我國4000立方米及以上級大高爐生產指標淺析

周東東 陳金鋒 李偉偉 姜 曦

一、序言

煉鐵在全行業供給側結構性改革過程中起著關鍵作用，肩負著在資源、能源和減少污染排放方面的艱巨責任，淘汰落后產能、限制產能、節能減排成為煉鐵行業一項艱巨的任務。近年來，煉鐵行業在供給側結構性改革中取得了巨大進展，尤其在高爐大型化方面成效顯著。4000m3以上高爐成為煉鐵行業產業結構調整過程中的討論焦點，其順行及指標情況受到全行業的關注。寶鋼湛江1號高爐和2號高爐分別于2015年9月25日和2016年7月15日投產，爐容均為5050m3（2017年山東鋼鐵日照分公司新建兩座高爐爐容為5100m3），上述兩座高爐的投產，綜合應用了我國大高爐建設及生產管理的最新成果，對于大高爐生產具有重要的意義。

截止目前，寶鋼共有大高爐7座，首鋼3座，鞍鋼、馬鋼、太鋼及包鋼各2座，武鋼、沙鋼、安鋼、本鋼各1座。本文將我國22座4000m3以上高爐2016年生產指標進行簡要分析，希望能對各企業在生產經營方面有借鑒意義。見表1。

二、2016年4000m3以上高爐生產實績

（一）生產指標

1.高爐利用系數

我國4000m3以上高爐平均爐容4587.55m3，平均利用系數2.06t/m3.d，比2015年高0.01t/m3.d[2-3]。2016年我國大高爐全年產鐵5460.09萬噸，占我國生鐵產量的7.79%。見圖1。

2.入爐焦比與燃料比

2016年，4000m3以上高爐平均入爐焦比348.91kg/t、煤比155.98kg/t、噸鐵能耗384.95kgce/t。從燃料消耗看，寶鋼的4座高爐最低，見圖2。焦比較2015年增加了3.51kg/t，煤比降低了0.2kg/t，噸鐵能耗增加3.96kgce/t。但是個別高爐焦比高于420kg/t，能耗大于540kgce/t。煤比最高的為首鋼京唐的兩座高爐，分別為187.01kg/t和195.06kg/t。寶鋼高爐的煤比整體較高，其六座高爐的煤比大部分保持在167kg/t至180kg/t之間。

圖1 爐容和利用系數

表1 我國4000m3以上高爐的有效容積及投產日期

圖2 2016年4000m3以上高爐焦比、燃料比和能耗

3.送風制度

2016年各高爐的送風參數見圖3a、b。寶鋼湛江1號高爐的噸鐵耗風量最低，遷鋼3號高爐噸鐵耗風量最高，為1233.81m3。2016年各高爐平均富氧率3.32%，比2015年降低0.28%。圖3顯示高爐風壓及壓差的關系，從圖中可知，壓差差別較大，首鋼京唐的兩座高爐壓差最高，超過200kpa。2016年各高爐的平均風壓405.10kpa，與2015年大致持平；平均壓差為173.35kpa，比2015年高2.2kpa。

（二）原燃料指標

1.焦炭及煤粉質量

2016年，我國4000m3以上高爐噴吹煤的灰分平均為9.56%，揮發分為17.88%。其中煤粉灰分比2015升高0.04%，揮發分降低0.03%。各高爐焦炭的平均灰分為12.02%，硫含量為0.70%。見圖4、圖5。2016年各高爐的焦炭平均粒徑為51.52mm，M40平均為89.61%。焦炭平均粒徑比2015年降低0.43mm，M40增加0.63%。見圖6。

2.原料配比及入爐品位

我國自產的鐵礦石品位較低[5]，大部分的高品位鐵礦石需要從國外進口，對4000m3以上高爐的穩定生產形成一定影響。2016年4000m3以上高爐的燒結礦、球團礦及塊礦的平均比例為71.87%、19.12%、9.01%。與2015年相比，燒結礦比例增加了1.25%，球團礦比例降低了0.84%，塊礦比例降低了0.41%。燒結礦平均粒度及入爐品位平均值分別為20.80mm、59.22%，見圖7、圖8。

圖3a 2016年我國4000m3以上高爐送風參數噸鐵耗風量和富氧率

圖3b 2016年我國4000m3以上高爐的送風參數風壓和壓差

圖4 2016年4000m3以上高爐煤粉質量

圖5 2016年4000m3以上高爐的焦炭質量

圖6 2016年4000m3以上高爐的焦炭強度和平均粒徑

（三）操作參數

1.鐵水成分及鐵水溫度

2016年4000m3以上高爐鐵水含硅和鐵水溫度情況見圖9，鐵水含硅量及鐵水溫度平均值分別為0.43%和1502.68℃，與2015年持平。高爐生鐵一級品率是指生鐵含硅量大于0.25%，含硫量小于0.030%的生鐵占所有生鐵的比例2016年4000m3以上高爐鐵水含硫量和一級品率，生鐵含硫及一級品率的平均值分別為0.029%和73.76%。見圖10。

2.渣比及二元堿度

2016年4000m3以上高爐的平均渣比及二元堿度見圖11，分別為299.40kg/t、1.18。渣比較2015年降低了2.26kg/t，雖然有所降低，但與國外的高爐相比，我國的渣比偏大，建議有條件的企業將噸鐵渣比控制在280kg/t以內。

3.爐頂煤氣利用率

煤氣利用率與高爐的噸鐵燃料比有著直接的關系。2016年我國4000m3以上高爐的平均煤氣利用率及燃料比見圖12，分別為48.40%、512.44kg/t。只有寶鋼等少數幾座高爐的煤氣利用率高于50%，噸鐵燃料比控制在了500kg/t以內，個別高爐的煤氣利用率甚至低于45%。各企業應在確保大高爐原燃料質量及外圍生產條件的同時，不斷完善操作制度，穩定爐況，提高煤氣利用率，優化指標。

圖7 2016年4000m3以上高爐原料配比

圖8 2016年4000m3以上高爐入爐品位

圖9 2016年4000m3以上高爐鐵水含硅量和鐵水溫度

圖10 2016年4000m3以上高爐鐵水含硫量和一級品率

圖11 2016年4000m3以上高爐渣渣比和二元堿度

圖12 2016年4000m3以上高爐燃料比和煤氣利用率

4. 休風率和冶煉強度

減少休風率是保障高爐冶煉穩定順行及優質高效的基礎。圖13為2016年我國4000m3以上高爐的休風率和冶煉強度。2016年我國4000m3以上高爐平均休風率為2.57%，馬鋼A、B高爐、遷鋼3號高爐、太鋼5號高爐及本鋼新1號高爐的休風率均低于1，但個別高爐達到了5%以上。4000m3以上高爐都是各企業的核心關鍵工序，一旦出問題，對公司整個的生產經營將造成嚴重影響，建議各企業進一步提高4000m3以上高爐的保障能力，提高裝備水平，穩定高爐生產。2016年全國4000m3的冶煉強度為0.73%，冶煉強度較高的有梅鋼5號高爐、太鋼5號高爐、太鋼6號高爐。

三、相關建議

（一）關于高爐穩定順行及指標優化

在原燃料質量大幅度波動、保障能力下降的情況下，要實現高爐長周期穩定順行、低成本和環保，成為當前高爐生產面臨的最大挑戰。即使在這種情況下，高爐仍然必須根據自己原料的性質搞好精料，通過優化配料，控制有害元素，提高入爐品位，確保焦炭質量。同時也要借鑒同行業經驗，系統分析大高爐生產關鍵控制點，在爐況穩定的基礎上，優化各項經濟技術指標、降低生產成本。

圖13 2016年我國4000m3以上高爐休風率和冶煉強度

（二）關于高爐長壽

高爐長壽技術的主要限制環節是爐腹、爐腰和爐身下部冷卻壁的破損，以及爐缸炭磚的侵蝕。通過優化操作制度，形成合理的操作爐型，促進高爐冷卻壁熱面形成穩固的保護層，是延長高爐壽命的關鍵。近幾年，個別4000m3以上高爐出現了爐身銅冷卻壁破損，對高爐穩定高效生產造成影響。根據生產實踐分析和研究得出，造成銅冷卻壁破損的主要原因：一是設計、施工存在問題；二是渣皮不穩定，造成冷卻壁因熱振而損壞或被爐料磨損。高爐長壽是衡量單體高爐經濟效益的重要指標，各高爐要系統研究長壽問題，維持適宜的冶煉強度，穩定邊緣氣流，摸索制定適宜的操作制度，形成厚度適宜且穩定的渣皮，延長爐身冷卻壁的壽命。爐身冷卻壁鑲磚一旦脫落，要及時采取噴涂的措施進行修復，爐身冷卻壁出現破損情況要及時采取措施處理。

（三）關于高爐大、中修

高爐大、中修是一次提高高爐整體技術和裝備水平的好機會。要提前規劃，認真總結上一代爐役中系統存在的問題，借鑒其他企業好的經驗，從設計入手，結合本廠的實際情況，充分論證。大修要建立一套規范的流程，對設備、材料的選用、施工、后期維護要有嚴格的要求。高爐設計和施工不能一味圖快，高爐設計也不僅僅是設計單位的事，業主單位必須深入參與，只有業主單位才最了解現場問題和需求。

（四）關于高爐的智能化、無人化生產技術

近年來,計算機模擬、人工智能等技術發展非常迅速，國外鋼鐵企業開始更多地運用智能化、無人化生產技術。國內外冶金工作者在信息化、智能化方面做了大量的工作,例如高爐冶煉專家系統、激光料面測量和可視化高爐技術、生產數據遠程監控及診斷系統等先進技術的使用，提高了廣大煉鐵工作者對高爐過程的認識，提高了高爐操作水平。今后，以智能制造為主導的工業4.0計劃的實施，即通過物聯網、移動互聯網、云計算平臺，構建深度學習的神經網絡高爐專家系統，以及各種技術的集成應用，對優化高爐工藝乃至于全周期全流程的煉鐵工序技術進步大有裨益。

（五）關于高爐環保

目前，各企業環保壓力大，最大的問題是缺少成熟可靠的環保技術。但這些問題光靠廠礦是不夠的，相關的科研機構、供應廠商也要大力開展環保新技術的研究，重點是廢水和氮氧化物的處理技術研究，見表2。

表2 我國4000m3高爐2016年各指標平均值

致謝:本文數據為中國煉鐵生產運行，高爐生產運行技術指標數據對標工作組成員為：寶鋼居勤章；寶鋼梅山韓宏松；鞍鋼李仲、李偉偉；武鋼李盺；首鋼遷安趙俊花；首鋼京唐晏建永；太鋼張華；安陽鋼鐵李愛峰；沙鋼程寶泉；本鋼趙偉；包鋼賈西明、劉璐；馬鋼凌明生、張明，謹致謝忱

[1]Zhou D D, Cheng S S, Wang Y Sand Jiang. X.Production and development of large blast furnaces from 2011 to 2014 in China[J]. ISIJ Int., 2015∶ 2519–2524.

[2]Zhou D D, Cheng S S, Wang Y Sand Jiang. X.The production and development of large blast furnaces in China during 2015[J]. Ironmaking & Steelmaking,2016∶ 1-8.

[3]姜曦，王穎生，周東東. 近年來我國大高爐生產指標淺析[J]. 煉鐵，2016，35（3）：1-5.

[4]Naito M, Takeda K, Matsui Y. Ironmaking Technology for the Last 100 Years∶ Deployment to Advanced Technologies from Introduction of Technological Knowhow, and Evolution to Next-generation Process[J]. ISIJ International, 2015,55(1)∶7-35.

[5]王筱留. 鋼鐵冶金學（煉鐵部分）（第三版）[D]. 北京：冶金工業出版，2013，12.