关于提高高炉利用系数的相关技术指标分析

仲海洋

2020年下半年钢铁需求快速增长，钢材价格从2020年5月起保持环比增长的态势。在这一背景下，提高高炉利用系数不仅可以扩大高炉铁水产量，还能够通过扩大生产规模降低炼铁吨铁成本，从而促进企业效益的增长。Z钢铁企业主体高炉的容积为2000立方米左右，2020年Z钢铁企业在高炉容积保持不变的情况下，通过系统性攻关，高炉利用系数(t/m3·d)由2020年1月的2.32提升至2020年12月的2.92。如果高炉系数能够长期保持稳定，则Z钢铁企业炼铁生产能力至少提高20%。本文通过分析Z钢铁企业相关技术经济指标变化，来探究Z钢铁企业高炉生产能力提升的基本路径。

一、提高原燃料质量

钢铁企业高炉冶炼实践表明，改善原燃料质量和采取各种降低燃料比的措施有助于提高高炉利用系数。因此，多数钢铁企业通常采取如下基本方法来提高高炉利用系数：一是通过提高入炉料品位、提高风温、富氧喷煤和提高高炉顶压等措施改善高炉的冶炼条件，以实现高炉利用系数的提高；二是在控制好高炉适宜冶炼强度的基础上，通过加强高炉操作，如优化高炉操作制度，改善煤气与炉料之间的接触条件，使煤气的热能和化学能得到充分利用，提高煤气利用率，从而实现降低焦比、提高高炉利用系数的目的。

1.提高烧结矿质量

高炉利用系数的提高，要求烧结矿和球团矿具有高品位、高强度、冶金性能好和易还原等特点。Z钢铁企业一直将提高烧结矿品位作为重点工作来抓，该企业2020年1月份烧结矿品位仅为56.42%，2020年12月份提高至57.41%，提高了近1个百分点，且12月份烧结矿品位创年内新高。但该指标曾在7月份降到年内新低，如果剔除7月份，下半年其他月份烧结矿品位总体要高于上半年，并呈提高态势（见图1）。

图1 2020年各月份烧结矿品位 %

为了使高炉易于接受强化冶炼，需要改善炉料的透气性。Z钢铁企业通过提高烧结矿返矿率，降低了入炉烧结矿含粉率，提高了炉料的透气性。如Z钢铁企业2020年1月份烧结矿返矿率为12.82%，2020年12月份烧结矿返矿率提高至14.72%，创本年度新高，且较1月份高出近2个百分点，较年内最低点（5月份）高出3.24个百分点（见图2）。

图2 2020年各月份烧结矿返矿率 %

2.提高焦炭质量

随着高炉喷煤量的增加，高炉料柱的矿焦比不断增大，焦碳作为高炉料柱骨架， 更要突出渗透性(透气与透液)作用，这必然要求焦炭具有更高的质量特性，如焦炭的冷态指标要高，热态性能要好，灰分和硫含量要低，从而对高炉生产实现较高利用系数提供必要的保障条件。高炉生产实践表明，焦炭灰分每增加1%，焦比上升2%左右。Z钢铁企业2020年1月份冶金焦灰分高达12.98%，2020年12月份降至12.19%，较1月份下降了0.79个百分点（见图3）。同时自7月份起，冶金焦灰分基本控制在12.3%左右，且各月波动幅度较小。

图3 2020年各月份冶金焦灰分 %

高炉生产实践表明，焦炭含硫每增加0.1%，焦比上升1.2%～2.0%。Z钢铁企业2020年1月份冶金焦硫分高达0.97%，2020年12月份降至0.81%，下降了0.16个百分点。同时自9月份起，冶金焦硫分基本控制在0.81%左右，且各月波动幅度较小（见图4）。总体看，Z钢铁企业焦炭质量的提升，对高炉生产实现较高利用系数提供必要的保障条件。

图4 2020年各月份冶金焦硫分 %

二、提高高炉运行质量

入炉铁矿品位高低直接影响高炉产量。入炉铁矿品位每提高l%，铁水产量一般提高2.5%～3%，焦比降低1.0%～1.5%，吨铁渣量减少30㎏，允许多喷吹煤粉15㎏/t。Z钢铁企业2020年1月份入炉铁矿品位仅为56.72%，2020年12月份提高至58.78%，提高了2.06个百分点（见图5）。同时Z钢铁企业入炉铁矿品位基本呈逐月提高的态势，波动性明显低于烧结矿品位，表明该企业将提高入炉铁矿品位作为更为核心的技术经济指标。经调研，该企业在入炉料里使用了部分金属化料，从而对入炉铁矿品位的提升起到了很好的调剂作用。

图5 2029年各月份入炉铁矿品位 %

提高富氧率是强化冶炼的有效措施，高富氧率有利于提高理论燃烧温度和促进煤粉充分燃烧，弥补风口前煤粉吸收和烟煤高挥发分挥发所消耗的热量，从而保证炉缸热量充沛，使炉缸工作均匀活跃，因此对降低燃料比有明显效果。富氧率提高1%，高炉炉缸理论燃烧温度升高40℃～50℃，允许多喷煤20㎏/t～30㎏/t。Z钢铁企业2020年1月份富氧率仅为2.3%，2020年12月份提高至4.55%，提高了2.25个百分点；较年内最低月份（3月份）提高了3.19个百分点。且该企业富氧率自4月份起基本保持逐月上升的态势，与入炉矿品位的走势保持一致。

图6 2020年各月份高炉富氧率 %

提高煤比对节焦降耗来说具有积极的意义。高煤比有利于提高煤气中CO和H2的体积分数，能促进矿石的间接还原并抑制其直接还原，同时喷煤后使理论燃烧温度降低又为高炉接受高风温创造了条件，因此，提高煤比是降低焦比和燃料比的良好途径。但是如果喷煤量过大，煤气量和鼓风动能增加过多将不利于燃料比的降低，同时由于受煤气量增大和未燃煤粉的影响，将使高炉压差升高，不利于高炉顺行，导致焦比上升。Z钢铁企业2020年各月份喷煤比基本在153kg/t上下波动，但下半年喷煤比走势及状况明显好于上半年（见图7）。

图7 2020年各月份高炉喷煤比 kg/t

高风温是降低焦比和强化高炉冶炼的重要措施。高炉生产实践表明，风温在950℃～1350℃之间时，每提高100℃可降低焦比8kg～20kg，铁水产量增加2%～3%。Z钢铁企业高炉生产始终保持高风温操作，高炉风温稳定在1170～1200℃，上下波动幅度未超过30℃（见图8）。

图8 2020年各月份高炉平均热风温度 ℃

三、高炉运行效率与效益得到大幅提升

Z钢铁企业通过提高烧结矿、焦炭等原燃料质量，提高高炉运行质量，从而为高炉炉况的顺行和冶炼强度的提高提供了必要条件。该企业烧结矿品位、烧结矿返矿率、冶金焦灰分、冶金焦硫分、入炉铁矿品位、高炉富氧率等关键性指标均在12月份达到年内最优，高炉喷煤比、高炉平均热风温度等指标保持较高水平，多种因素共同作用，使高炉利用系数于2020年12月份达到年内最优（见图9），同时该指标于4月份起，基本保持逐月提高的态势，表明该企业高炉生产效率的提升是循序渐进的，亦表明该企业高炉生产上的各类技术措施亦是循序渐进的。

图9 2020年各月份高炉利用系数 t/m3·d

由于Z钢铁企业对高炉生产采取了综合性技术措施，高炉休风率由2020年1月份的2.93%降至12月份1.81%。同时入炉焦比大幅下降，该企业2020年12月份入炉焦比为317（kg/t），为本年度入炉焦比最低值。较2020年1月份下降了33（kg/t），降幅为9.37%；较年内最高月份（2月份）下降了43（kg/t），降幅为12%。而且自3月份起，入炉焦比呈逐月下降的态势（见图10），这对该企业高炉节能降耗有着非常积极的意义。

图10 2020年各月份高炉入炉焦比 kg/t

四、结论

Z钢铁企业采用综合性技术措施强化了高炉冶炼强度，优化了高炉炉况，大幅度地提高了高炉利用系数、降低了入炉焦比，实现了高效化生产。该企业成功的生产实践进一步表明：高炉生产要以精料为基础，一方面通过采用高风温、高顶压 、高富氧等操作技术，一方面强化高炉操作与管理，不仅可以实现高炉冶炼的稳定顺行，而且能够大幅提高高炉冶炼的关键性技术经济指标。这一经验值得其他钢铁企业借鉴。