关于马钢4000 m3高炉适宜富氧量的分析

刘晓军，郝团伟

（马钢股份公司炼铁总厂 安徽马鞍山 243000）

富氧是促进高炉经济技术指标稳定的工艺技术指标。适宜的富氧用量是促进原燃料成本，工艺指标优化的关键点。马钢两座4000 m3高炉自2007年自投产至今已有12年之多，在如今进入炉役后期后，如何围绕“稳产、低耗、长寿”的目标，降低生铁成本、延长炉役期是高炉生产的重中之重。

主要通过马钢某座4000 m3高炉近几年的利用系数、燃料比、煤比、吨铁成本等等历史数据进行分类分析汇总，数据区间选定为从2014年6月后高炉料制“平台+漏斗”转换后的数据，分析富氧率与诸多经济指标的对应关系。

1 高炉部分指标情况

高炉富氧鼓风后，其喷煤燃烧条件不断改善提升后，煤粉置换比和燃烧率的提高，为高炉生产的稳产降耗提供经济基础，对于高炉炉况整体运行来说起着极其重要的作用。本文在已有历史数据的基础上，对多个高炉参数数据与富氧率之间的经济性与稳定性的相互关系进行分析对比。

1.1 富氧率与高炉利用系数

在维持高炉炉腹煤气量指数处于合适范围内波动下，高炉利用系数随着富氧率升高而上升，下料量不断提升，生铁水产量逐渐增加，高炉负荷、焦煤比随之变化。从图1趋势中得出，富氧率在3.5-4.0之间时，高炉的利用系数较高，并处于一个相对较小的区间，炉况指数较为稳定。

图1 富氧率与利用系数

1.2 富氧率与高炉燃料消耗数据

如图2所示，随着富氧率的增加，煤比逐渐增加，焦比不断下降，燃料比相对处于一个较小的区间范围内。当富氧率处于2.5%-2.8%和3.7%-4.0%之间，燃料比均处于501 kg左右水平，其中富氧率2.5-2.8%之间煤比144 kg左右，富氧率3.7-4.0%之间煤比172 kg左右。由于缺少高炉富氧喷煤数据模型支撑，对后续富氧率继续增长其对应的燃料消耗变化难以推算。在理论上，根据煤焦含碳量的变化以及焦炭骨架作用的不可替代性，煤焦置换比会越来越低，燃料比消耗也将随之升高，其结果就是燃料成本盈利区间会缩小。所以说不同富氧率下，都有其对应的经济燃料比及其工艺参数。

图2 富氧率与高炉燃料消耗数据

2 富氧率与部分成本指标的对应性

2.1 原、燃料成本以及富氧成本变化

从图3、图4趋势表可以看出，自高炉富氧率增长上升后，吨铁燃料成本逐渐下降，是高炉降耗的重要盈利点。但随着富氧率的增加，燃料结构不断发生变化，为保证炉渣碱度合适，炉料结构中烧结矿用量增加，球团矿及块矿用量减少，由于烧结矿品位低于球团和块矿，使得矿耗上升，造成吨铁原料用量的增加，原料成本随着上升。

图3 吨铁燃料比成本变化

图4 吨铁原料成本变化

正常生产中富氧成本随着富氧率增长逐步上升，如果氧气单价继续上涨，当燃料成本节约的空间小于富氧消耗成本后，应从成本角度应考虑其上升的幅度区间和经济性。如图5所示。

图5 富氧成本变化

2.2 两个不同富氧率下燃料成本对比

以表1所示：富氧率2.5%-2.8%和3.7%-4.0%两个燃料比相对较低的区间进行对比分析，综合来看3.7%-4.0%富氧率下原燃料、氧气综合成本最低，吨铁成本低12元左右。大焦价格及混合煤价格按目前市场价进行测算，两者价格差在850元/t左右。燃料成本赢利主要在于煤焦差价，当差价越大时，高富氧下提升煤比效益就更加明显。因此焦煤差价的高低变化，在维持稳定利用系数下，其高炉的适宜富氧率也会随之变化。

表1 不同富氧率下成本数据

2.3 富氧率与富氧成本

高炉氧气成本随着富氧率上升，成本逐渐上升。从图6可以看出，氧气单价按0.58元/m3测算，按高炉风量6600 m3/h，日产8900 t/d测算，当富氧率从2%加至7%，其富氧成本从16元/t上升至60元/t，成本上升了44元/t。因此在考虑经济性的情况下，如果富氧率上升后，高炉综合燃料成本未下降到成本赢利点，生铁成本不降反升的可能性比较大。如果氧气单价越低，高炉在考虑经济性的情况，其不同富氧率下成本操作空间越大，反之氧气单价越高，高炉富氧喷煤的空间就越小，因此氧气单价也制约高炉喷煤比上升。

图6 富氧率与富氧成本变化

2.4 富氧率与炉腹煤气量

富氧率与炉腹煤气量相互匹配，可以促进高炉经济指标提升。高炉在各个炉役期内的炉腹煤气量由于高炉特性变化，适宜区间会发生改变。随着鼓风富氧率的上升，高炉操作者根据原燃料条件来确定不同富氧率下的炉腹煤气量区间，调整炉况参数维持炉腹煤气量稳定，可以在产量、原燃料、动力介质消耗上取得更好的平衡，吨铁成本更经济。

3 富氧率不适应的影响

富氧鼓风后虽对于高炉冶炼有强化冶炼、提升产量等诸多好处，但也应考虑其不利的影响方面。过度增加富氧使用会导致炉况发生变化，燃料消耗增加，铁水产量未得到明显提升，生产成本增加得不偿失，其主要表现在：一是风口理论燃烧温度发生急剧变化，炉内各区温度段发生变化下降，甚至造成炉内热平衡失调；二是致使边缘气流发展活跃，炉身下部各方向温度分布出现偏差，导致炉内透气性指标变化，破坏高炉稳定顺行。

4 结语

不同时期的氧气单价和焦煤差价影响着高炉冶炼成本。高炉操作根据市场焦煤价格变动，快速定位适合本高炉的富氧率下提升煤比稳定燃料比，并且增加喷煤量应与富氧率相适应，体现在经济效益上会更加明显。

高炉富氧是推动工艺及经济效益进步的重要参数，在生产维持适宜的富氧量应从多方面综合考虑，既要满足工艺需求，也要保证效益最大化，盲目的操作只会增加无意义的成本损耗。

目前马钢两座4000 m3高炉都处于稳产降耗阶段，产能受限的情况下，选取与高炉利用系数对应的富氧率最佳区间，控制冶强降低燃料比提高煤比可以有效降低生铁成本，维持炉缸工作状态稳定。虽受限于目前高炉控产能稳炉缸的工作目标，实际生产中已不适应用较高的富氧率组织生产，但为今后（第二代、第三代炉龄）确定高炉富氧喷煤参数模型，研究不同富氧率条件下高炉吨铁冶炼成本和评价提供理论基础，是今后降低冶炼成本可以探索的潜力方向。