）球團礦質(zhì)量要求。球團礦TFe≥63%，轉鼓指數(shù)≥94%，自產(chǎn)球-5 mm≤2%，外購球-5 mm≤5%。

2.1.3 生礦

1）煉鐵廠的生礦均儲存在露天料場，當天氣變化時對生礦質(zhì)量影響較大。生礦水分變大時，附著的粉末基本無法被篩下，全部進入了高爐。雨天時，高爐經(jīng)常被迫減少生礦配加量以避免爐況波動。

2）提升產(chǎn)能對生礦的質(zhì)量要求。生礦粒度控制在5～25 mm，其中-5 mm≤7%。

2.1.4 焦炭

1）煉鐵廠所使用的焦炭比較復雜，外購焦全部存放在露天料場，下雨天水分過高時，焦粉會粘附在焦炭上無法篩下，造成入爐粉末量增加，這是影響生產(chǎn)的重要因素。煉鐵廠老區(qū)高爐使用的焦炭為自產(chǎn)焦，自產(chǎn)焦質(zhì)量穩(wěn)定性不好，階段性出現(xiàn)水分波動（一煉焦干熄率90%～95%，產(chǎn)生的水熄焦摻混不均勻），此外，自產(chǎn)焦中硫含量偏高導致高爐硫負荷升高，燃耗升高。

2）自產(chǎn)焦：灰分≤13%，S≤0.95%，40≥84%，10≤7%；反應后強度≥62%，反應性≤28%，干熄水分≤3%，濕熄水分≤8%。外購焦：灰分≤13%，S≤0.65%，40≥84%，10≤7%；反應后強度≥62%，反應性≤28%，干熄水分≤3%，濕熄水分≤8%。

2.1.5 煤粉

1）煉鐵廠老區(qū)的高爐受噴煤制粉能力的影響，煤比提升后，制粉量不足，需要頻繁倒用舊系統(tǒng)。倒罐頻率高，使用舊系統(tǒng)時高爐風壓上升較多，對高爐爐況穩(wěn)定順行存在不利影響。

2）對入爐煤粉的質(zhì)量要求。灰分≤10%，揮發(fā)分≤10%，固定碳≥77.5%，S≤0.5%，水分≤1%，-0.074 mm≥60%。

2.2 加強原料管理

提高高爐原燃料穩(wěn)定性，及時與原料部、焦化廠、公司其他部門溝通，建立實時、真實的原燃料預警機制。同時，自身不斷加強精料技術研究與管理，及時優(yōu)化燒結礦混勻料、煉焦配煤結構，加強原燃料檢測，改造外圍設備等，既保證了原燃料優(yōu)質(zhì)優(yōu)量供給高爐，又實時掌控原燃料質(zhì)量變化情況，為判斷爐況發(fā)展趨勢和保證高爐長期穩(wěn)定奠定了基礎。為了適應在高產(chǎn)量下的操作，保證爐況穩(wěn)定順行，采取了以下措施。

1）加強入爐焦炭質(zhì)量管理。加強與生產(chǎn)調(diào)度中心聯(lián)系，盡量使自產(chǎn)焦與外購焦分倉供應，保證有序上料；在板報上記錄不同入爐焦炭所占百分比，為本班和下一班提供焦炭負荷參考；要求工長和上料操作人員每小時觀察記錄焦炭料車料位，及時檢查水分變化并及時適量調(diào)劑負荷，減少因其波動對爐況的影響。

2）及時掌握原燃料變化情況，防止粉料入倉；每2 h檢查入爐原燃料實物質(zhì)量。

3）加強槽下篩分，減少粉料入爐。槽下對礦石、焦炭的過篩效果，是精料工作的重要環(huán)節(jié)。-5 mm的粉末人爐數(shù)量增加，高爐的透氣性很快惡化，導致順行被破壞，產(chǎn)量降低、焦比升高，甚至爐墻結厚等惡性事故發(fā)生，所以應加強檢查、測定、定時清篩等管理工作。一般情況下，要求每個礦篩振料時間不低于100 s；對于焦炭，要求振料時間＞120 s。發(fā)現(xiàn)振料時間少于規(guī)定時間時要及時調(diào)整。

4）加強槽位管理。高爐料倉槽位受多方面因素影響，如槽位過低會加劇礦石和焦炭摔打，使小粒級和粉末大量增加，同時倉壁附著的粉末也隨之而下，必然惡化高爐透氣性，破壞高爐順行。隨之生產(chǎn)平衡被打破，影響前、后道工序正常生產(chǎn)，形成惡性循環(huán)，所以必須要主動控制。為減少礦石、焦炭小粒級和粉末入爐，規(guī)定正常燒結礦槽位≥1/2，焦炭槽位≥1/2。

3 提升指標采取的措施

3.1 管理制度優(yōu)化

建立日核算制度，建立高爐成本控制模型，分析爐料性價比。通過適當調(diào)整優(yōu)化爐料結構，降低生產(chǎn)成本。受市場價格影響，各種礦料單品位成本變化大，供應情況也不穩(wěn)定。在密切關注市場供應情況的同時，只有通過日核算、勤調(diào)整，才能及時按照精確性價比排出次序。但穩(wěn)定運行又是高爐高效生產(chǎn)的前提和基礎，因此需要分析爐料性價比，模糊控制與精確控制相結合，創(chuàng)建低成本爐料優(yōu)化模型，不斷優(yōu)化爐料結構，為推行經(jīng)濟冶煉技術做好基礎工作。主要實施步驟如下。

3.1.1 建立日核算制度

根據(jù)每月和每周的爐料性價比，每周對爐料進行1次排序，并結合高爐實際運行情況，每日一核算精確性價比、生產(chǎn)成本，并根據(jù)公司的爐料結構進行適當優(yōu)化、調(diào)整。經(jīng)計算，進口塊礦始終是單品位成本最低的爐料，應安排各高爐優(yōu)先配加，并要求達到5%～10%的比例。為避免出現(xiàn)經(jīng)濟礦料配比過高影響冶煉指標的情況，以首先滿足高爐爐況穩(wěn)定順行為原則，累積、比較日核算數(shù)據(jù)，探索最佳配比。在高爐爐況出現(xiàn)波動情況下，及時調(diào)整配比，經(jīng)過反復優(yōu)化調(diào)整，在滿足高爐爐況穩(wěn)定順行需要和降本增效之間找到了最佳交叉點，高爐爐況穩(wěn)定性提高，同時生鐵成本也顯著降低。

3.1.2 建立高爐成本控制模型

每月根據(jù)爐料預算價格，對燒結礦、球團礦及塊礦進行性價比排序，同時根據(jù)燒結礦、二區(qū)球團礦區(qū)域自平衡原則，及時優(yōu)化爐料結構，保證高爐爐料成本最低。另外，為全面降低爐料成本，還應注意：1）根據(jù)礦料庫存及供應情況，調(diào)整配比，計算出每種礦料的單品位成本及冶煉性能，然后根據(jù)經(jīng)濟性及冶煉性能進行排隊，優(yōu)先使用單品位成本最低的礦料，最大限度降低燒結礦成本。2）采取多種措施，穩(wěn)定原燃料質(zhì)量，如根據(jù)焦炭加減價的管理制度，根據(jù)國家標準改變焦炭取樣地點，將焦炭取樣地點由焦化廠改為焦化廠與煉鐵廠皮帶交接處，確保了焦炭成分的真實性和代表性。

從2014年1月開始兩區(qū)高爐大幅度增加塊礦配比，特別是進入2015年年底開始，根據(jù)爐料性價比測算，在塊礦具有較高性價比時，高爐配加塊礦比例不低于20%。截至2016年12月，爐料結構優(yōu)化與2015年相比，剔除價格因素，老區(qū)噸鐵成本降低5.06元，二區(qū)降低4.93元，降本效果顯著。

3.2 操作制度優(yōu)化

3.2.1 確定合適的礦批

礦石批重對爐料在爐喉分布影響很大。礦批太小布料不均，小到一定程度將使邊緣和中心無礦石。礦批增大軟熔帶氣窗增大，料柱界面效應減少，有利于改善料柱透氣性。客觀上來講，每座高爐都有臨界礦批。當?shù)V批大于臨界值時，高爐順行難以得到保障；當批重小于臨界值時，高爐指標難以得到優(yōu)化。5#、6#高爐在試驗時通過對礦批28～36 t進行反復嘗試總結，最終確定35 t/批適合高爐目前狀況。這一批重，可以兼顧中心、疏松氣流，改善煤氣利用；隨著焦批的增大，焦窗增大，軟熔帶透氣性增加，有利于改善料柱透氣性。

3.2.2 提高風溫、富氧，增加噴煤量

提高風溫水平能顯著提高理論燃燒溫度，提高渣鐵物理熱，改善渣鐵流動性。由于煉鐵廠經(jīng)濟料中Al2O3普遍較高，如果渣鐵物理熱不充足，爐缸熱貯備相應減少，高爐爐腰、爐腹、爐缸等高熱流強度區(qū)域的熱量儲備處于較低水平。一旦高爐風量偏少，操作稍有不慎，極易造成爐身粘結，導致爐況失常。為了創(chuàng)造高爐接受高風溫的條件，高爐采取以下措施：1）提高礦石和焦炭強度，特別是熱強度，盡量篩除原料中-5 mm的粉末，改善料柱透氣性；2）提高爐頂壓力，利用高壓操作對還原和降低爐內(nèi)煤氣壓差的有利因素來消除高風溫對高爐還原和順行的不利影響，高爐頂壓保證不低于195 kPa；3）增加噴吹量，利用噴煤降低風口前理論燃燒溫度的特性來抵消高風溫對風口燃燒溫度的影響，以獲得合理的理論燃燒溫度。2016年高爐富氧率基本穩(wěn)定在4%左右，高富氧大噴吹必然會對高爐的順行狀況產(chǎn)生一些影響，主要表現(xiàn)在富氧增加后風量下降、壓差升高、邊緣煤氣流發(fā)展，同時噴吹量的增加使焦炭負荷加重，料柱骨架作用減弱，透氣性變差，影響爐況順行。針對以上變化，高爐通過調(diào)整布料矩陣和用料結構、擴大批重、精料等措施，較好地克服了以上不足。

3.2.3 確定風口布局，提高鼓風動能

根據(jù)省內(nèi)同類型高爐的對標統(tǒng)計，1 000 m3高爐的鼓風動能最高達到10 000（kg·m）/s以上。通過與這幾個廠家的對比，煉鐵廠1 000 m3高爐存在的主要問題是鼓風動能偏低，爐缸的活躍程度不夠，造成了高爐對外界的條件過分依賴；因此，煉鐵廠將風口長度逐步調(diào)整至480 mm，直徑110、115 mm風口搭配使用。風口呈對稱型分布，以保證初始煤氣流分布均勻，保持爐缸工作的均勻活躍。煉鐵廠以產(chǎn)能提升為契機，以對標參數(shù)為依據(jù)，大風量提高鼓風動能，活躍爐缸。5#、6#高爐的送風參數(shù)發(fā)生了較大變化，入爐風量顯著提高，風量由2 200 m3/min分別提高到2 500、2 400 m3/min。高爐鼓風動能分別提高了500、1 000（kg·m）/s。二區(qū)高爐的爐缸活躍程度顯著提高，迅速遏制了頻繁損壞風口的狀態(tài)。適當疏松邊緣，穩(wěn)定煤氣流，冷卻壁溫度趨于穩(wěn)定，水溫差降低，高爐抗波動能力增強。在增加入爐風量以后，隨著中心氣流的發(fā)展，在布料參數(shù)上進行了適應性的調(diào)整，通過適當疏松邊緣，達到了中心暢通、邊緣穩(wěn)定的目的。同時對布料矩陣進行調(diào)整，5#爐采取邊緣增加1圈焦炭，6#爐采取邊緣大一度，增加1圈焦炭，爐況穩(wěn)定性明顯提高。

3.2.4 提高爐頂壓力

一般來說，提高爐頂壓力能增加入爐風量，延長煤氣在爐內(nèi)停留時間，改善煤氣利用，促進間接還原，降低煤氣流速，有利于高爐的穩(wěn)定順行。5#、6#高爐經(jīng)過4個月的設備磨合，為了強化冶煉，最終將頂壓提到195 kPa。根據(jù)煉鐵長期生產(chǎn)實踐經(jīng)驗估算，在其他條件不變的情況下，僅此項增產(chǎn)生鐵150～200 t，降低焦比（3～5）kg/t，冶煉效果顯著。當料柱透氣性一定時，風量越大，煤氣流速越高，料柱對煤氣流的阻力損失越大，壓差也就越高。風量增加一方面提高了風速和鼓風動能，有利于活躍爐缸，促進高爐穩(wěn)定順行；另一方面也有利于煤氣流在爐內(nèi)的合理分布，保持合適的操作爐型，防止爐墻粘結；同時還可吹出較多的粉末，改善料柱的透氣性，反過來又可促進風量的進一步增加，從而形成了高爐操作中的良性循環(huán)。但是，過高的壓差水平會使料柱浮力增加，造成料難行，所以提高壓差水平對料柱透氣性和高爐操作水平提出了更高的要求。5#高爐在通過精料入爐和加強操作的同時，將壓差提高到現(xiàn)在的170 kPa，不僅爐況順行得到保障，而且增加了風量，提高了產(chǎn)量。

3.2.5 實施低硅冶煉

生鐵含硅量每降低0.5%可降低焦比（4～5）kg/t，增加產(chǎn)量1%～1.5%，是促進高爐生產(chǎn)實現(xiàn)高效低耗的一項重要措施。隨著原燃料條件改善和高頂壓、高風溫、富氧噴煤等技術的綜合應用，高爐中心氣流旺盛，爐缸活躍，熱量充沛，適于低硅冶煉，所以在熱制度方面進行了大膽嘗試，把［Si］降低到0.3%～0.4%。產(chǎn)量相應得到提高，實際煤氣體積減小、上升浮力降低。為加風創(chuàng)造了條件，有利于進一步提高冶煉強度。同時物理熱仍能保證1 470～l 500℃的水平，能夠滿足生產(chǎn)要求。

在低硅和強化冶煉情況下，穩(wěn)定爐溫顯得尤為重要。高爐要求每小時觀察1次風口，提前預測爐溫變化趨勢，提前進行調(diào)劑，做到早調(diào)微調(diào)，煤粉調(diào)劑上下不超2 t，避免風量大幅度波動。每天接班分析上一班組的具體操作，并寫出本班組的操作思路，以保證爐況的穩(wěn)定交接；從穩(wěn)定冶煉強度來穩(wěn)定爐溫，要求每班爭取上限料批。同時，隨著原燃料價格的不斷攀升，原燃料質(zhì)量下降，有害元素增多。在生產(chǎn)實踐中，鐵水含硅量控制較低時，一旦爐況發(fā)生波動，爐墻極易掉渣皮。渣皮中富集的有害元素進入爐缸，吸收大量熱量，渣鐵流動性變差，不利于高爐穩(wěn)定生產(chǎn)；且渣中Al2O3呈上升趨勢，盡管在配礦中相應增加了MgO的配比，但難以避免Al2O3突發(fā)增高的現(xiàn)象。為了確保渣鐵良好的流動性，以及避免爐涼等生產(chǎn)事故的發(fā)生，實現(xiàn)爐況長周期的穩(wěn)定順行，日常生產(chǎn)中適當提高了鐵水含硅量的控制上限，將其控制在0.35%～0.50%。

4 結 語

通過分析1 000 m3高爐特點，探索研究高爐在“經(jīng)濟產(chǎn)能”下指標的優(yōu)化與提升，克服了近年來高爐煉鐵經(jīng)濟礦入爐引發(fā)的爐況波動、燃耗增高、指標惡化等生產(chǎn)問題。系統(tǒng)分析高爐生產(chǎn)關鍵控制點，為推行經(jīng)濟冶煉技術做好基礎工作。為高爐提升產(chǎn)能創(chuàng)造條件，以風為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數(shù)，在爐況穩(wěn)定的基礎上優(yōu)化各項經(jīng)濟技術指標。產(chǎn)質(zhì)量得以穩(wěn)步提升，燃料比由2015年的544 kg/t降低到了2016年的533 kg/t，高爐利用系數(shù)由 3.0 t／（m3·d）提高至 3.25 t／（m3·d）。確保了高爐長期高效率、安全、低耗穩(wěn)定運行。

Optimization and Promotion of Smelting Indexes of 1 000 m3Blast Furnace in Laiwu Steel

WANG Hui，ZHAO Hongyu，LI Lin，WANG Qinghui
（The Ironmaking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

TF538

B

1004-4620（2017）10-0004-03

2017-06-13

王輝，男，1983年生，2007年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學鋼鐵冶金專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠工程師，從事高爐生產(chǎn)工藝技術工作。

blast furnace;smelting index;raw fuel;operation system