我国4000立方米及以上级大高炉生产指标浅析

周东东 陈金锋 李伟伟 姜 曦

一、序言

炼铁在全行业供给侧结构性改革过程中起着关键作用，肩负着在资源、能源和减少污染排放方面的艰巨责任，淘汰落后产能、限制产能、节能减排成为炼铁行业一项艰巨的任务。近年来，炼铁行业在供给侧结构性改革中取得了巨大进展，尤其在高炉大型化方面成效显著。4000m3以上高炉成为炼铁行业产业结构调整过程中的讨论焦点，其顺行及指标情况受到全行业的关注。宝钢湛江1号高炉和2号高炉分别于2015年9月25日和2016年7月15日投产，炉容均为5050m3（2017年山东钢铁日照分公司新建两座高炉炉容为5100m3），上述两座高炉的投产，综合应用了我国大高炉建设及生产管理的最新成果，对于大高炉生产具有重要的意义。

截止目前，宝钢共有大高炉7座，首钢3座，鞍钢、马钢、太钢及包钢各2座，武钢、沙钢、安钢、本钢各1座。本文将我国22座4000m3以上高炉2016年生产指标进行简要分析，希望能对各企业在生产经营方面有借鉴意义。见表1。

二、2016年4000m3以上高炉生产实绩

（一）生产指标

1.高炉利用系数

我国4000m3以上高炉平均炉容4587.55m3，平均利用系数2.06t/m3.d，比2015年高0.01t/m3.d[2-3]。2016年我国大高炉全年产铁5460.09万吨，占我国生铁产量的7.79%。见图1。

2.入炉焦比与燃料比

2016年，4000m3以上高炉平均入炉焦比348.91kg/t、煤比155.98kg/t、吨铁能耗384.95kgce/t。从燃料消耗看，宝钢的4座高炉最低，见图2。焦比较2015年增加了3.51kg/t，煤比降低了0.2kg/t，吨铁能耗增加3.96kgce/t。但是个别高炉焦比高于420kg/t，能耗大于540kgce/t。煤比最高的为首钢京唐的两座高炉，分别为187.01kg/t和195.06kg/t。宝钢高炉的煤比整体较高，其六座高炉的煤比大部分保持在167kg/t至180kg/t之间。

图1 炉容和利用系数

表1 我国4000m3以上高炉的有效容积及投产日期

图2 2016年4000m3以上高炉焦比、燃料比和能耗

3.送风制度

2016年各高炉的送风参数见图3a、b。宝钢湛江1号高炉的吨铁耗风量最低，迁钢3号高炉吨铁耗风量最高，为1233.81m3。2016年各高炉平均富氧率3.32%，比2015年降低0.28%。图3显示高炉风压及压差的关系，从图中可知，压差差别较大，首钢京唐的两座高炉压差最高，超过200kpa。2016年各高炉的平均风压405.10kpa，与2015年大致持平；平均压差为173.35kpa，比2015年高2.2kpa。

（二）原燃料指标

1.焦炭及煤粉质量

2016年，我国4000m3以上高炉喷吹煤的灰分平均为9.56%，挥发分为17.88%。其中煤粉灰分比2015升高0.04%，挥发分降低0.03%。各高炉焦炭的平均灰分为12.02%，硫含量为0.70%。见图4、图5。2016年各高炉的焦炭平均粒径为51.52mm，M40平均为89.61%。焦炭平均粒径比2015年降低0.43mm，M40增加0.63%。见图6。

2.原料配比及入炉品位

我国自产的铁矿石品位较低[5]，大部分的高品位铁矿石需要从国外进口，对4000m3以上高炉的稳定生产形成一定影响。2016年4000m3以上高炉的烧结矿、球团矿及块矿的平均比例为71.87%、19.12%、9.01%。与2015年相比，烧结矿比例增加了1.25%，球团矿比例降低了0.84%，块矿比例降低了0.41%。烧结矿平均粒度及入炉品位平均值分别为20.80mm、59.22%，见图7、图8。

图3a 2016年我国4000m3以上高炉送风参数吨铁耗风量和富氧率

图3b 2016年我国4000m3以上高炉的送风参数风压和压差

图4 2016年4000m3以上高炉煤粉质量

图5 2016年4000m3以上高炉的焦炭质量

图6 2016年4000m3以上高炉的焦炭强度和平均粒径

（三）操作参数

1.铁水成分及铁水温度

2016年4000m3以上高炉铁水含硅和铁水温度情况见图9，铁水含硅量及铁水温度平均值分别为0.43%和1502.68℃，与2015年持平。高炉生铁一级品率是指生铁含硅量大于0.25%，含硫量小于0.030%的生铁占所有生铁的比例2016年4000m3以上高炉铁水含硫量和一级品率，生铁含硫及一级品率的平均值分别为0.029%和73.76%。见图10。

2.渣比及二元碱度

2016年4000m3以上高炉的平均渣比及二元碱度见图11，分别为299.40kg/t、1.18。渣比较2015年降低了2.26kg/t，虽然有所降低，但与国外的高炉相比，我国的渣比偏大，建议有条件的企业将吨铁渣比控制在280kg/t以内。

3.炉顶煤气利用率

煤气利用率与高炉的吨铁燃料比有着直接的关系。2016年我国4000m3以上高炉的平均煤气利用率及燃料比见图12，分别为48.40%、512.44kg/t。只有宝钢等少数几座高炉的煤气利用率高于50%，吨铁燃料比控制在了500kg/t以内，个别高炉的煤气利用率甚至低于45%。各企业应在确保大高炉原燃料质量及外围生产条件的同时，不断完善操作制度，稳定炉况，提高煤气利用率，优化指标。

图7 2016年4000m3以上高炉原料配比

图8 2016年4000m3以上高炉入炉品位

图9 2016年4000m3以上高炉铁水含硅量和铁水温度

图10 2016年4000m3以上高炉铁水含硫量和一级品率

图11 2016年4000m3以上高炉渣渣比和二元碱度

图12 2016年4000m3以上高炉燃料比和煤气利用率

4. 休风率和冶炼强度

减少休风率是保障高炉冶炼稳定顺行及优质高效的基础。图13为2016年我国4000m3以上高炉的休风率和冶炼强度。2016年我国4000m3以上高炉平均休风率为2.57%，马钢A、B高炉、迁钢3号高炉、太钢5号高炉及本钢新1号高炉的休风率均低于1，但个别高炉达到了5%以上。4000m3以上高炉都是各企业的核心关键工序，一旦出问题，对公司整个的生产经营将造成严重影响，建议各企业进一步提高4000m3以上高炉的保障能力，提高装备水平，稳定高炉生产。2016年全国4000m3的冶炼强度为0.73%，冶炼强度较高的有梅钢5号高炉、太钢5号高炉、太钢6号高炉。

三、相关建议

（一）关于高炉稳定顺行及指标优化

在原燃料质量大幅度波动、保障能力下降的情况下，要实现高炉长周期稳定顺行、低成本和环保，成为当前高炉生产面临的最大挑战。即使在这种情况下，高炉仍然必须根据自己原料的性质搞好精料，通过优化配料，控制有害元素，提高入炉品位，确保焦炭质量。同时也要借鉴同行业经验，系统分析大高炉生产关键控制点，在炉况稳定的基础上，优化各项经济技术指标、降低生产成本。

图13 2016年我国4000m3以上高炉休风率和冶炼强度

（二）关于高炉长寿

高炉长寿技术的主要限制环节是炉腹、炉腰和炉身下部冷却壁的破损，以及炉缸炭砖的侵蚀。通过优化操作制度，形成合理的操作炉型，促进高炉冷却壁热面形成稳固的保护层，是延长高炉寿命的关键。近几年，个别4000m3以上高炉出现了炉身铜冷却壁破损，对高炉稳定高效生产造成影响。根据生产实践分析和研究得出，造成铜冷却壁破损的主要原因：一是设计、施工存在问题；二是渣皮不稳定，造成冷却壁因热振而损坏或被炉料磨损。高炉长寿是衡量单体高炉经济效益的重要指标，各高炉要系统研究长寿问题，维持适宜的冶炼强度，稳定边缘气流，摸索制定适宜的操作制度，形成厚度适宜且稳定的渣皮，延长炉身冷却壁的寿命。炉身冷却壁镶砖一旦脱落，要及时采取喷涂的措施进行修复，炉身冷却壁出现破损情况要及时采取措施处理。

（三）关于高炉大、中修

高炉大、中修是一次提高高炉整体技术和装备水平的好机会。要提前规划，认真总结上一代炉役中系统存在的问题，借鉴其他企业好的经验，从设计入手，结合本厂的实际情况，充分论证。大修要建立一套规范的流程，对设备、材料的选用、施工、后期维护要有严格的要求。高炉设计和施工不能一味图快，高炉设计也不仅仅是设计单位的事，业主单位必须深入参与，只有业主单位才最了解现场问题和需求。

（四）关于高炉的智能化、无人化生产技术

近年来,计算机模拟、人工智能等技术发展非常迅速，国外钢铁企业开始更多地运用智能化、无人化生产技术。国内外冶金工作者在信息化、智能化方面做了大量的工作,例如高炉冶炼专家系统、激光料面测量和可视化高炉技术、生产数据远程监控及诊断系统等先进技术的使用，提高了广大炼铁工作者对高炉过程的认识，提高了高炉操作水平。今后，以智能制造为主导的工业4.0计划的实施，即通过物联网、移动互联网、云计算平台，构建深度学习的神经网络高炉专家系统，以及各种技术的集成应用，对优化高炉工艺乃至于全周期全流程的炼铁工序技术进步大有裨益。

（五）关于高炉环保

目前，各企业环保压力大，最大的问题是缺少成熟可靠的环保技术。但这些问题光靠厂矿是不够的，相关的科研机构、供应厂商也要大力开展环保新技术的研究，重点是废水和氮氧化物的处理技术研究，见表2。

表2 我国4000m3高炉2016年各指标平均值

致谢:本文数据为中国炼铁生产运行，高炉生产运行技术指标数据对标工作组成员为：宝钢居勤章；宝钢梅山韩宏松；鞍钢李仲、李伟伟；武钢李盺；首钢迁安赵俊花；首钢京唐晏建永；太钢张华；安阳钢铁李爱峰；沙钢程宝泉；本钢赵伟；包钢贾西明、刘璐；马钢凌明生、张明，谨致谢忱

[1]Zhou D D, Cheng S S, Wang Y Sand Jiang. X.Production and development of large blast furnaces from 2011 to 2014 in China[J]. ISIJ Int., 2015∶ 2519–2524.

[2]Zhou D D, Cheng S S, Wang Y Sand Jiang. X.The production and development of large blast furnaces in China during 2015[J]. Ironmaking & Steelmaking,2016∶ 1-8.

[3]姜曦，王颖生，周东东. 近年来我国大高炉生产指标浅析[J]. 炼铁，2016，35（3）：1-5.

[4]Naito M, Takeda K, Matsui Y. Ironmaking Technology for the Last 100 Years∶ Deployment to Advanced Technologies from Introduction of Technological Knowhow, and Evolution to Next-generation Process[J]. ISIJ International, 2015,55(1)∶7-35.

[5]王筱留. 钢铁冶金学（炼铁部分）（第三版）[D]. 北京：冶金工业出版，2013，12.