新钢2 500 m3高炉燃料结构合理优化

李伟华

(新余钢铁集团有限公司)

经济喷煤、增煤节焦、维持低燃料比一直是炼铁厂降本增效的攻关方向，具有很好的现实意义和推广价值[1-6]。近几年来，新钢2 500 m3高炉煤比一直都维持在145～148 kg/t，受限于各类不利因素的影响，煤比很难长时间突破150 kg/t。

1 存在的问题

新钢2 500 m3高炉用焦结构为7 m主焦+4.3 m焦+外购焦。2020年，受焦化产能的影响，相对质量更稳定的自产7 m主焦只有53.63%，而近20%的外购焦使用量对炉况稳定顺行影响较大，入炉焦炭性能见表1。

表1 新钢2 500 m3高炉入炉焦炭性能

新钢2 500 m3高炉焦丁比仅16 kg/t左右，全国2 000～3 000 m3高炉焦丁比为37.29 kg/t。2019年焦粉取样测定8～10 mm占比达5.7%，不利于降低生产成本。

高炉煤比多年均维持在145～148 kg/t，难以进一步提高，主要影响因素为原、燃料质量差，除尘灰含碳高和喷吹压差波动大等。

1.1 原、燃料质量较差

2021年新钢与周边钢铁企业的原、燃料主要质量指标对比如表2所示。

表2 原、燃料主要质量指标对比 %

2015年以来，新钢2 500 m3高炉入炉品位虽然呈上升趋势，2021年更是达到56.55%，但与周边企业仍然存在较大差距。同时，烧结矿强度也低于周边企业。

2 500 m3高炉配套的两座6 m主焦焦炉运行时间达10年以上，设备老旧，故障率高，干熄焦率不稳定，影响了焦炭质量，增加了增煤节焦的难度。

1.2 除尘灰中含碳高

新钢2 500 m3高炉喷吹煤粉粒级组成不合理，其中-200目含量仅52%，导致风口前煤粉的燃烧率低，未燃煤粉增多，影响高炉顺行。

炼铁厂高炉鼓风未进行脱湿，受天气影响大。2021年1-6月平均大气湿度由6.57 g/m3上升至23.6 g/m3，导致理论燃烧温度下降，未燃煤粉增多。未燃煤粉伴随上升的气流进入高炉重除灰中，浪费了能源。这对高炉喷煤量的提高存在较大的影响，不利于提高煤比。平均大气湿度与高炉重除灰含碳量的关系如表3所示。

表3 平均大气湿度与高炉重除灰含碳量对应关系

1.3 喷吹压差波动大

正常喷吹时，依靠经验来调节罐压及补气量从而控制喷煤量及速率稳定。炼铁厂喷煤总管N2压力波动非常大(1.2～2.2 MPa)，导致喷吹压差波动大。

喷吹压差波动大，风口前喷吹煤粉不稳定，无法实现均喷、匀喷，导致风口前煤粉燃烧率降低，不仅严重影响煤比的提高，还影响了炉况的稳定与顺行。

2 优化措施

兼顾资源、成本和炉况顺行的多重要求，通过有效的技术手段，优化高炉燃料结构，实现生产高质高效与成本最低。炼铁厂通过以下措施，取得了降低燃料比和燃料成本的效果。

2.1 焦炭优化

(1)加强料仓管理

均衡物流供应，确保料位正常，严格执行槽上半仓上料制度，降低返焦率；加强槽下筛分管理工作，定期更换损坏的振动筛。

(2)优化入炉焦炭粒级组成

严抓焦炭粒级组成的管理，减少入炉粉末量，优化焦柱的骨架作用。提高煤比后，焦炭负荷提高。由于7 m主焦及4.3 m焦炭的强度及粒级组成相对外购焦的较好，炼铁厂优化用焦结构，确保入炉7 m焦配比达60%，不仅有利于高炉炉温调剂、管理，还能保障焦柱透气、透液性，利于炉况顺行和改善指标。2021年上半年下调外购焦比例，使7 m焦入炉配比平均达到60.1%，具体用焦结构见表4。

表4 2021年上半年2 500 m3高炉用焦结构 %

调整用焦结构改善了入炉焦炭粒级组成，有利于高炉顺行，为高炉进一步提高煤比创造了有利条件。

(3)提高焦丁比

2 500 m3高炉将焦丁筛间距由10 mm改为8 mm，增加焦丁回收利用率(见表5)，入炉焦丁比由16 kg/t增加至28 kg/t，焦丁占焦炭和焦丁之和的比例由6.39%提高到9.79%，保证了主焦的配比，减少了外购焦量。

表5 2021年2 500 m3高炉入炉焦丁比

通过焦矿混装、增大焦炭批重提高料柱透气性，将焦丁(8～25 mm)加入到烧结矿、块矿、球团中间，不仅提高了料层透气性，同时改善了还原条件。高炉料柱中的焦炭和矿石分层装入与完全混装相比，压差降低了30～40 kPa，透气性得到了明显的改善。通过优化燃料结构，使炉况长期稳定顺行，指标优异，降低了成本。

2.2 喷煤优化

(1)优化煤粉粒级组成

煤粉在风口前燃烧速率是目前限制喷吹量的重要因素。新钢2 500 m3高炉在喷吹配煤中适当增加了反应性、燃烧性好的煤种，提高了煤粉细度，自2021年1月开始将喷吹煤粉-200目粒级占比由52%逐步增加至60%～65%，提高了喷吹煤燃烧率，达到节省焦炭降低生产成本的目的，同时兼顾制粉成本不上升。

工艺上要求磨机出口煤粉温度上限为80～85 ℃，含水率上限为1.5%，从而提高煤粉质量。另外，改进磨机风环，使风量分布更均匀，流向更为合理，提高产量保障高炉喷吹。

优化煤粉粒级组成和改善煤粉质量解决了煤粉质量差的问题，高炉堵枪情况明显好转，提高了煤粉在风口前的燃烧率。

(2)优化喷吹配煤结构

新钢2 500 m3高炉严把入厂原煤质量关，要求原煤HGI>60、水分<15%方能卸车，并及时清除杂物。

另外，新钢2 500 m3高炉从配煤成本、可磨性、制粉成本和热值等几方面对喷吹用煤结构进行优化，通过反复试验，确定合理的喷吹用煤结构(见表6)，适当减少水分较高、可磨性差的南方无烟煤，增加北方无烟煤。虽然配煤成本略有上升，但制粉费用有所下降，且保证了产能，还提高了煤粉热值670 kJ/kg，有利于提高煤比、降低焦比，最终节约燃料费用。

表6 2020年及2021年1-6月配煤结构调整

(3)稳定喷吹压差

由于炼铁厂喷吹外部总管N2压力波动非常大，在喷吹二次补气原管径Ф65 mm的自动调节阀上并联安装一个Ф40 mm的自动调节阀后，调节更加快捷、精准，喷吹更加稳定。同时通过二次补气并联控制技术，喷吹稳定率有大幅提升，超限次数比去年同期下降了70.2%，对高炉稳定喷吹效果明显，杜绝了磨风口现象，促进了煤比的提高。

2.3 布料优化

(1)扩大矿石批重

提高煤比、减少焦炭用量后，高炉软熔带焦层厚度变薄，料柱透气性变差。针对该问题，可以通过扩大矿批(72～74 t/批)、焦批，使焦层厚度有所增加，有效降低软熔带阻力，压差基本维持在0.150～0.155 MPa，取得了良好的效果。

(2)调整矩阵保证中心主导气流

煤比提高、焦比降低后，相应地调整了布料矩阵，主要是缩小矿焦角差，发展中心与边缘两股气流，中间环带布焦5档以下也要适当外移，避免高炉中心气流大而不强，起到优化炉况顺行及增强抗波动能力的效果。

按照“先疏后抑”的原则，先将边缘气流引导出来，再将5档以下焦平台外移，气流分布基本稳定后再进行优化，效果较好。在调整矩阵同时，辅以8档矿焦比值，进行气流微调。目前8档负荷基本维持在4.5左右，气流分布合理，中心主导气流强劲，确保了炉况长期稳定顺行，操作指标优异，达到增煤节焦的效果。

3 实施后的效果

通过优化操作，深挖内潜，2021年上半年新钢2 500 m3高炉取得了合理的燃料结构(见表7)，达到了预期目标，实现了增煤节焦的效果，煤比增至155 kg/t，燃料比降至509 kg/t。焦丁占焦炭和焦丁之和的比例由6.39%提高到9.79%，既保障了主焦配比达60%，减少了外购焦使用量，降低燃料成本，又确保了炉况长期的稳定顺行。

表7 2020年及2021年1-6月燃料结构

从表7可知，新钢2 500 m3高炉在低品质炉料结构条件下，通过优化燃料结构，实现了增煤节焦、降低成本的目的。

4 结语

针对低品位冶炼条件下，大渣比难以大喷煤的技术难题，新钢2 500 m3高炉通过优化喷煤结构、对喷煤系统进行技术攻关，配合高炉操作的不断优化、实施小焦丁回收工艺等措施，摸索出适合自身的合理的燃料结构，提高焦丁比达10 kg/t以上。在焦炭产能未提高的情况下，保证了主焦的配比，减少了外购焦量，改善了高炉燃料结构，使炉况长期稳定顺行，指标优异。