關于提高高爐利用系數的相關技術指標分析

仲海洋

2020年下半年鋼鐵需求快速增長，鋼材價格從2020年5月起保持環比增長的態勢。在這一背景下，提高高爐利用系數不僅可以擴大高爐鐵水產量，還能夠通過擴大生產規模降低煉鐵噸鐵成本，從而促進企業效益的增長。Z鋼鐵企業主體高爐的容積為2000立方米左右，2020年Z鋼鐵企業在高爐容積保持不變的情況下，通過系統性攻關，高爐利用系數(t/m3·d)由2020年1月的2.32提升至2020年12月的2.92。如果高爐系數能夠長期保持穩定，則Z鋼鐵企業煉鐵生產能力至少提高20%。本文通過分析Z鋼鐵企業相關技術經濟指標變化，來探究Z鋼鐵企業高爐生產能力提升的基本路徑。

一、提高原燃料質量

鋼鐵企業高爐冶煉實踐表明，改善原燃料質量和采取各種降低燃料比的措施有助于提高高爐利用系數。因此，多數鋼鐵企業通常采取如下基本方法來提高高爐利用系數：一是通過提高入爐料品位、提高風溫、富氧噴煤和提高高爐頂壓等措施改善高爐的冶煉條件，以實現高爐利用系數的提高；二是在控制好高爐適宜冶煉強度的基礎上，通過加強高爐操作，如優化高爐操作制度，改善煤氣與爐料之間的接觸條件，使煤氣的熱能和化學能得到充分利用，提高煤氣利用率，從而實現降低焦比、提高高爐利用系數的目的。

1.提高燒結礦質量

高爐利用系數的提高，要求燒結礦和球團礦具有高品位、高強度、冶金性能好和易還原等特點。Z鋼鐵企業一直將提高燒結礦品位作為重點工作來抓，該企業2020年1月份燒結礦品位僅為56.42%，2020年12月份提高至57.41%，提高了近1個百分點，且12月份燒結礦品位創年內新高。但該指標曾在7月份降到年內新低，如果剔除7月份，下半年其他月份燒結礦品位總體要高于上半年，并呈提高態勢（見圖1）。

圖1 2020年各月份燒結礦品位 %

為了使高爐易于接受強化冶煉，需要改善爐料的透氣性。Z鋼鐵企業通過提高燒結礦返礦率，降低了入爐燒結礦含粉率，提高了爐料的透氣性。如Z鋼鐵企業2020年1月份燒結礦返礦率為12.82%，2020年12月份燒結礦返礦率提高至14.72%，創本年度新高，且較1月份高出近2個百分點，較年內最低點（5月份）高出3.24個百分點（見圖2）。

圖2 2020年各月份燒結礦返礦率 %

2.提高焦炭質量

隨著高爐噴煤量的增加，高爐料柱的礦焦比不斷增大，焦碳作為高爐料柱骨架， 更要突出滲透性(透氣與透液)作用，這必然要求焦炭具有更高的質量特性，如焦炭的冷態指標要高，熱態性能要好，灰分和硫含量要低，從而對高爐生產實現較高利用系數提供必要的保障條件。高爐生產實踐表明，焦炭灰分每增加1%，焦比上升2%左右。Z鋼鐵企業2020年1月份冶金焦灰分高達12.98%，2020年12月份降至12.19%，較1月份下降了0.79個百分點（見圖3）。同時自7月份起，冶金焦灰分基本控制在12.3%左右，且各月波動幅度較小。

圖3 2020年各月份冶金焦灰分 %

高爐生產實踐表明，焦炭含硫每增加0.1%，焦比上升1.2%～2.0%。Z鋼鐵企業2020年1月份冶金焦硫分高達0.97%，2020年12月份降至0.81%，下降了0.16個百分點。同時自9月份起，冶金焦硫分基本控制在0.81%左右，且各月波動幅度較小（見圖4）。總體看，Z鋼鐵企業焦炭質量的提升，對高爐生產實現較高利用系數提供必要的保障條件。

圖4 2020年各月份冶金焦硫分 %

二、提高高爐運行質量

入爐鐵礦品位高低直接影響高爐產量。入爐鐵礦品位每提高l%，鐵水產量一般提高2.5%～3%，焦比降低1.0%～1.5%，噸鐵渣量減少30㎏，允許多噴吹煤粉15㎏/t。Z鋼鐵企業2020年1月份入爐鐵礦品位僅為56.72%，2020年12月份提高至58.78%，提高了2.06個百分點（見圖5）。同時Z鋼鐵企業入爐鐵礦品位基本呈逐月提高的態勢，波動性明顯低于燒結礦品位，表明該企業將提高入爐鐵礦品位作為更為核心的技術經濟指標。經調研，該企業在入爐料里使用了部分金屬化料，從而對入爐鐵礦品位的提升起到了很好的調劑作用。

圖5 2029年各月份入爐鐵礦品位 %

提高富氧率是強化冶煉的有效措施，高富氧率有利于提高理論燃燒溫度和促進煤粉充分燃燒，彌補風口前煤粉吸收和煙煤高揮發分揮發所消耗的熱量，從而保證爐缸熱量充沛，使爐缸工作均勻活躍，因此對降低燃料比有明顯效果。富氧率提高1%，高爐爐缸理論燃燒溫度升高40℃～50℃，允許多噴煤20㎏/t～30㎏/t。Z鋼鐵企業2020年1月份富氧率僅為2.3%，2020年12月份提高至4.55%，提高了2.25個百分點；較年內最低月份（3月份）提高了3.19個百分點。且該企業富氧率自4月份起基本保持逐月上升的態勢，與入爐礦品位的走勢保持一致。

圖6 2020年各月份高爐富氧率 %

提高煤比對節焦降耗來說具有積極的意義。高煤比有利于提高煤氣中CO和H2的體積分數，能促進礦石的間接還原并抑制其直接還原，同時噴煤后使理論燃燒溫度降低又為高爐接受高風溫創造了條件，因此，提高煤比是降低焦比和燃料比的良好途徑。但是如果噴煤量過大，煤氣量和鼓風動能增加過多將不利于燃料比的降低，同時由于受煤氣量增大和未燃煤粉的影響，將使高爐壓差升高，不利于高爐順行，導致焦比上升。Z鋼鐵企業2020年各月份噴煤比基本在153kg/t上下波動，但下半年噴煤比走勢及狀況明顯好于上半年（見圖7）。

圖7 2020年各月份高爐噴煤比 kg/t

高風溫是降低焦比和強化高爐冶煉的重要措施。高爐生產實踐表明，風溫在950℃～1350℃之間時，每提高100℃可降低焦比8kg～20kg，鐵水產量增加2%～3%。Z鋼鐵企業高爐生產始終保持高風溫操作，高爐風溫穩定在1170～1200℃，上下波動幅度未超過30℃（見圖8）。

圖8 2020年各月份高爐平均熱風溫度 ℃

三、高爐運行效率與效益得到大幅提升

Z鋼鐵企業通過提高燒結礦、焦炭等原燃料質量，提高高爐運行質量，從而為高爐爐況的順行和冶煉強度的提高提供了必要條件。該企業燒結礦品位、燒結礦返礦率、冶金焦灰分、冶金焦硫分、入爐鐵礦品位、高爐富氧率等關鍵性指標均在12月份達到年內最優，高爐噴煤比、高爐平均熱風溫度等指標保持較高水平，多種因素共同作用，使高爐利用系數于2020年12月份達到年內最優（見圖9），同時該指標于4月份起，基本保持逐月提高的態勢，表明該企業高爐生產效率的提升是循序漸進的，亦表明該企業高爐生產上的各類技術措施亦是循序漸進的。

圖9 2020年各月份高爐利用系數 t/m3·d

由于Z鋼鐵企業對高爐生產采取了綜合性技術措施，高爐休風率由2020年1月份的2.93%降至12月份1.81%。同時入爐焦比大幅下降，該企業2020年12月份入爐焦比為317（kg/t），為本年度入爐焦比最低值。較2020年1月份下降了33（kg/t），降幅為9.37%；較年內最高月份（2月份）下降了43（kg/t），降幅為12%。而且自3月份起，入爐焦比呈逐月下降的態勢（見圖10），這對該企業高爐節能降耗有著非常積極的意義。

圖10 2020年各月份高爐入爐焦比 kg/t

四、結論

Z鋼鐵企業采用綜合性技術措施強化了高爐冶煉強度，優化了高爐爐況，大幅度地提高了高爐利用系數、降低了入爐焦比，實現了高效化生產。該企業成功的生產實踐進一步表明：高爐生產要以精料為基礎，一方面通過采用高風溫、高頂壓 、高富氧等操作技術，一方面強化高爐操作與管理，不僅可以實現高爐冶煉的穩定順行，而且能夠大幅提高高爐冶煉的關鍵性技術經濟指標。這一經驗值得其他鋼鐵企業借鑒。