莱钢1 000 m3高炉冶炼指标的优化与提升

王 辉，赵洪雨，李 琳，王庆会

（山钢股份莱芜分公司 炼铁厂，山东 莱芜271104）

莱钢1 000 m3高炉冶炼指标的优化与提升

王 辉，赵洪雨，李 琳，王庆会

（山钢股份莱芜分公司 炼铁厂，山东 莱芜271104）

莱钢炼铁厂分析1 000 m3高炉特点，推行经济冶炼技术。制定了满足高炉提升产能的烧结矿、球团矿、生矿、焦炭等原燃料质量标准，加强原料管理，建立日核算制度、高炉成本控制模型。通过提高风温，增加喷煤量，确定风口布局，提高炉顶压力等操作，高炉燃料比由2015年的544 kg/t降低到2016年的533 kg/t，高炉利用系数由3.0 t/（m3·d）提高至3.25 t/（m3·d）。

高炉；冶炼指标；原燃料；操作制度

1 前言

山钢股份莱芜分公司炼铁厂（以下简称炼铁厂）共有6座1 000 m3高炉。自2008年钢铁危机爆发以来，原燃料供应紧张、变动频繁，给传统的高炉“精料炼铁”方针带来了极大冲击。经济料的最大特点是价格低、品位低、杂质成分高。大比例配加尽管有效降低了高炉矿料成本，但也带来了种种恶果，如炉料透气性下降、渣量增加、炉况波动加剧等；为此，炼铁厂分析1 000 m3高炉特点，研究高炉在“经济产能”下指标的优化与提升，克服了近年来高炉炼铁经济矿入炉引发的炉况波动、燃耗增高、指标恶化等生产问题。系统分析高炉生产关键控制点，为高炉提升产能创造条件；以风为纲、提高氧量、扩大矿批、提高高炉利用系数，在炉况稳定的基础上优化各项经济技术指标。炉况保持了长时间的稳定顺行，实现了高炉的高产低耗。

2 1 000 m3高炉提升产能的条件

2.1 制定满足高炉提升产能的原燃料质量标准

2.1.1 烧结矿

1）炼铁厂老区烧结矿产能与高炉需求量存在不匹配的现状，烧结矿缺口较大，需要用外厂烧结矿进行补充。由于无法实现均匀配加，造成了炉渣碱度的波动，多次倒运又造成了烧结矿的粉末增加，入炉粉末增加后恶化了高炉的透气性，影响了高炉的生产稳定。为降低生产成本，烧结工序配加了高铝的塞拉利昂粗粉，由于塞矿粒度较大，10 mm以上的组分在50%左右，直接影响了烧结矿成品质量。

2）对自产烧结矿的质量要求。烧结矿品位TFe（54±0.5）%，AL2O3≤2.5%，碱度波动≤0.05，FeO波动≤0.5%，转鼓指数≥76%，粒度控制在5～50 mm。其中粒度+50 mm≤5%，粒度-5 mm≤5%，粒度5～10 mm≤25%。

2.1.2 球团矿

1）炼铁厂使用的球团矿品种较多。老区配加外购莱矿球、鲁南球、矿建球，二区高炉全部配加自产一车间球团矿。外购球则存在阶段性粉末多的情况，难以筛分，造成入炉粉末较多，影响料柱的透气性。

2）球团矿质量要求。球团矿TFe≥63%，转鼓指数≥94%，自产球-5 mm≤2%，外购球-5 mm≤5%。

2.1.3 生矿

1）炼铁厂的生矿均储存在露天料场，当天气变化时对生矿质量影响较大。生矿水分变大时，附着的粉末基本无法被筛下，全部进入了高炉。雨天时，高炉经常被迫减少生矿配加量以避免炉况波动。

2）提升产能对生矿的质量要求。生矿粒度控制在5～25 mm，其中-5 mm≤7%。

2.1.4 焦炭

1）炼铁厂所使用的焦炭比较复杂，外购焦全部存放在露天料场，下雨天水分过高时，焦粉会粘附在焦炭上无法筛下，造成入炉粉末量增加，这是影响生产的重要因素。炼铁厂老区高炉使用的焦炭为自产焦，自产焦质量稳定性不好，阶段性出现水分波动（一炼焦干熄率90%～95%，产生的水熄焦掺混不均匀），此外，自产焦中硫含量偏高导致高炉硫负荷升高，燃耗升高。

2）自产焦：灰分≤13%，S≤0.95%，40≥84%，10≤7%；反应后强度≥62%，反应性≤28%，干熄水分≤3%，湿熄水分≤8%。外购焦：灰分≤13%，S≤0.65%，40≥84%，10≤7%；反应后强度≥62%，反应性≤28%，干熄水分≤3%，湿熄水分≤8%。

2.1.5 煤粉

1）炼铁厂老区的高炉受喷煤制粉能力的影响，煤比提升后，制粉量不足，需要频繁倒用旧系统。倒罐频率高，使用旧系统时高炉风压上升较多，对高炉炉况稳定顺行存在不利影响。

2）对入炉煤粉的质量要求。灰分≤10%，挥发分≤10%，固定碳≥77.5%，S≤0.5%，水分≤1%，-0.074 mm≥60%。

2.2 加强原料管理

提高高炉原燃料稳定性，及时与原料部、焦化厂、公司其他部门沟通，建立实时、真实的原燃料预警机制。同时，自身不断加强精料技术研究与管理，及时优化烧结矿混匀料、炼焦配煤结构，加强原燃料检测，改造外围设备等，既保证了原燃料优质优量供给高炉，又实时掌控原燃料质量变化情况，为判断炉况发展趋势和保证高炉长期稳定奠定了基础。为了适应在高产量下的操作，保证炉况稳定顺行，采取了以下措施。

1）加强入炉焦炭质量管理。加强与生产调度中心联系，尽量使自产焦与外购焦分仓供应，保证有序上料；在板报上记录不同入炉焦炭所占百分比，为本班和下一班提供焦炭负荷参考；要求工长和上料操作人员每小时观察记录焦炭料车料位，及时检查水分变化并及时适量调剂负荷，减少因其波动对炉况的影响。

2）及时掌握原燃料变化情况，防止粉料入仓；每2 h检查入炉原燃料实物质量。

3）加强槽下筛分，减少粉料入炉。槽下对矿石、焦炭的过筛效果，是精料工作的重要环节。-5 mm的粉末人炉数量增加，高炉的透气性很快恶化，导致顺行被破坏，产量降低、焦比升高，甚至炉墙结厚等恶性事故发生，所以应加强检查、测定、定时清筛等管理工作。一般情况下，要求每个矿筛振料时间不低于100 s；对于焦炭，要求振料时间＞120 s。发现振料时间少于规定时间时要及时调整。

4）加强槽位管理。高炉料仓槽位受多方面因素影响，如槽位过低会加剧矿石和焦炭摔打，使小粒级和粉末大量增加，同时仓壁附着的粉末也随之而下，必然恶化高炉透气性，破坏高炉顺行。随之生产平衡被打破，影响前、后道工序正常生产，形成恶性循环，所以必须要主动控制。为减少矿石、焦炭小粒级和粉末入炉，规定正常烧结矿槽位≥1/2，焦炭槽位≥1/2。

3 提升指标采取的措施

3.1 管理制度优化

建立日核算制度，建立高炉成本控制模型，分析炉料性价比。通过适当调整优化炉料结构，降低生产成本。受市场价格影响，各种矿料单品位成本变化大，供应情况也不稳定。在密切关注市场供应情况的同时，只有通过日核算、勤调整，才能及时按照精确性价比排出次序。但稳定运行又是高炉高效生产的前提和基础，因此需要分析炉料性价比，模糊控制与精确控制相结合，创建低成本炉料优化模型，不断优化炉料结构，为推行经济冶炼技术做好基础工作。主要实施步骤如下。

3.1.1 建立日核算制度

根据每月和每周的炉料性价比，每周对炉料进行1次排序，并结合高炉实际运行情况，每日一核算精确性价比、生产成本，并根据公司的炉料结构进行适当优化、调整。经计算，进口块矿始终是单品位成本最低的炉料，应安排各高炉优先配加，并要求达到5%～10%的比例。为避免出现经济矿料配比过高影响冶炼指标的情况，以首先满足高炉炉况稳定顺行为原则，累积、比较日核算数据，探索最佳配比。在高炉炉况出现波动情况下，及时调整配比，经过反复优化调整，在满足高炉炉况稳定顺行需要和降本增效之间找到了最佳交叉点，高炉炉况稳定性提高，同时生铁成本也显著降低。

3.1.2 建立高炉成本控制模型

每月根据炉料预算价格，对烧结矿、球团矿及块矿进行性价比排序，同时根据烧结矿、二区球团矿区域自平衡原则，及时优化炉料结构，保证高炉炉料成本最低。另外，为全面降低炉料成本，还应注意：1）根据矿料库存及供应情况，调整配比，计算出每种矿料的单品位成本及冶炼性能，然后根据经济性及冶炼性能进行排队，优先使用单品位成本最低的矿料，最大限度降低烧结矿成本。2）采取多种措施，稳定原燃料质量，如根据焦炭加减价的管理制度，根据国家标准改变焦炭取样地点，将焦炭取样地点由焦化厂改为焦化厂与炼铁厂皮带交接处，确保了焦炭成分的真实性和代表性。

从2014年1月开始两区高炉大幅度增加块矿配比，特别是进入2015年年底开始，根据炉料性价比测算，在块矿具有较高性价比时，高炉配加块矿比例不低于20%。截至2016年12月，炉料结构优化与2015年相比，剔除价格因素，老区吨铁成本降低5.06元，二区降低4.93元，降本效果显著。

3.2 操作制度优化

3.2.1 确定合适的矿批

矿石批重对炉料在炉喉分布影响很大。矿批太小布料不均，小到一定程度将使边缘和中心无矿石。矿批增大软熔带气窗增大，料柱界面效应减少，有利于改善料柱透气性。客观上来讲，每座高炉都有临界矿批。当矿批大于临界值时，高炉顺行难以得到保障；当批重小于临界值时，高炉指标难以得到优化。5#、6#高炉在试验时通过对矿批28～36 t进行反复尝试总结，最终确定35 t/批适合高炉目前状况。这一批重，可以兼顾中心、疏松气流，改善煤气利用；随着焦批的增大，焦窗增大，软熔带透气性增加，有利于改善料柱透气性。

3.2.2 提高风温、富氧，增加喷煤量

提高风温水平能显著提高理论燃烧温度，提高渣铁物理热，改善渣铁流动性。由于炼铁厂经济料中Al2O3普遍较高，如果渣铁物理热不充足，炉缸热贮备相应减少，高炉炉腰、炉腹、炉缸等高热流强度区域的热量储备处于较低水平。一旦高炉风量偏少，操作稍有不慎，极易造成炉身粘结，导致炉况失常。为了创造高炉接受高风温的条件，高炉采取以下措施：1）提高矿石和焦炭强度，特别是热强度，尽量筛除原料中-5 mm的粉末，改善料柱透气性；2）提高炉顶压力，利用高压操作对还原和降低炉内煤气压差的有利因素来消除高风温对高炉还原和顺行的不利影响，高炉顶压保证不低于195 kPa；3）增加喷吹量，利用喷煤降低风口前理论燃烧温度的特性来抵消高风温对风口燃烧温度的影响，以获得合理的理论燃烧温度。2016年高炉富氧率基本稳定在4%左右，高富氧大喷吹必然会对高炉的顺行状况产生一些影响，主要表现在富氧增加后风量下降、压差升高、边缘煤气流发展，同时喷吹量的增加使焦炭负荷加重，料柱骨架作用减弱，透气性变差，影响炉况顺行。针对以上变化，高炉通过调整布料矩阵和用料结构、扩大批重、精料等措施，较好地克服了以上不足。

3.2.3 确定风口布局，提高鼓风动能

根据省内同类型高炉的对标统计，1 000 m3高炉的鼓风动能最高达到10 000（kg·m）/s以上。通过与这几个厂家的对比，炼铁厂1 000 m3高炉存在的主要问题是鼓风动能偏低，炉缸的活跃程度不够，造成了高炉对外界的条件过分依赖；因此，炼铁厂将风口长度逐步调整至480 mm，直径110、115 mm风口搭配使用。风口呈对称型分布，以保证初始煤气流分布均匀，保持炉缸工作的均匀活跃。炼铁厂以产能提升为契机，以对标参数为依据，大风量提高鼓风动能，活跃炉缸。5#、6#高炉的送风参数发生了较大变化，入炉风量显著提高，风量由2 200 m3/min分别提高到2 500、2 400 m3/min。高炉鼓风动能分别提高了500、1 000（kg·m）/s。二区高炉的炉缸活跃程度显著提高，迅速遏制了频繁损坏风口的状态。适当疏松边缘，稳定煤气流，冷却壁温度趋于稳定，水温差降低，高炉抗波动能力增强。在增加入炉风量以后，随着中心气流的发展，在布料参数上进行了适应性的调整，通过适当疏松边缘，达到了中心畅通、边缘稳定的目的。同时对布料矩阵进行调整，5#炉采取边缘增加1圈焦炭，6#炉采取边缘大一度，增加1圈焦炭，炉况稳定性明显提高。

3.2.4 提高炉顶压力

一般来说，提高炉顶压力能增加入炉风量，延长煤气在炉内停留时间，改善煤气利用，促进间接还原，降低煤气流速，有利于高炉的稳定顺行。5#、6#高炉经过4个月的设备磨合，为了强化冶炼，最终将顶压提到195 kPa。根据炼铁长期生产实践经验估算，在其他条件不变的情况下，仅此项增产生铁150～200 t，降低焦比（3～5）kg/t，冶炼效果显著。当料柱透气性一定时，风量越大，煤气流速越高，料柱对煤气流的阻力损失越大，压差也就越高。风量增加一方面提高了风速和鼓风动能，有利于活跃炉缸，促进高炉稳定顺行；另一方面也有利于煤气流在炉内的合理分布，保持合适的操作炉型，防止炉墙粘结；同时还可吹出较多的粉末，改善料柱的透气性，反过来又可促进风量的进一步增加，从而形成了高炉操作中的良性循环。但是，过高的压差水平会使料柱浮力增加，造成料难行，所以提高压差水平对料柱透气性和高炉操作水平提出了更高的要求。5#高炉在通过精料入炉和加强操作的同时，将压差提高到现在的170 kPa，不仅炉况顺行得到保障，而且增加了风量，提高了产量。

3.2.5 实施低硅冶炼

生铁含硅量每降低0.5%可降低焦比（4～5）kg/t，增加产量1%～1.5%，是促进高炉生产实现高效低耗的一项重要措施。随着原燃料条件改善和高顶压、高风温、富氧喷煤等技术的综合应用，高炉中心气流旺盛，炉缸活跃，热量充沛，适于低硅冶炼，所以在热制度方面进行了大胆尝试，把［Si］降低到0.3%～0.4%。产量相应得到提高，实际煤气体积减小、上升浮力降低。为加风创造了条件，有利于进一步提高冶炼强度。同时物理热仍能保证1 470～l 500℃的水平，能够满足生产要求。

在低硅和强化冶炼情况下，稳定炉温显得尤为重要。高炉要求每小时观察1次风口，提前预测炉温变化趋势，提前进行调剂，做到早调微调，煤粉调剂上下不超2 t，避免风量大幅度波动。每天接班分析上一班组的具体操作，并写出本班组的操作思路，以保证炉况的稳定交接；从稳定冶炼强度来稳定炉温，要求每班争取上限料批。同时，随着原燃料价格的不断攀升，原燃料质量下降，有害元素增多。在生产实践中，铁水含硅量控制较低时，一旦炉况发生波动，炉墙极易掉渣皮。渣皮中富集的有害元素进入炉缸，吸收大量热量，渣铁流动性变差，不利于高炉稳定生产；且渣中Al2O3呈上升趋势，尽管在配矿中相应增加了MgO的配比，但难以避免Al2O3突发增高的现象。为了确保渣铁良好的流动性，以及避免炉凉等生产事故的发生，实现炉况长周期的稳定顺行，日常生产中适当提高了铁水含硅量的控制上限，将其控制在0.35%～0.50%。

4 结 语

通过分析1 000 m3高炉特点，探索研究高炉在“经济产能”下指标的优化与提升，克服了近年来高炉炼铁经济矿入炉引发的炉况波动、燃耗增高、指标恶化等生产问题。系统分析高炉生产关键控制点，为推行经济冶炼技术做好基础工作。为高炉提升产能创造条件，以风为纲、提高氧量、扩大矿批、提高高炉利用系数，在炉况稳定的基础上优化各项经济技术指标。产质量得以稳步提升，燃料比由2015年的544 kg/t降低到了2016年的533 kg/t，高炉利用系数由 3.0 t／（m3·d）提高至 3.25 t／（m3·d）。确保了高炉长期高效率、安全、低耗稳定运行。

Optimization and Promotion of Smelting Indexes of 1 000 m3Blast Furnace in Laiwu Steel

WANG Hui，ZHAO Hongyu，LI Lin，WANG Qinghui
（The Ironmaking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

TF538

B

1004-4620（2017）10-0004-03

2017-06-13

王辉，男，1983年生，2007年毕业于内蒙古科技大学钢铁冶金专业。现为山钢股份莱芜分公司炼铁厂工程师，从事高炉生产工艺技术工作。

blast furnace;smelting index;raw fuel;operation system