2020年我國4000m3特大型高爐運行情況淺析

李偉偉 王 臣 周 琦 李 仲 王連昌 華建明

1.概況

截止到2020年12月，我國共有25座4000m3以上的特大型高爐在生產。這些高爐的平均容積為4649m3。其中4000m3～4500m3容積的高爐有12座，4500m3～5000m3容積的5座，5000m3以上的高爐8座。本文依據中國金屬學會發布的數據，對這25座4000m3以上特大型高爐2020年生產指標進行簡要分析，總結我國4000m3以上的特大型高爐本年度的生產經驗和技術進步情況，以供高爐工作者借鑒。見表1[1-3]。

表1 我國4000m3以上高爐的有效容積及投產情況匯總表

2.2020年我國4000m3以上高爐生產實績

高爐生產歷來講究“七分原料，三分操作”，原燃料穩定是高爐穩定的基礎，而且高爐容積越大，對原燃料質量的要求越高。我國自產的鐵礦石品位較低[4，5]，大部分的高品位鐵礦石需要從國外進口；同時，由于國產優質焦煤產量不足，部分焦煤也依賴進口。因此原燃料質量特別是優質進口原燃料供給，對4000m3以上高爐穩定生產的影響尤為明顯。

2.1 原燃料指標

2.1.1 配料結構及入爐品位

2020年，4000m3以上高爐總體上仍采用高堿度燒結礦為主配加酸性礦的配礦結構（見圖1）。燒結礦、球團礦及塊礦的平均比例為69.74%、20.69%、9.57%，與2019年相比并沒有較大變化。首鋼京唐持續推進大球比生產，球團比例達到了48%～50%的水平，經濟技術指標優異。太鋼、首遷高爐在提高球團配比的爐料結構上也有所突破，球團比例均達到30%左右。酸性球團礦、自熔性球團礦、塊礦的高比例成功應用，說明了4000m3以上高爐仍然有較強的配礦結構適應性。各廠在差異化的爐料結構下，均能保持高爐的順行，取得良好的經濟技術指標，為我國4000m3高爐優化爐料結構配比，積累了豐富的實踐經驗。

圖1 2020年我國4000m3以上高爐原料配比情況

近年來，燒結礦及球團礦的質量指標保持穩定，但有兩個指標值得注意：一個是燒結礦的Al2O3呈逐年上升趨勢，至2020年平均含量達到1.74%，個別廠家如鞍鋼鲅魚圈、安陽、寶鋼，燒結礦含Al2O3達到了1.90%以上，說明4000 m3以上高爐在高鋁礦粉的使用上又有新的突破。另一個是燒結礦的平均品位有所降低，球團礦的平均品位有所上升。這與環保要求日益嚴格、高爐爐料結構向大球比方向發展的總體趨勢相一致。

入爐品位也是高爐爐料結構調整需考慮的重要 指標。根據自身資源條件，在最低配礦成本的前提下追求最高入爐品位，是企業實施高爐爐料結構調整的主要目標。2020年全國4000m3以上高爐平均入爐品位為59.13%，平均燃料比卻達到了513kg/t，比2019年增加了3kg/t。從圖2可以看出，高爐燃料比和入爐品位呈明顯的相關關系。

圖2 2019年與2020年我國4000m3以上高爐入爐品位和燃料比對比圖

圖2方框中的數據顯示，日照1#2#高爐、寶鋼1#～4#高爐，既有相對較低的入爐品位，又有較低的燃料比，經濟技術指標表現優異。特別是寶鋼高爐在入爐品位近兩年持續降低的條件下，實現了燃料消耗不升高，體現了寶鋼高超的高爐管理水平，值得所有高爐操作者學習。同時太鋼、沙鋼通過優化操作，高爐燃料比也得到了一定程度的下降。

2.1.2 焦炭質量

圖3為2020年4000 m3以上高爐焦炭主要指標。焦炭的平均灰分為12.06%，與2019年相比下降了0.13個百分點，平均粒徑51.42mm，呈逐年上升的趨勢。焦炭關鍵指標，CRI:21.6%，CSR:70.3%，M40:89.5%，M10:5.4%，與2020年相比有小幅度提升，焦炭M40降低了0.3個百分點，CSR提高了0.5個百分點。總體來看，2020年4000 m3以上高爐焦炭化學指標保持穩定，焦炭熱態性能、灰分、平均粒徑等關鍵指標呈提高的趨勢。但各廠由于資源條件不同，焦炭質量的差異化比較明顯。從圖2的對比也可以發現，寶鋼、寶鋼湛江、山鋼日照的高爐在一般的入爐品位和較優的焦炭熱態指標的原燃料條件下，仍取得了較低的燃料比指標。

圖3 2020年4000m3以上高爐的焦炭機械強度和熱態指標

經過十多年的發展，焦炭對高爐生產的重要性已被大型高爐操作者充分認識。但是由于焦炭篩分工藝的差異、取樣方式的不同、化檢驗設備的測量誤差、用焦結構統計不全等原因，各廠的焦炭質量仍無法在同一平臺進行精準的橫向比較。同時，由于衡量焦炭質量的指標眾多，且有些指標之間還存在相互制約的關系，鋼鐵行業內尚缺乏科學的焦炭質量評價體系。隨著鋼鐵行業的發展，這些問題有望通過高爐技術工作者的努力得以解決，為高爐生產提供性價比更高的焦炭。

2.2 操作參數

2.2.1送風制度

2020年我國4000m3以上高爐送風比見圖4、圖5。

圖4 2020年我國4000m3以上高爐爐容、風量和送風比

圖5 2020年我國4000m3以上高爐風壓、壓差和富氧率比

2020年，這25座高爐的平均送風比為1.47，與上一年相同；平均富氧率4.38%，提高了0.66個百分點。富氧率連續三年上升。其中富氧率高于5%的高爐達到9座，比2019年增加了5座，表明高爐生產得到充分的強化。特別是沙鋼5800m3高爐，單月富氧率達到9.0%，年平均富氧率達到7.9%，再創特大型高爐富氧冶煉新高度。武鋼8#高爐、京唐1#2#3#高爐富氧率也超過了6%，為我國4000 m3以上高爐高富氧冶煉積累了豐富的實踐經驗。

2020年，我國4000m3高爐平均送風風壓420 kPa，平均壓差181 kPa，與上年相比都有所提升，這與2020年高爐原燃料條件優化、冶煉強度提高的整體趨勢相符。總體送風參數中，風壓和壓差都是隨爐容的增大而升高，送風比則反之。值得注意的是，包鋼的兩座高爐在原燃料質量相對較差的條件下，通過優化操作，找到了適宜的送風參數，從而保證了高爐的穩定順行和較高的利用系數，值得高爐工作者學習和探討。

2.2.2 鐵水成分及爐渣堿度

2020年4000m3以上高爐鐵水質量對比見圖6，其中鐵水含硅量、鐵水含硫量、平均鐵水溫度平均值分別為0.42%、0.031%、1506℃。生鐵一級品率為67.76%，與上年相比下降了2.2個百分點，據統計資料顯示該指標已連續4年下降，說明隨著煉鋼脫硫工藝的進步，有些廠家在不斷突破高爐鐵水含硫指標下限，衡量高爐鐵水質量的重要指標的一級品率，正在失去意義。下一步應該綜合考慮高爐燃料消耗、高爐順行、煉鐵煉鋼脫硫成本等各方面因素，對4000m3高爐鐵水含硫提出新的要求、制定新的標準。

圖6 2020年4000 m3以上高爐生鐵一級率、生鐵含硅量、生鐵含S量指標

2.3 技術指標

2.3.1 高爐利用系數

2019-2020年我國4000 m3以上高爐利用系數對比見圖7。2020年平均利用系數2.16t/m3.d，比2019年提高了0.04t/m3.d，高爐冶煉得到了進一步強化。從圖中可以看出，京唐1#、2#高爐、日照2#高爐利用系數得到明顯的提高，鲅魚圈2#高爐、安陽3#高爐、太鋼5#高爐利用系數也有進步。值得一提的是，湛江2#高爐利用系數有了進一步提高，單月利用系數達到2.5t/m3.d，年平均利用系數達到2.32t/m3.d，取得了新的突破。

圖7 2019、2020年我國4000m3以上高爐利用系數對比圖

2.3.2 燃料消耗

2020年4000m3以上高爐平均入爐焦比355kg/t、煤比158kg/t、燃料比513kg/t。與2019年相比焦比升高了1kg/t，煤比升高2 kg/t，燃料比升高3kg/t。從單個高爐來看，全國4000m3以上高爐中，燃料比低于500kg/t的在2019年有11座，2020年降低到了9座，這與2020年高爐整體提升冶煉強度有關，部分高爐為達到較高的冶煉強度，犧牲了部分燃料指標。但也有一些高爐通過提高原燃料質量、優化操作等措施，實現了利用系數和燃料消耗的雙優化。如京唐3#、寶鋼4#、日照2#、湛江1#、2#等高爐，在年平均利用系數超過2.2的前提下，燃料比都降到了500kg/t以下。

2019-2020年我國4000m3以上高爐燃料消耗結構見圖8、圖9。可以看出燃料比較低的高爐，呈小塊焦比例低、煤比高的現象，燃料比較高的高爐則正好相反。忽略焦炭入爐工藝的不同所產生粉化差異的因素，小塊焦的比例高低從一定程度反映了各廠焦炭質量的差異。同時，也看出了原燃料質量特別是焦炭質量與高爐高水平運行的關系。

圖8 2020年我國4000m3以上高爐燃料比結構

圖9 2020年我國4000m3以上高爐燃料比結構

3.幾點思考

3.1 關于特大型高爐運行綜合管控

特大型高爐是一個鋼鐵企業生產運行的核心，由于其物流吞吐量大、產量高等原因，運行水平直接關系到鋼鐵企業的生產組織、成本控制以及經營績效，在鋼鐵企業的生產經營中起著舉足輕重的作用。從近年來國內特大型高爐的運行情況看，有因原燃料原因造成高爐爐況失常的，有因高爐操作調整不到位造成爐況長時間波動的，甚至有的高爐發生了爐缸燒穿事故。特大型高爐的運行是一項系統工程，需要從原燃料準備，高爐操作調整，高爐長壽等方方面面綜合管理，切不可顧此失彼，過分追求某一項指標而造成其他指標損失。企業要根據自己情況，制定科學合理的特大型高爐綜合管控體系，確保高爐穩定均衡運行，發揮特大型高爐在提高勞動生產率、降低成本等方面的作用，嚴防因特大型高爐波動影響企業生產經營。

3.2 關于高爐穩定順行及指標優化

穩定順行是高爐生產的基礎，這對于4000m3以上的大型高爐來說尤為重要。原料、設備、操作是大型高爐穩定順行的三大要素。首先，企業要根據各自資源條件選好精料，做到原燃料穩定優質；第二，要提高設備點檢和管理水平，推行設備周期性管理，保證高爐設備健康穩定運行；第三，要提高高爐操作水平，改進操作理念，要給予高爐一定的緩沖空間，盡量避免高爐在極限參數運行，在高爐穩定順行的基礎上追求更優化的指標。反之，為了追求更優的指標而破壞高爐穩定順行，將得不償失。

3.3 關于高爐系統成本優化

鋼鐵企業是能 源消耗大戶，煉鐵成本占鋼鐵企業總成本的70%以上，因此降低生鐵成本是各鋼鐵企業降低經營成本的主要手段之一。企業生存發展要降本，高爐穩定順行則要精料，隨著鋼鐵企業競爭加劇，精料和降本這一矛盾也會日益突出。特大型高爐對原燃料的要求較中小型高爐更加嚴格，一直以來，有特大型高爐的企業都在尋求合理的、能夠支撐高爐穩定運行的原燃料標準，就是為了在適當的低成本原燃料條件下，確保高爐的穩定運行。中國金屬學會下發的年度4000m3以上高爐原燃料指標平均水平，可以作為特大型高爐原燃料指標的標準參考。同時，各企業也可以根據自己的實際生產情況和資源組織情況進行適當調整。建議企業適當提高和穩定焦炭質量，在含鐵原料方面進行合理的成本優化。鋼鐵企業要確立“以高爐為中心”的鐵前系統成本觀，科學制定本企業技術水平和資源條件下的系統降本方案。原燃料采購必須兼顧高爐穩定順行，制定科學、穩定的配煤配礦方案，堅持鐵前系統降低成本的正確指導思想。一味追求原燃料采購經濟性或者一味追求高爐精料，都是不可取的。

3.4 關于高爐長壽

2018-2019年全國有3座4000m3級高爐進行了大修，爐齡都不足10年。目前在線運行的25座高爐中，爐齡超過10年的有11座，有接近一半的高爐進入了爐役的中后期，因此，4000m3以上高爐的長壽和穩定將是今后需要重視和研究的主要問題。隨著各廠大型高爐生產經驗的積累、技術水平的提高、監控監測設備的不斷完善，4000m3以上大型高爐長壽技術也日趨成熟。高爐技術工作者不僅要有長壽爐型的生產運行理念，還要有科學的綜合護爐方案。要綜合運用保證優質焦炭質量，控制有害元素入爐，保證高爐順行，適當控制高爐強度，提高鼓風動能減少爐缸環流，鈦礦護爐等有效措施，形成了大型高爐成熟的護爐方案，為4000m3級大型高爐的安全長壽保駕護航。

3.5 關于有害元素控制

現有的研究雖然沒有對各特大型高爐的有害元素負荷進行統計，但有害元素對特大型高爐穩定順行造成的影響越來越突出。堿金屬和鋅負荷控制較好的企業，高爐保持穩定順行的周期就長。隨著環保要求的日益嚴格，含有有害元素的固廢處理難度日益加大，如果沒有合適的外排途徑或合理的無害化處理措施，高爐的有害元素負荷就會日益增加。目前，各企業都有各自的有害元素標準，但其標準都是立足本企業的實際制定的，目標是確保企業內部的有害物料自循環。從目前調查的情況來看，特大型高爐的有害元素控制標準需要更加嚴格。根據先進企業的控制情況來看，特大型高爐堿負荷最好控制在2.5kg/t以內，鋅負荷控制在0.2kg/t以內（見表2）。

表2 我國4000 m3高爐2020年各指標平均值

致謝:本文數據來源為中國金屬學會，高爐生產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；鞍鋼李偉偉；武鋼李盺、趙思、李進；首鋼遷安馬國梁；首鋼京唐陳艷波；太鋼張華；安陽鋼鐵李愛峰、金炎；沙鋼程寶泉；本鋼趙偉；包鋼賈西明、劉璐；馬鋼凌明生。謹致謝忱。