2020年我国4000m3特大型高炉运行情况浅析

2021-03-16李伟伟王连昌华建明

中国钢铁业 2021年12期

李伟伟王臣周琦李仲王连昌华建明

1.概况

截止到2020年12月，我国共有25座4000m3以上的特大型高炉在生产。这些高炉的平均容积为4649m3。其中4000m3～4500m3容积的高炉有12座，4500m3～5000m3容积的5座，5000m3以上的高炉8座。本文依据中国金属学会发布的数据，对这25座4000m3以上特大型高炉2020年生产指标进行简要分析，总结我国4000m3以上的特大型高炉本年度的生产经验和技术进步情况，以供高炉工作者借鉴。见表1[1-3]。

表1 我国4000m3以上高炉的有效容积及投产情况汇总表

2.2020年我国4000m3以上高炉生产实绩

高炉生产历来讲究“七分原料，三分操作”，原燃料稳定是高炉稳定的基础，而且高炉容积越大，对原燃料质量的要求越高。我国自产的铁矿石品位较低[4，5]，大部分的高品位铁矿石需要从国外进口；同时，由于国产优质焦煤产量不足，部分焦煤也依赖进口。因此原燃料质量特别是优质进口原燃料供给，对4000m3以上高炉稳定生产的影响尤为明显。

2.1 原燃料指标

2.1.1 配料结构及入炉品位

2020年，4000m3以上高炉总体上仍采用高碱度烧结矿为主配加酸性矿的配矿结构（见图1）。烧结矿、球团矿及块矿的平均比例为69.74%、20.69%、9.57%，与2019年相比并没有较大变化。首钢京唐持续推进大球比生产，球团比例达到了48%～50%的水平，经济技术指标优异。太钢、首迁高炉在提高球团配比的炉料结构上也有所突破，球团比例均达到30%左右。酸性球团矿、自熔性球团矿、块矿的高比例成功应用，说明了4000m³以上高炉仍然有较强的配矿结构适应性。各厂在差异化的炉料结构下，均能保持高炉的顺行，取得良好的经济技术指标，为我国4000m³高炉优化炉料结构配比，积累了丰富的实践经验。

图1 2020年我国4000m3以上高炉原料配比情况

近年来，烧结矿及球团矿的质量指标保持稳定，但有两个指标值得注意：一个是烧结矿的Al2O3呈逐年上升趋势，至2020年平均含量达到1.74%，个别厂家如鞍钢鲅鱼圈、安阳、宝钢，烧结矿含Al2O3达到了1.90%以上，说明4000 m3以上高炉在高铝矿粉的使用上又有新的突破。另一个是烧结矿的平均品位有所降低，球团矿的平均品位有所上升。这与环保要求日益严格、高炉炉料结构向大球比方向发展的总体趋势相一致。

入炉品位也是高炉炉料结构调整需考虑的重要指标。根据自身资源条件，在最低配矿成本的前提下追求最高入炉品位，是企业实施高炉炉料结构调整的主要目标。2020年全国4000m3以上高炉平均入炉品位为59.13%，平均燃料比却达到了513kg/t，比2019年增加了3kg/t。从图2可以看出，高炉燃料比和入炉品位呈明显的相关关系。

图2 2019年与2020年我国4000m3以上高炉入炉品位和燃料比对比图

图2方框中的数据显示，日照1#2#高炉、宝钢1#～4#高炉，既有相对较低的入炉品位，又有较低的燃料比，经济技术指标表现优异。特别是宝钢高炉在入炉品位近两年持续降低的条件下，实现了燃料消耗不升高，体现了宝钢高超的高炉管理水平，值得所有高炉操作者学习。同时太钢、沙钢通过优化操作，高炉燃料比也得到了一定程度的下降。

2.1.2 焦炭质量

图3为2020年4000 m3以上高炉焦炭主要指标。焦炭的平均灰分为12.06%，与2019年相比下降了0.13个百分点，平均粒径51.42mm，呈逐年上升的趋势。焦炭关键指标，CRI:21.6%，CSR:70.3%，M40:89.5%，M10:5.4%，与2020年相比有小幅度提升，焦炭M40降低了0.3个百分点，CSR提高了0.5个百分点。总体来看，2020年4000 m3以上高炉焦炭化学指标保持稳定，焦炭热态性能、灰分、平均粒径等关键指标呈提高的趋势。但各厂由于资源条件不同，焦炭质量的差异化比较明显。从图2的对比也可以发现，宝钢、宝钢湛江、山钢日照的高炉在一般的入炉品位和较优的焦炭热态指标的原燃料条件下，仍取得了较低的燃料比指标。

图3 2020年4000m3以上高炉的焦炭机械强度和热态指标

经过十多年的发展，焦炭对高炉生产的重要性已被大型高炉操作者充分认识。但是由于焦炭筛分工艺的差异、取样方式的不同、化检验设备的测量误差、用焦结构统计不全等原因，各厂的焦炭质量仍无法在同一平台进行精准的横向比较。同时，由于衡量焦炭质量的指标众多，且有些指标之间还存在相互制约的关系，钢铁行业内尚缺乏科学的焦炭质量评价体系。随着钢铁行业的发展，这些问题有望通过高炉技术工作者的努力得以解决，为高炉生产提供性价比更高的焦炭。

2.2 操作参数

2.2.1送风制度

2020年我国4000m3以上高炉送风比见图4、图5。

图4 2020年我国4000m3以上高炉炉容、风量和送风比

图5 2020年我国4000m3以上高炉风压、压差和富氧率比

2020年，这25座高炉的平均送风比为1.47，与上一年相同；平均富氧率4.38%，提高了0.66个百分点。富氧率连续三年上升。其中富氧率高于5%的高炉达到9座，比2019年增加了5座，表明高炉生产得到充分的强化。特别是沙钢5800m³高炉，单月富氧率达到9.0%，年平均富氧率达到7.9%，再创特大型高炉富氧冶炼新高度。武钢8#高炉、京唐1#2#3#高炉富氧率也超过了6%，为我国4000 m3以上高炉高富氧冶炼积累了丰富的实践经验。

2020年，我国4000m³高炉平均送风风压420 kPa，平均压差181 kPa，与上年相比都有所提升，这与2020年高炉原燃料条件优化、冶炼强度提高的整体趋势相符。总体送风参数中，风压和压差都是随炉容的增大而升高，送风比则反之。值得注意的是，包钢的两座高炉在原燃料质量相对较差的条件下，通过优化操作，找到了适宜的送风参数，从而保证了高炉的稳定顺行和较高的利用系数，值得高炉工作者学习和探讨。

2.2.2 铁水成分及炉渣碱度

2020年4000m3以上高炉铁水质量对比见图6，其中铁水含硅量、铁水含硫量、平均铁水温度平均值分别为0.42%、0.031%、1506℃。生铁一级品率为67.76%，与上年相比下降了2.2个百分点，据统计资料显示该指标已连续4年下降，说明随着炼钢脱硫工艺的进步，有些厂家在不断突破高炉铁水含硫指标下限，衡量高炉铁水质量的重要指标的一级品率，正在失去意义。下一步应该综合考虑高炉燃料消耗、高炉顺行、炼铁炼钢脱硫成本等各方面因素，对4000m³高炉铁水含硫提出新的要求、制定新的标准。

图6 2020年4000 m3以上高炉生铁一级率、生铁含硅量、生铁含S量指标

2.3 技术指标

2.3.1 高炉利用系数

2019-2020年我国4000 m3以上高炉利用系数对比见图7。2020年平均利用系数2.16t/m3.d，比2019年提高了0.04t/m3.d，高炉冶炼得到了进一步强化。从图中可以看出，京唐1#、2#高炉、日照2#高炉利用系数得到明显的提高，鲅鱼圈2#高炉、安阳3#高炉、太钢5#高炉利用系数也有进步。值得一提的是，湛江2#高炉利用系数有了进一步提高，单月利用系数达到2.5t/m3.d，年平均利用系数达到2.32t/m3.d，取得了新的突破。

图7 2019、2020年我国4000m3以上高炉利用系数对比图

2.3.2 燃料消耗

2020年4000m3以上高炉平均入炉焦比355kg/t、煤比158kg/t、燃料比513kg/t。与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。从单个高炉来看，全国4000m3以上高炉中，燃料比低于500kg/t的在2019年有11座，2020年降低到了9座，这与2020年高炉整体提升冶炼强度有关，部分高炉为达到较高的冶炼强度，牺牲了部分燃料指标。但也有一些高炉通过提高原燃料质量、优化操作等措施，实现了利用系数和燃料消耗的双优化。如京唐3#、宝钢4#、日照2#、湛江1#、2#等高炉，在年平均利用系数超过2.2的前提下，燃料比都降到了500kg/t以下。

2019-2020年我国4000m3以上高炉燃料消耗结构见图8、图9。可以看出燃料比较低的高炉，呈小块焦比例低、煤比高的现象，燃料比较高的高炉则正好相反。忽略焦炭入炉工艺的不同所产生粉化差异的因素，小块焦的比例高低从一定程度反映了各厂焦炭质量的差异。同时，也看出了原燃料质量特别是焦炭质量与高炉高水平运行的关系。

图8 2020年我国4000m3以上高炉燃料比结构

图9 2020年我国4000m3以上高炉燃料比结构

3.几点思考

3.1 关于特大型高炉运行综合管控

特大型高炉是一个钢铁企业生产运行的核心，由于其物流吞吐量大、产量高等原因，运行水平直接关系到钢铁企业的生产组织、成本控制以及经营绩效，在钢铁企业的生产经营中起着举足轻重的作用。从近年来国内特大型高炉的运行情况看，有因原燃料原因造成高炉炉况失常的，有因高炉操作调整不到位造成炉况长时间波动的，甚至有的高炉发生了炉缸烧穿事故。特大型高炉的运行是一项系统工程，需要从原燃料准备，高炉操作调整，高炉长寿等方方面面综合管理，切不可顾此失彼，过分追求某一项指标而造成其他指标损失。企业要根据自己情况，制定科学合理的特大型高炉综合管控体系，确保高炉稳定均衡运行，发挥特大型高炉在提高劳动生产率、降低成本等方面的作用，严防因特大型高炉波动影响企业生产经营。

3.2 关于高炉稳定顺行及指标优化

稳定顺行是高炉生产的基础，这对于4000m³以上的大型高炉来说尤为重要。原料、设备、操作是大型高炉稳定顺行的三大要素。首先，企业要根据各自资源条件选好精料，做到原燃料稳定优质；第二，要提高设备点检和管理水平，推行设备周期性管理，保证高炉设备健康稳定运行；第三，要提高高炉操作水平，改进操作理念，要给予高炉一定的缓冲空间，尽量避免高炉在极限参数运行，在高炉稳定顺行的基础上追求更优化的指标。反之，为了追求更优的指标而破坏高炉稳定顺行，将得不偿失。

3.3 关于高炉系统成本优化

钢铁企业是能源消耗大户，炼铁成本占钢铁企业总成本的70%以上，因此降低生铁成本是各钢铁企业降低经营成本的主要手段之一。企业生存发展要降本，高炉稳定顺行则要精料，随着钢铁企业竞争加剧，精料和降本这一矛盾也会日益突出。特大型高炉对原燃料的要求较中小型高炉更加严格，一直以来，有特大型高炉的企业都在寻求合理的、能够支撑高炉稳定运行的原燃料标准，就是为了在适当的低成本原燃料条件下，确保高炉的稳定运行。中国金属学会下发的年度4000m³以上高炉原燃料指标平均水平，可以作为特大型高炉原燃料指标的标准参考。同时，各企业也可以根据自己的实际生产情况和资源组织情况进行适当调整。建议企业适当提高和稳定焦炭质量，在含铁原料方面进行合理的成本优化。钢铁企业要确立“以高炉为中心”的铁前系统成本观，科学制定本企业技术水平和资源条件下的系统降本方案。原燃料采购必须兼顾高炉稳定顺行，制定科学、稳定的配煤配矿方案，坚持铁前系统降低成本的正确指导思想。一味追求原燃料采购经济性或者一味追求高炉精料，都是不可取的。

3.4 关于高炉长寿

2018-2019年全国有3座4000m³级高炉进行了大修，炉龄都不足10年。目前在线运行的25座高炉中，炉龄超过10年的有11座，有接近一半的高炉进入了炉役的中后期，因此，4000m³以上高炉的长寿和稳定将是今后需要重视和研究的主要问题。随着各厂大型高炉生产经验的积累、技术水平的提高、监控监测设备的不断完善，4000m³以上大型高炉长寿技术也日趋成熟。高炉技术工作者不仅要有长寿炉型的生产运行理念，还要有科学的综合护炉方案。要综合运用保证优质焦炭质量，控制有害元素入炉，保证高炉顺行，适当控制高炉强度，提高鼓风动能减少炉缸环流，钛矿护炉等有效措施，形成了大型高炉成熟的护炉方案，为4000m³级大型高炉的安全长寿保驾护航。

3.5 关于有害元素控制

现有的研究虽然没有对各特大型高炉的有害元素负荷进行统计，但有害元素对特大型高炉稳定顺行造成的影响越来越突出。碱金属和锌负荷控制较好的企业，高炉保持稳定顺行的周期就长。随着环保要求的日益严格，含有有害元素的固废处理难度日益加大，如果没有合适的外排途径或合理的无害化处理措施，高炉的有害元素负荷就会日益增加。目前，各企业都有各自的有害元素标准，但其标准都是立足本企业的实际制定的，目标是确保企业内部的有害物料自循环。从目前调查的情况来看，特大型高炉的有害元素控制标准需要更加严格。根据先进企业的控制情况来看，特大型高炉碱负荷最好控制在2.5kg/t以内，锌负荷控制在0.2kg/t以内（见表2）。