鞍鋼朝陽鋼鐵2600 m3 高爐高產(chǎn)低成本生產(chǎn)實(shí)踐

劉繼朝，鄭強(qiáng)，苗龍，李澤安

（鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱“朝陽鋼鐵”）為單高爐生產(chǎn)，高爐設(shè)計(jì)有效容積為2600 m3，設(shè)置30 個(gè)風(fēng)口，3 個(gè)鐵口，鐵口呈Y 字形排列，其中1#、2#鐵口之間夾角為78°。 采用串罐式無料鐘爐頂，設(shè)計(jì)利用系數(shù)為2.2 t/（m3·d）。二代爐齡始于2012 年11 月，投產(chǎn)后高爐生產(chǎn)以穩(wěn)為主，生鐵產(chǎn)量穩(wěn)定在設(shè)計(jì)利用系數(shù)。 隨著鋼鐵形勢(shì)越來越嚴(yán)峻，2020 年朝陽鋼鐵提出了“雙跑贏低成本戰(zhàn)略”生產(chǎn)經(jīng)營理念，高爐以高產(chǎn)、低成本為中心組織生產(chǎn)，通過優(yōu)化操作和管理，高爐產(chǎn)量和成本不斷突破，取得了良好效果，本文對(duì)此做一介紹。

1 高爐高產(chǎn)低成本生產(chǎn)實(shí)踐

1.1 穩(wěn)定原燃料質(zhì)量

1.1.1 建立原燃料內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)

雖然原燃料成本占噸鐵成本的95%左右，但高爐長周期穩(wěn)定順行才是低成本煉鐵的前提。 朝陽鋼鐵建立適合高爐穩(wěn)定順行的原燃料質(zhì)量?jī)?nèi)控標(biāo)準(zhǔn)（見表1），堅(jiān)持圍繞內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)開展原燃料成本控制工作，保證不破內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)底線。

表1 高爐原燃料質(zhì)量?jī)?nèi)控標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Internal Control Standard for Quality of Raw Materials and Fuels for BF

1.1.2 建立鐵前配礦模型

朝陽鋼鐵燒結(jié)配礦采取原料采購與燒結(jié)配礦一體化模式[1]。 煉鐵廠通過參與采購決策，充分考慮原料經(jīng)濟(jì)性及對(duì)鐵前運(yùn)行的影響，結(jié)合長期生產(chǎn)實(shí)踐，建立鐵前配礦模型，通過鐵前配礦模型確定配礦品種并計(jì)算燒結(jié)礦成分，確定是否滿足生產(chǎn)要求；最后通過成本測(cè)算，確定最優(yōu)配礦結(jié)構(gòu)，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)現(xiàn)鐵前原料成本最高性價(jià)比。 鐵前配礦模型見圖1。

1.1.3 建立鐵焦聯(lián)動(dòng)管控模式

朝陽鋼鐵鐵前系統(tǒng)實(shí)行鐵焦聯(lián)動(dòng)管控模式，煉鐵廠與焦化廠信息共享，強(qiáng)化工序界面效應(yīng)，聯(lián)合降低噸鐵成本。煉鐵廠根據(jù)焦炭質(zhì)量波動(dòng)情況，采取優(yōu)化煤氣流、降低中心焦比例、優(yōu)化爐前出鐵制度等措施；焦化廠堅(jiān)持以高爐為中心組織生產(chǎn)，運(yùn)用煤巖學(xué)、 經(jīng)典配煤理論、 結(jié)構(gòu)化學(xué)等先進(jìn)技術(shù)，通過長期開展小焦?fàn)t實(shí)驗(yàn)，獲得大量數(shù)據(jù)，針對(duì)高爐不同冶煉強(qiáng)度開發(fā)出多個(gè)配煤模型，與煉鐵廠協(xié)同建立爐況反饋機(jī)制和程序，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏。由此做到既能保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，又能使焦炭成本最優(yōu)。

1.1.4 嚴(yán)格原燃料入爐管理

穩(wěn)定的高質(zhì)量原燃料供給是高爐正常生產(chǎn)的關(guān)鍵，原燃料入爐主要包括篩分管理、槽位管理、稱量管理、成分管理等，上述任何一項(xiàng)出現(xiàn)異常情況都會(huì)造成爐況波動(dòng)甚至發(fā)生懸料等惡性事故。因此，嚴(yán)格原燃料入爐管理，為高爐高產(chǎn)低耗做好保障。

（1）強(qiáng)化焦礦槽振動(dòng)篩管理。 振動(dòng)篩工作狀態(tài)對(duì)減少粉末入爐至關(guān)重要。 朝陽鋼鐵礦槽呈兩列式分布，只有一側(cè)有振動(dòng)篩，燒結(jié)礦全部過篩，使用比例較大的球團(tuán)礦過篩。焦槽全部有振動(dòng)篩，要求振動(dòng)篩每班檢查、定期更換。

（2）嚴(yán)格槽位管理。 為了減少粉末入爐，規(guī)定槽位不得小于滿槽的30%。

地勢(shì)低矮、平坦的土地(或田地)做好排水溝建設(shè)，盡量南北向成行栽植，密度適當(dāng)降低，以改善桑園小氣候，減少桑樹病蟲害發(fā)生。

（3）嚴(yán)格槽下稱量管理。 為了保證稱量精度，要求每月對(duì)小稱斗、中間斗進(jìn)行校稱，確保稱量誤差不超過5‰。

（4）強(qiáng)化外購球團(tuán)質(zhì)量管控。 朝陽鋼鐵全部使用外購球團(tuán)，為了確保入爐球團(tuán)礦質(zhì)量合格，對(duì)外購球團(tuán)實(shí)施全過程管控，包括生產(chǎn)廠家抽檢、試用，進(jìn)廠每批化驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)表檢，皮帶工藝抽檢及槽下巡檢。

1.2 調(diào)整裝料制度和送風(fēng)制度

1.2.1 裝料制度

裝料制度就是通過改變爐料在爐喉的分布達(dá)到煤氣流分布合理，實(shí)現(xiàn)改善煤氣熱能和化學(xué)能的利用以及爐況順行狀態(tài)[2]。朝陽鋼鐵主要從三個(gè)方面調(diào)整合理裝料制度：

（1）調(diào)整合理料面形狀。 2019 年之前，朝陽鋼鐵高爐上部調(diào)劑主要根據(jù)爐喉溫度、 冷卻壁溫度、爐頂溫度判斷，而且由于安裝的十字測(cè)溫裝置被過盛中心氣流燒壞，導(dǎo)致爐頂煤氣流分布難以準(zhǔn)確判斷，致使調(diào)節(jié)手段不當(dāng)，造成煤氣流分布極不合理。高爐出現(xiàn)爐況不順就增加中心焦炭比例，甚至在焦批中額外補(bǔ)加中心焦炭，高爐焦比居高不下，產(chǎn)量維持在設(shè)計(jì)產(chǎn)能。 2019 年高爐安裝爐頂可視化設(shè)備和激光掃料面裝置后，發(fā)現(xiàn)高爐料面不合理，呈中間高兩邊低狀態(tài)，中心氣流打不開，只能用中心焦炭強(qiáng)制引流。 經(jīng)過五次調(diào)整后，煤氣流分布逐步合理。 調(diào)整前后料面形狀如圖2 所示。

圖2 調(diào)整前后料面形狀Fig. 2 Shape of Burden Charge Level before and after Adjustment

進(jìn)入2021 年，為了降低生產(chǎn)成本，爐料結(jié)構(gòu)變差，布料制度從6 環(huán)調(diào)整為5 環(huán)，更利于打開中心（見表2）。

表2 調(diào)整前后布料制度Table 2 Distribution System before and after Adjustment

（2）擴(kuò)批重、提料線。 礦石批重從60 t 逐步增加到72 t，維持小時(shí)料批13 批。 逐步降低入爐焦比，入爐焦比從350 kg/t 逐步降至310 kg/t，保持焦層厚度不變，既可以穩(wěn)定氣流，又可以提高煤氣利用率。 同時(shí)，為了提高煤氣利用率，料線分別從焦1.4 m、礦1.6 m 逐步提至焦1.1 m、礦1.3 m，增加煤氣與料柱接觸時(shí)間。

（3）合理調(diào)整各料種排料順序。 朝陽鋼鐵高爐配礦結(jié)構(gòu)為燒結(jié)+球團(tuán)+少量精選粒鐵+少量小粒燒結(jié)，燃料結(jié)構(gòu)為冶金焦+焦丁，焦丁和礦同批上料。為了減少料面偏析和滾動(dòng)，燒結(jié)礦和球團(tuán)礦排料順序?yàn)闊⑶?、燒，即球團(tuán)礦被燒結(jié)礦包圍，以減少球團(tuán)礦滾動(dòng)。 焦丁布在外環(huán)，以疏松邊緣，雜料（精選粒鐵、小粒燒結(jié)）布在7、8 環(huán)，防止邊緣粘結(jié)，中心不穩(wěn)。

1.2.2 送風(fēng)制度

送風(fēng)制度是指在一定的冶煉條件下選定合適的鼓風(fēng)參數(shù)和風(fēng)口進(jìn)風(fēng)狀態(tài)，以形成一定深度的回旋區(qū)，保證原始煤氣分布合理、爐缸圓周工作均勻活躍、熱量充足[3]。 朝陽鋼鐵在調(diào)整裝料制度時(shí)，同步調(diào)整送風(fēng)制度，以使下部調(diào)節(jié)匹配上部調(diào)整。下部調(diào)整最重要的就是維持合理鼓風(fēng)動(dòng)能和風(fēng)速，經(jīng)過長期實(shí)踐，確定合理風(fēng)速為240～260 m/s，合理鼓風(fēng)動(dòng)能大于130 kJ/s。 送風(fēng)制度調(diào)整主要包括兩個(gè)方面：

（1）強(qiáng)調(diào)以風(fēng)量為綱，提風(fēng)壓、提頂壓，在大批重基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高壓差。風(fēng)壓從360 kPa 逐步提至400 kPa，頂壓從206 kPa 逐步提至221 kPa，壓差從155 kPa 提至175 kPa，使進(jìn)風(fēng)量從5 000 m3/min 增加到5 400 m3/min。 高爐風(fēng)量、風(fēng)壓、頂壓和壓差變化趨勢(shì)如圖3 所示。

圖3 高爐風(fēng)量、風(fēng)壓、頂壓和壓差變化趨勢(shì)Fig. 3 Variation Trend of Air Volume, Air Pressure, Top Pressure and Differential Pressure of BF

（2）調(diào)整合適風(fēng)口面積，以維持合適的回旋區(qū)深度。 為了增加進(jìn)風(fēng)量，風(fēng)口面積由0.337 6 m2擴(kuò)大到0.343 1 m2。 2021 年下半年，由于政策限產(chǎn)，被迫降風(fēng)壓操作，為了維持合適風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能，把風(fēng)口面積縮小到0.332 8 m2。限產(chǎn)解除后，把風(fēng)口面積擴(kuò)至0.334 9 m2。

1.3 高爐精細(xì)化操作

1.3.1 強(qiáng)化爐前操作

爐前出鐵是影響高爐穩(wěn)定順行的關(guān)鍵操作。朝陽鋼鐵爐前開口機(jī)設(shè)計(jì)能力不足，炮泥強(qiáng)度高，鉆不動(dòng)；炮泥強(qiáng)度低，抗沖刷能力差，不能保證出鐵時(shí)間，易欠渣鐵，使?fàn)t況不順。 為了解決爐前出鐵對(duì)高爐順行的影響，結(jié)合高爐生產(chǎn)情況采取如下措施：①出鐵次數(shù)控制在11 次/天，出鐵時(shí)間控制在90～120 min。②鐵口深度控制在（3.2±0.2）m，且兩鐵口深度差不大于0.2 m。 ③采取無間隔出鐵方式，提前鉆鐵口，出鐵時(shí)間偏長時(shí)采用負(fù)間隔出鐵。 ④出現(xiàn)可能影響出凈渣鐵的情況（如鐵口冒泥、打不動(dòng)泥）時(shí)，重新打泥。

1.3.2 細(xì)化爐內(nèi)操作

除了爐料和設(shè)備因素外，人員日常操作對(duì)高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行也非常重要[4]。 為此，朝陽鋼鐵制定了嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)和考核制度，并嚴(yán)格落實(shí)。 高爐熱制度長期按照w（[Si]）在0.35%～0.55%，w（[Si]）+w（[Ti]）大于0.40%控制，嚴(yán)格執(zhí)行“五定”操作控制標(biāo)準(zhǔn)[5]（見表3）。

表3 “五定”操作控制標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Control Standard for Five Determinations Operation

1.3.3 嚴(yán)格爐型管理

合理且穩(wěn)定的操作爐型就是高爐冷卻器上有一層厚度適宜且穩(wěn)定的渣皮保護(hù)層。 朝陽鋼鐵非常重視操作爐型管理，結(jié)合爐況和冷卻壁溫度警戒值，以壁體溫度和水溫差值為依據(jù)，逐步建立了高爐爐型管理標(biāo)準(zhǔn)，見表4。在日常生產(chǎn)中，跟蹤監(jiān)視冷卻壁溫度和水溫差，發(fā)現(xiàn)異常波動(dòng)，立即分析原因并采取措施。

表4 高爐爐型管理標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Management Standard for BF Type℃

1.3.4 異常爐況操作管控

朝陽鋼鐵原燃料資源緊密跟蹤市場(chǎng)調(diào)整，噴吹煤種、燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)、焦炭配合煤種類在一月內(nèi)就會(huì)調(diào)整幾次，調(diào)整比較頻繁，影響爐況穩(wěn)定。 因此，建立了異常爐況操作方案，包括煤種轉(zhuǎn)換操作方案，干濕焦轉(zhuǎn)換操作方案，異常熱負(fù)荷熱量平衡方案，高爐攻、守、退操作模板等，以保證高爐長周期穩(wěn)定順行。

1.4 鐵水適當(dāng)提硫

控制鐵水含[S]量主要是調(diào)整S 在渣鐵間的分配比，其次調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)，使更多的S 在軟熔帶附近被CaO 吸收進(jìn)入爐渣[6]。 朝陽鋼鐵使用經(jīng)濟(jì)爐料，硫負(fù)荷在5 kg/t 左右。 2019 年，高爐為了提高S 在渣鐵間的分配比，提高了爐渣堿度和爐溫，過高的爐渣堿度和爐溫造成渣鐵粘度增大，流動(dòng)性差，爐缸透液性不好，爐況不順。 根據(jù)鞍鋼及攀鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鐵水中0.01%[S] 影響產(chǎn)能1%～1.5%，影響燃料消耗4～5 kg/t。 2020 年2 月開始，采取高爐鐵水適當(dāng)提硫操作，爐渣堿度從1.20～1.25 降至1.15～1.20，燒結(jié)礦堿度從2.15 下調(diào)至2.05，減少了熔劑使用量，提高了品位，鐵水含[S]量從0.02%～0.03%提至0.03%～0.06%（見圖4），高爐日增產(chǎn)約100 t，順行區(qū)間變寬。

圖4 鐵水含[S]量Fig. 4 Content of Sulfur in Hot Metal

2 實(shí)踐效果

2020 年開始，朝陽鋼鐵以高產(chǎn)、低成本為中心組織生產(chǎn)，在入爐品位較低、渣比較高的原料條件下，通過采取一系列措施，高爐利用系數(shù)突破產(chǎn)能瓶頸。 2018—2022 年高爐入爐礦品位、綜合焦比和年平均利用系數(shù)如圖5 所示。

圖5 2018—2022 年高爐入爐礦品位、綜合焦比和年平均利用系數(shù)Fig. 5 Grades of Ore Charged into BF, Comprehensive Coke Ratios and Annual Average Utilization Coefficients of BF from 2018 to 2022

朝陽鋼鐵噸鐵成本與全國對(duì)比情況見圖6 所示。 2020—2022 年高爐單月利用系數(shù)多次達(dá)到2.5 t/（m3·d）以上，年均利用系數(shù)大幅升高，燃料消耗大幅下降，生鐵成本行業(yè)先進(jìn)，低于行業(yè)平均約321 元/t。

圖6 朝陽鋼鐵噸鐵成本與全國平均噸鐵成本對(duì)比情況Fig.6 Comparison of the Cost of Molten Iron Per Ton between Chaoyang Steel Company and National Average

3 結(jié)語

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司2600 m3高爐在經(jīng)濟(jì)爐料條件下，通過優(yōu)化操作和管理，建立和完善了適合自身生產(chǎn)特點(diǎn)的技術(shù)模式和生產(chǎn)管理制度。 一方面，圍繞原燃料質(zhì)量?jī)?nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，建立了配煤配礦模型和鐵焦聯(lián)動(dòng)管控模式，穩(wěn)定了原燃料質(zhì)量，降低了原燃料成本；另一方面，強(qiáng)化原燃料入爐管控，保證合理的裝料制度和送風(fēng)制度，實(shí)行高爐精細(xì)化操作和采取鐵水適當(dāng)提硫措施，實(shí)現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行。高爐年均利用系數(shù)大幅升高，燃料消耗大幅下降，生鐵成本低于行業(yè)平均約321 元/t，為中型高爐在高產(chǎn)低成本生產(chǎn)方面提供了參考和經(jīng)驗(yàn)。