鐵前一體化降本技術的應用探析

馮廣斌

1.前言

2017年，首鋼長鋼公司在去產能的大背景下，以鐵水成本為切入點，立足“三個一體化”生產運行組織與管理模式（鐵燒焦生產組織一體化、優化配礦結構一體化、設備計劃檢修一體化），實現物質流、能量流、成本流的全流程系統配置和相互間有機耦合，做到事前計劃精準、事中反應快速和事后分析到位，提高各工序各環節運行效率，確保高爐穩定生產，降低鐵水成本。

對于鋼鐵流程來說，鐵前系統最大的任務就是降低鐵水成本和提高鐵水質量。目前，首鋼長鋼的鐵前系統現狀是：（1）豎爐停產，沒有自產球團供應；（2）兩座高爐生產均處于爐役中后期，處于常態化護爐冶煉階段；（3）燒結機生產能力較大，能滿足高爐需求；（4）新搗固焦爐先后投產，焦化生產能力加大；（5）自發電量少，外購用電量大。

在現有條件下，如何協調供應、焦化、煉鐵三個工序步伐，通過工藝制度升級優化來實現高性價比礦煤的使用及高爐的長期穩定順行，在有限的投入條件下進行局部設備升級改造，實現相對客觀的經濟效益回報，成為長鋼鐵前系統最為關鍵的問題。為解決這些問題，首鋼長鋼公司提出：以鐵前一盤棋為原則，有序推進鐵前工序一體化的冶煉控制模式，從選礦選煤、采購、庫存管理、工藝優化等角度出發，開展一體化管控攻關。

2.鐵前一體化降本模式的技術核心

通過配礦、配煤，獲取高性價比的燒結礦和焦炭，在現有裝備條件下深化挖潛，合理配置爐料結構，在高爐中完成相互耦合反應，生產出產量、質量和成本都能滿足下游工序需求的鐵水。

配礦：以適當提高堿度（從1.6提高至1.7以上）改善質量和冶金性能為基礎，規范Zn、P、S、Mn等有害元素控制原則，結合高爐護爐加鈦，通過成分、粒度、燒結性能互補，充分挖掘高性價比新資源（低鈦南非精礦粉、中鈦新西蘭海砂、智利精粉、低P黎城精粉等），最大限度利用各種固廢（鋼渣、鐵皮、鐵屑、磁選鐵、高爐除塵灰、煉鋼污泥、焦化灰等）。

配煤：利用搗固焦炭特點，使用30%的強粘結煤（主焦煤+1/3焦煤+肥煤）+70%的弱粘結煤（貧瘦煤+氣煤）的配煤結構，逐漸提高干熄率和發電能力，提升焦炭冷強度（M40和M10），保持CRI和CSR熱性能指標，在確保高爐現有焦炭負荷基礎上，進一步利用好干熄優勢，通過改善高爐指標提升焦炭性價比。

高爐穩定操作：一方面以努力適應現有原燃料變化為前提，控制好入爐有害元素負荷（Zn、P、Mn），堅持高爐操作制度一貫性和定量調劑適度性相結合，維持穩定的煤氣分布；另一方面通過實施提高燒結礦基礎鈦量、減少高鈦塊礦的階段性低成本護爐策略，堅持爐溫控制在0.4%-0.55%范圍，改善鈦分配，提高鐵水[Ti]，提高護爐效率，并控制好護爐對爐缸活躍性的影響，平衡好產量和爐缸長壽之間的沖突。

3.鐵前一體化降本模式的技術內容

3.1 建立鐵前流程一體化降本模型

以成本流為目標，研究整個鐵前的物質流、能量流將有利于提高資源、能源利用效率，促進鐵水成本的進一步降低。三位一體的物理模型：將物質、能量和成本三種要素的輸入、遷移、轉化、輸出過程以及相互關系進行物理上的描述和定量或半定量化的分析，掌握特點和重點，尋找降低成本的突破口。

鐵前流程一體化，就是要以成本流為中心，優化物質流和能量流，并通過物質流和能量流之間建立有機關系達到降低成本目的。結合物質流和成本流分析降本的要點：高性價比資源應用，合理利用固廢，護爐資源利用方式；結合能量流和成本流分析降本的要點：降低燒結固體燃耗，燒結提高余熱發電，焦化提高發電，高爐TRT發電等等；結合物質流、能量流相互關系分析降本的要點：改善燒結礦和焦炭質量，降低焦比燃料消耗。

3.2 開展高性價比資源開發與合理使用攻關

長鋼以現貨采購為模式，大力開發高性價比資源，積極拓展固廢資源的回收利用渠道。

3.2.1 低成本配礦技術

以鐵水成本最低為目標和采購原則，對燒結原料結構進行動態調整，在保證燒結礦質量的前提下，提高高性價比礦粉的使用比例。根據測算，智利燒結粉和澳混合粉的性價比居于中等偏上的水平，結合燒結優化配礦軟件測算結果，在保證燒結礦化學成分穩定的前提下，將澳混合粉作為主礦種，配合一部分智利燒結粉，可獲得最低的燒結成本，同時保證燒結礦化學成分穩定，可獲得最低的鐵水成本。

3.2.2 低堿度高比例褐鐵礦燒結技術

開展堿度對長鋼燒結礦質量影響研究，主要是開展燒結杯實驗，定量化進行比較分析，摸索規律；開展高褐鐵礦燒結技術應對分析，通過比較其他企業的使用經驗和應用結果，結合燒結杯實驗，進行研究，掌握信息；開展低堿度條件下優化燒結工藝參數研究，在高褐鐵礦燒結情況下，使用石灰石粉替代部分活性粉灰，增加燒結熔劑絕對加入量，研究低堿度條件下大比例配加石灰石粉適宜水碳控制及對燒結過程、成品質量指標的影響；開展燒結適度提堿度搭配酸性料入爐改善高爐指標工業試驗，適當提高燒結礦的堿度，改善燒結礦質量，進而比較高爐順行度、技經指標的變化情況。

3.2.3 開發選擇塊礦資源

針對長鋼所處氣候特點，在高爐用塊礦資源的開發選擇上，不僅要考慮礦石本身的化學成分、冶金性能，以及經濟價值，同時還要考慮礦粉的含粉率在雨季對高爐篩分系統的影響。對兩種成分接近，但含粉率差異較大的澳塊資源PB塊和羅伊山塊進行基礎性能對比分析，為長鋼高爐塊礦的選擇提供依據。

3.2.4 合理利用固廢資源

目前，長鋼燒結回收的含鐵固廢種類包括高返、燒結機頭除塵灰、高爐重力除塵灰、高爐布袋灰、高爐礦槽灰、煉鋼壓濾泥、煉鋼篩下礦灰、水渣鐵、磁選鐵、氧化鐵皮、粗顆粒、鋼渣粉和焦化灰等，主要開展高磷鋼渣粉與低磷地方精粉搭配，提高鋼渣粉配比和含鋅含鐵除塵灰應用研究；高爐噴吹焦化灰研究，主要是通過對焦化灰進行工業分析，測算性價比，分析其使用的利弊，結合制粉、噴吹、高爐反應的具體變化過程，動態調整配用比例和優化工藝。

3.3 高爐穩定高效操作技術

3.3.1 提高入爐焦炭質量性能

高爐使用100%新區搗固干熄焦炭，從現有入爐指標上看似有所進步，但從高爐反應來看并未體現出應有的優勢。從配煤結構看，新區搗固焦炭的強粘結煤比例為30%，焦炭成本與外購焦相比雖然大幅度降低，但進步不大，高爐焦炭負荷基本維持在4.5左右。以目前的高爐冶煉燃料成本為衡量基礎，如果提高焦炭的強粘結煤比例，焦炭成本相應提高，那么高爐必須通過降低焦比來消化這部分提高的成本。

3.3.2 多料種含鈦物料低成本護爐技術

通過在燒結工藝配加一定量的含鈦礦粉，確保燒結礦質量性能不劣化的前提下，使燒結礦含有適當的TiO2，提高高爐入爐的基礎鈦量，從而減少購買價格相對高的鈦球或高鈦塊礦，降低護爐成本。主要開展：燒結配加含鈦資源，通過配加新西蘭海砂提高基礎鈦含量，新西蘭海砂因配比低于2%，因此與雜料一起混勻造堆后配加，以便改善配加控制精確性和均勻性。根據高爐護爐要求和資源庫存情況，兩種含鈦礦粉可以互備，既單獨使用也可混合使用；開展含鈦燒結礦代替部分鈦礦護爐技術研究。

3.3.3 主要應對措施的制定

基于高比例機燒礦爐料結構的高爐操作對策有：（1）在爐料平衡和爐渣堿度平衡基礎上，仍要適當提高燒結礦堿度（例如堿度從1.6提高至1.7），盡可能改善燒結礦質量性能，減小對高爐透氣性的影響；（2）可考慮適當的中心加焦量，確保中心煤氣通道，并控制合理的邊緣煤氣通道。新焦爐投產以后自產干熄焦滿足高爐的需要，從而替代外購二級焦炭；（3）在合理風速動能下建議進一步提高高爐頂壓，減少實際爐腹煤氣量，從而降低阻損和壓差。（因熱風、煤氣管道限值實際操作不可行）；（4）在合理風速動能下適當降低風量，有條件可提高富氧率，控制合適的爐腹煤氣量和合理的冶煉強度，從而降低壓差。

高爐基本制度及攻守退定量調劑措施制定，結合高爐的實際反應和原燃料條件，從爐溫、負荷、壓量關系、料線走勢等方面著手，制定相應的調劑手段，實現定量化的調劑應對。包括穩定充沛的爐溫基礎、穩定的裝料制度和煤氣利用率、提高富氧率和頂壓控制爐腹煤氣量、穩定渣鐵制度和控制爐渣合適鎂鋁比、穩定的裝料制度和煤氣利用率。

3.4 余熱利用節能技術

3.4.1 燒結提高余熱發電量

燒結—環熱余熱發電相關參數分析主要包括：噸礦發電量與燒結料批對比、噸礦發電量與焦粉配比對比、噸礦發電量與活性石灰配比對比、噸礦發電量與燒結終點溫度對比、噸礦發電量與燒結總管溫度對比、噸礦發電量與燒結返礦配比對比、噸礦發電量與燒結終點位置對比、噸礦發電量與余熱發電循環風機頻率對比、噸礦發電量與余熱發電煙氣進口溫度對比。

3.4.2 焦化提高發電量

采用干熄焦工藝對于改善焦炭質量和提高焦化工序能源利用率均具有重要意義。長鋼焦化廠干熄焦項目于2017年3月4日開始烘爐，于3月23日開始裝紅焦投產，4月5日發電并網，焦化廠干熄焦工序正式投入使用。摸索工藝制度、操作制度與發電量之間的關系，保證設備的穩定運行和維護，提高發電量成為核心。

3.5 建立高爐質量標準體系

根據長鋼鐵前工藝條件和原燃料狀況制定了高爐質量標準體系，并在此基礎上開發了高爐質量標準體系管控軟件，實現鐵前系統質量標準體系的一體化管控。該管控系統以高爐質量體系總體目標為核心，圍繞該目標對高爐、燒結、原料，以及采購工序進行質量標準管控。

3.5.1 高爐質量標準體系構建

高爐質量標準體系包括體系總體目標、高爐工序支撐指標、燒結工序支撐指標、原料工序支撐指標以及采購工序支撐指標，各個工序指標之間按上下游關系互為支撐和管控，包括高爐工序支撐指標、燒結工序支撐指標、原料工序支撐指標、采購工序支撐指標

3.5.2 高爐質量標準體系管控軟件開發

在高爐質量標準體系數學模型基礎上開發出高爐質量標準體系管控軟件，軟件所使用的開發工具為VB6.0。具有用戶界面友好、操作方便、運行穩定等特點，主要用于鐵前質量標準體系的一體化管控

3.5.3 高爐質量標準體系應用

異常事故情況下保高爐穩定措施。鐵前系統是一個錯綜復雜的工藝體系，涉及多個工序和子系統，各子系統既獨成體系，又相互影響和關聯。如何在子工序或子系統出現問題，在異常事故狀態下保證整個系統的穩定運行就成為高爐穩定操作需要考慮的一個重要環節。在異常事故狀態下，堅持穩定即效益的理念，所有應對措施以高爐穩定為宗旨和底線，將異常事故對高爐操作的影響降至最低；異常事故下應對措施分析。

3.6 加強鐵前成本一體化管理

3.6.1 低庫存管理，降低財務費用

為了保證生產系統的安全、穩定、經濟運行，制訂了生產庫存預警管理制度，該制度適用于各生產單位及相關管理部門對大宗原燃料、輔料、自產中間產品庫存、成品庫存的預警管理。主要包括：設定生產庫存預警線和生產庫存預警管理流程。

3.6.2 推行“三個一體化”生產運行組織模式

發揮鐵燒合并后的生產組織運行優勢，徹底消除鐵燒界面影響。在推行大宗原燃料“低庫存”生產運行現狀下，推行“三個一體化”生產組織運行模式，保障高爐長期穩定順行，為降本增效奠定基礎。推行“鐵燒生產組織一體化”。以高爐需求為燒結生產標桿，通過高爐日均產量和爐料結構確定燒結生產，并通過優化燒結單雙機生產模式，降低低產階段燒結加工成本。推行“優化配礦結構一體化”。探索高爐低鎂鋁比運行，減少燒結熔劑消耗，同時減少九高爐護爐期間高鈦塊消耗。推行“設備計劃檢修一體化”。高爐燒結機實現同步，提高了現產燒結使用率，降低了燒結倒搬費，在給高爐順行創造條件的同時降低了物料運輸費用。

4．鐵前一體化降本模式的技術創新

4.1 立足“三個一體化”生產運行組織與管理模式

通過配礦、配煤，獲取高性價比的燒結礦和焦炭，深化挖潛，合理配置爐料結構，通過實施提高燒結礦基礎鈦量、減少高鈦塊礦的階段性低成本護爐策略，堅持爐溫控制在0.4-0.55%范圍，改善鈦分配，提高鐵水[Ti]，提高護爐效率，兼顧了高爐護爐狀態下產量、爐缸活躍性和爐缸長壽三者之間的平衡，以及通過建立并執行高爐質量標準管控體系等技術和管理措施，高爐連續穩定運行800天，鐵水成本不斷縮差，行業排名第六位。

4.2 堅持了高爐大比例燒結礦冶煉的工藝路線

根據長鋼燒結產能富余，無自產球團生產線的產能配置特點以及自身資源狀況，長鋼選擇并堅持了高爐大比例燒結礦冶煉的工藝路線。通過基礎試驗以及生產實踐，摸索出了大比例燒結礦搭配生礦和少量酸性球團礦的高爐爐料結構，即發揮了高比例燒結礦的低成本優勢，又避免了燒結礦堿度落在1.6的燒結礦質量低洼區（燒結礦堿度由1.6提高至1.75），燒結礦強度提高1個百分點，RDI+3.15低溫還原粉化指數由54%大幅度提高至60%，為高爐低成本穩定運行提供了原料和結構保障。

5.鐵前一體化降本模式的應用效果

長鋼立足“三個一體化”生產運行組織與管理模式，通過配礦、配煤，獲取高性價比的燒結礦和焦炭，深化挖潛，合理配置爐料結構，開展了原燃料提質降耗、低成本階段性護爐、高爐穩定操作等技術研究和應用實踐，實現了長鋼高爐長期順穩和鐵水成本大幅度降低。選取2016年1-12月為基準期，2017年1月-12月為工業應用期，通過高性價比資源采購，原燃料提質、節能、降耗，采用符合長鋼產能配置特點以及資源條件的大比例燒結礦爐料結構，強化高爐質量標準管控體系，穩定高爐操作等一系列技術措施的實施，長鋼高爐實現了長期順穩，鐵水成本大幅度降低。

（1）鐵成本排名創造歷史，全年生鐵成本完成1896.74元/噸，比行業平均好112.68元/噸，行業排名第8名，較上年相比前進31名,成本與行業平均差距與上年相比縮差154.51元/噸。

（2）積極克服原燃料市場波動加劇、環保監管壓力驟增、高爐爐役后期生產等不利因素，全年生鐵產量完成221.63萬噸，同比增加2.32萬噸，為公司擴大規模效益奠定基礎。

（3）主要技術經濟指標持續進步，高爐燃料比完成540kg/t，同比降低5kg/t，燒結固體燃料消耗完成50.5kg/t，同比降低1.3kg/t，燒結礦余熱噸礦發電量14.89度，達到行業先進水平。

通過一系列降本措施的實施，不但實現了長鋼鐵水成本的大幅度降低，而且取得了高爐長期穩定運行，其中的高爐穩定操作技術、低成本護爐技術、高爐質量標準體系管控技術，以及“三個一體化”生產運行組織模式等技術和管理模式，均具有較高的推廣和借鑒價值。