王 輝，趙洪雨，李 琳，王慶會

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鐵廠，山東 萊蕪271104）

萊鋼1 000 m3高爐冶煉指標(biāo)的優(yōu)化與提升

王 輝，趙洪雨，李 琳，王慶會

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鐵廠，山東 萊蕪271104）

萊鋼煉鐵廠分析1 000 m3高爐特點，推行經(jīng)濟冶煉技術(shù)。制定了滿足高爐提升產(chǎn)能的燒結(jié)礦、球團礦、生礦、焦炭等原燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加強原料管理，建立日核算制度、高爐成本控制模型。通過提高風(fēng)溫，增加噴煤量，確定風(fēng)口布局，提高爐頂壓力等操作，高爐燃料比由2015年的544 kg/t降低到2016年的533 kg/t，高爐利用系數(shù)由3.0 t/（m3·d）提高至3.25 t/（m3·d）。

高爐；冶煉指標(biāo)；原燃料；操作制度

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠（以下簡稱煉鐵廠）共有6座1 000 m3高爐。自2008年鋼鐵危機爆發(fā)以來，原燃料供應(yīng)緊張、變動頻繁，給傳統(tǒng)的高爐“精料煉鐵”方針帶來了極大沖擊。經(jīng)濟料的最大特點是價格低、品位低、雜質(zhì)成分高。大比例配加盡管有效降低了高爐礦料成本，但也帶來了種種惡果，如爐料透氣性下降、渣量增加、爐況波動加劇等；為此，煉鐵廠分析1 000 m3高爐特點，研究高爐在“經(jīng)濟產(chǎn)能”下指標(biāo)的優(yōu)化與提升，克服了近年來高爐煉鐵經(jīng)濟礦入爐引發(fā)的爐況波動、燃耗增高、指標(biāo)惡化等生產(chǎn)問題。系統(tǒng)分析高爐生產(chǎn)關(guān)鍵控制點，為高爐提升產(chǎn)能創(chuàng)造條件；以風(fēng)為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數(shù)，在爐況穩(wěn)定的基礎(chǔ)上優(yōu)化各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。爐況保持了長時間的穩(wěn)定順行，實現(xiàn)了高爐的高產(chǎn)低耗。

2 1 000 m3高爐提升產(chǎn)能的條件

2.1 制定滿足高爐提升產(chǎn)能的原燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 燒結(jié)礦

1）煉鐵廠老區(qū)燒結(jié)礦產(chǎn)能與高爐需求量存在不匹配的現(xiàn)狀，燒結(jié)礦缺口較大，需要用外廠燒結(jié)礦進行補充。由于無法實現(xiàn)均勻配加，造成了爐渣堿度的波動，多次倒運又造成了燒結(jié)礦的粉末增加，入爐粉末增加后惡化了高爐的透氣性，影響了高爐的生產(chǎn)穩(wěn)定。為降低生產(chǎn)成本，燒結(jié)工序配加了高鋁的塞拉利昂粗粉，由于塞礦粒度較大，10 mm以上的組分在50%左右，直接影響了燒結(jié)礦成品質(zhì)量。

2）對自產(chǎn)燒結(jié)礦的質(zhì)量要求。燒結(jié)礦品位TFe（54±0.5）%，AL2O3≤2.5%，堿度波動≤0.05，F(xiàn)eO波動≤0.5%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)≥76%，粒度控制在5～50 mm。其中粒度+50 mm≤5%，粒度-5 mm≤5%，粒度5～10 mm≤25%。

2.1.2 球團礦

1）煉鐵廠使用的球團礦品種較多。老區(qū)配加外購萊礦球、魯南球、礦建球，二區(qū)高爐全部配加自產(chǎn)一車間球團礦。外購球則存在階段性粉末多的情況，難以篩分，造成入爐粉末較多，影響料柱的透氣性。

2）球團礦質(zhì)量要求。球團礦TFe≥63%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)≥94%，自產(chǎn)球-5 mm≤2%，外購球-5 mm≤5%。

2.1.3 生礦

1）煉鐵廠的生礦均儲存在露天料場，當(dāng)天氣變化時對生礦質(zhì)量影響較大。生礦水分變大時，附著的粉末基本無法被篩下，全部進入了高爐。雨天時，高爐經(jīng)常被迫減少生礦配加量以避免爐況波動。

2）提升產(chǎn)能對生礦的質(zhì)量要求。生礦粒度控制在5～25 mm，其中-5 mm≤7%。

2.1.4 焦炭

1）煉鐵廠所使用的焦炭比較復(fù)雜，外購焦全部存放在露天料場，下雨天水分過高時，焦粉會粘附在焦炭上無法篩下，造成入爐粉末量增加，這是影響生產(chǎn)的重要因素。煉鐵廠老區(qū)高爐使用的焦炭為自產(chǎn)焦，自產(chǎn)焦質(zhì)量穩(wěn)定性不好，階段性出現(xiàn)水分波動（一煉焦干熄率90%～95%，產(chǎn)生的水熄焦摻混不均勻），此外，自產(chǎn)焦中硫含量偏高導(dǎo)致高爐硫負(fù)荷升高，燃耗升高。

2）自產(chǎn)焦：灰分≤13%，S≤0.95%，40≥84%，10≤7%；反應(yīng)后強度≥62%，反應(yīng)性≤28%，干熄水分≤3%，濕熄水分≤8%。外購焦：灰分≤13%，S≤0.65%，40≥84%，10≤7%；反應(yīng)后強度≥62%，反應(yīng)性≤28%，干熄水分≤3%，濕熄水分≤8%。

2.1.5 煤粉

1）煉鐵廠老區(qū)的高爐受噴煤制粉能力的影響，煤比提升后，制粉量不足，需要頻繁倒用舊系統(tǒng)。倒罐頻率高，使用舊系統(tǒng)時高爐風(fēng)壓上升較多，對高爐爐況穩(wěn)定順行存在不利影響。

2）對入爐煤粉的質(zhì)量要求?；曳帧?0%，揮發(fā)分≤10%，固定碳≥77.5%，S≤0.5%，水分≤1%，-0.074 mm≥60%。

2.2 加強原料管理

提高高爐原燃料穩(wěn)定性，及時與原料部、焦化廠、公司其他部門溝通，建立實時、真實的原燃料預(yù)警機制。同時，自身不斷加強精料技術(shù)研究與管理，及時優(yōu)化燒結(jié)礦混勻料、煉焦配煤結(jié)構(gòu)，加強原燃料檢測，改造外圍設(shè)備等，既保證了原燃料優(yōu)質(zhì)優(yōu)量供給高爐，又實時掌控原燃料質(zhì)量變化情況，為判斷爐況發(fā)展趨勢和保證高爐長期穩(wěn)定奠定了基礎(chǔ)。為了適應(yīng)在高產(chǎn)量下的操作，保證爐況穩(wěn)定順行，采取了以下措施。

1）加強入爐焦炭質(zhì)量管理。加強與生產(chǎn)調(diào)度中心聯(lián)系，盡量使自產(chǎn)焦與外購焦分倉供應(yīng)，保證有序上料；在板報上記錄不同入爐焦炭所占百分比，為本班和下一班提供焦炭負(fù)荷參考；要求工長和上料操作人員每小時觀察記錄焦炭料車料位，及時檢查水分變化并及時適量調(diào)劑負(fù)荷，減少因其波動對爐況的影響。

2）及時掌握原燃料變化情況，防止粉料入倉；每2 h檢查入爐原燃料實物質(zhì)量。

3）加強槽下篩分，減少粉料入爐。槽下對礦石、焦炭的過篩效果，是精料工作的重要環(huán)節(jié)。-5 mm的粉末人爐數(shù)量增加，高爐的透氣性很快惡化，導(dǎo)致順行被破壞，產(chǎn)量降低、焦比升高，甚至爐墻結(jié)厚等惡性事故發(fā)生，所以應(yīng)加強檢查、測定、定時清篩等管理工作。一般情況下，要求每個礦篩振料時間不低于100 s；對于焦炭，要求振料時間＞120 s。發(fā)現(xiàn)振料時間少于規(guī)定時間時要及時調(diào)整。

4）加強槽位管理。高爐料倉槽位受多方面因素影響，如槽位過低會加劇礦石和焦炭摔打，使小粒級和粉末大量增加，同時倉壁附著的粉末也隨之而下，必然惡化高爐透氣性，破壞高爐順行。隨之生產(chǎn)平衡被打破，影響前、后道工序正常生產(chǎn)，形成惡性循環(huán)，所以必須要主動控制。為減少礦石、焦炭小粒級和粉末入爐，規(guī)定正常燒結(jié)礦槽位≥1/2，焦炭槽位≥1/2。

3 提升指標(biāo)采取的措施

3.1 管理制度優(yōu)化

建立日核算制度，建立高爐成本控制模型，分析爐料性價比。通過適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。受市場價格影響，各種礦料單品位成本變化大，供應(yīng)情況也不穩(wěn)定。在密切關(guān)注市場供應(yīng)情況的同時，只有通過日核算、勤調(diào)整，才能及時按照精確性價比排出次序。但穩(wěn)定運行又是高爐高效生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)，因此需要分析爐料性價比，模糊控制與精確控制相結(jié)合，創(chuàng)建低成本爐料優(yōu)化模型，不斷優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，為推行經(jīng)濟冶煉技術(shù)做好基礎(chǔ)工作。主要實施步驟如下。

3.1.1 建立日核算制度

根據(jù)每月和每周的爐料性價比，每周對爐料進行1次排序，并結(jié)合高爐實際運行情況，每日一核算精確性價比、生產(chǎn)成本，并根據(jù)公司的爐料結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)優(yōu)化、調(diào)整。經(jīng)計算，進口塊礦始終是單品位成本最低的爐料，應(yīng)安排各高爐優(yōu)先配加，并要求達(dá)到5%～10%的比例。為避免出現(xiàn)經(jīng)濟礦料配比過高影響冶煉指標(biāo)的情況，以首先滿足高爐爐況穩(wěn)定順行為原則，累積、比較日核算數(shù)據(jù)，探索最佳配比。在高爐爐況出現(xiàn)波動情況下，及時調(diào)整配比，經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化調(diào)整，在滿足高爐爐況穩(wěn)定順行需要和降本增效之間找到了最佳交叉點，高爐爐況穩(wěn)定性提高，同時生鐵成本也顯著降低。

3.1.2 建立高爐成本控制模型

每月根據(jù)爐料預(yù)算價格，對燒結(jié)礦、球團礦及塊礦進行性價比排序，同時根據(jù)燒結(jié)礦、二區(qū)球團礦區(qū)域自平衡原則，及時優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，保證高爐爐料成本最低。另外，為全面降低爐料成本，還應(yīng)注意：1）根據(jù)礦料庫存及供應(yīng)情況，調(diào)整配比，計算出每種礦料的單品位成本及冶煉性能，然后根據(jù)經(jīng)濟性及冶煉性能進行排隊，優(yōu)先使用單品位成本最低的礦料，最大限度降低燒結(jié)礦成本。2）采取多種措施，穩(wěn)定原燃料質(zhì)量，如根據(jù)焦炭加減價的管理制度，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)改變焦炭取樣地點，將焦炭取樣地點由焦化廠改為焦化廠與煉鐵廠皮帶交接處，確保了焦炭成分的真實性和代表性。

從2014年1月開始兩區(qū)高爐大幅度增加塊礦配比，特別是進入2015年年底開始，根據(jù)爐料性價比測算，在塊礦具有較高性價比時，高爐配加塊礦比例不低于20%。截至2016年12月，爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化與2015年相比，剔除價格因素，老區(qū)噸鐵成本降低5.06元，二區(qū)降低4.93元，降本效果顯著。

3.2 操作制度優(yōu)化

3.2.1 確定合適的礦批

礦石批重對爐料在爐喉分布影響很大。礦批太小布料不均，小到一定程度將使邊緣和中心無礦石。礦批增大軟熔帶氣窗增大，料柱界面效應(yīng)減少，有利于改善料柱透氣性。客觀上來講，每座高爐都有臨界礦批。當(dāng)?shù)V批大于臨界值時，高爐順行難以得到保障；當(dāng)批重小于臨界值時，高爐指標(biāo)難以得到優(yōu)化。5#、6#高爐在試驗時通過對礦批28～36 t進行反復(fù)嘗試總結(jié)，最終確定35 t/批適合高爐目前狀況。這一批重，可以兼顧中心、疏松氣流，改善煤氣利用；隨著焦批的增大，焦窗增大，軟熔帶透氣性增加，有利于改善料柱透氣性。

3.2.2 提高風(fēng)溫、富氧，增加噴煤量

提高風(fēng)溫水平能顯著提高理論燃燒溫度，提高渣鐵物理熱，改善渣鐵流動性。由于煉鐵廠經(jīng)濟料中Al2O3普遍較高，如果渣鐵物理熱不充足，爐缸熱貯備相應(yīng)減少，高爐爐腰、爐腹、爐缸等高熱流強度區(qū)域的熱量儲備處于較低水平。一旦高爐風(fēng)量偏少，操作稍有不慎，極易造成爐身粘結(jié)，導(dǎo)致爐況失常。為了創(chuàng)造高爐接受高風(fēng)溫的條件，高爐采取以下措施：1）提高礦石和焦炭強度，特別是熱強度，盡量篩除原料中-5 mm的粉末，改善料柱透氣性；2）提高爐頂壓力，利用高壓操作對還原和降低爐內(nèi)煤氣壓差的有利因素來消除高風(fēng)溫對高爐還原和順行的不利影響，高爐頂壓保證不低于195 kPa；3）增加噴吹量，利用噴煤降低風(fēng)口前理論燃燒溫度的特性來抵消高風(fēng)溫對風(fēng)口燃燒溫度的影響，以獲得合理的理論燃燒溫度。2016年高爐富氧率基本穩(wěn)定在4%左右，高富氧大噴吹必然會對高爐的順行狀況產(chǎn)生一些影響，主要表現(xiàn)在富氧增加后風(fēng)量下降、壓差升高、邊緣煤氣流發(fā)展，同時噴吹量的增加使焦炭負(fù)荷加重，料柱骨架作用減弱，透氣性變差，影響爐況順行。針對以上變化，高爐通過調(diào)整布料矩陣和用料結(jié)構(gòu)、擴大批重、精料等措施，較好地克服了以上不足。

3.2.3 確定風(fēng)口布局，提高鼓風(fēng)動能

根據(jù)省內(nèi)同類型高爐的對標(biāo)統(tǒng)計，1 000 m3高爐的鼓風(fēng)動能最高達(dá)到10 000（kg·m）/s以上。通過與這幾個廠家的對比，煉鐵廠1 000 m3高爐存在的主要問題是鼓風(fēng)動能偏低，爐缸的活躍程度不夠，造成了高爐對外界的條件過分依賴；因此，煉鐵廠將風(fēng)口長度逐步調(diào)整至480 mm，直徑110、115 mm風(fēng)口搭配使用。風(fēng)口呈對稱型分布，以保證初始煤氣流分布均勻，保持爐缸工作的均勻活躍。煉鐵廠以產(chǎn)能提升為契機，以對標(biāo)參數(shù)為依據(jù)，大風(fēng)量提高鼓風(fēng)動能，活躍爐缸。5#、6#高爐的送風(fēng)參數(shù)發(fā)生了較大變化，入爐風(fēng)量顯著提高，風(fēng)量由2 200 m3/min分別提高到2 500、2 400 m3/min。高爐鼓風(fēng)動能分別提高了500、1 000（kg·m）/s。二區(qū)高爐的爐缸活躍程度顯著提高，迅速遏制了頻繁損壞風(fēng)口的狀態(tài)。適當(dāng)疏松邊緣，穩(wěn)定煤氣流，冷卻壁溫度趨于穩(wěn)定，水溫差降低，高爐抗波動能力增強。在增加入爐風(fēng)量以后，隨著中心氣流的發(fā)展，在布料參數(shù)上進行了適應(yīng)性的調(diào)整，通過適當(dāng)疏松邊緣，達(dá)到了中心暢通、邊緣穩(wěn)定的目的。同時對布料矩陣進行調(diào)整，5#爐采取邊緣增加1圈焦炭，6#爐采取邊緣大一度，增加1圈焦炭，爐況穩(wěn)定性明顯提高。

3.2.4 提高爐頂壓力

一般來說，提高爐頂壓力能增加入爐風(fēng)量，延長煤氣在爐內(nèi)停留時間，改善煤氣利用，促進間接還原，降低煤氣流速，有利于高爐的穩(wěn)定順行。5#、6#高爐經(jīng)過4個月的設(shè)備磨合，為了強化冶煉，最終將頂壓提到195 kPa。根據(jù)煉鐵長期生產(chǎn)實踐經(jīng)驗估算，在其他條件不變的情況下，僅此項增產(chǎn)生鐵150～200 t，降低焦比（3～5）kg/t，冶煉效果顯著。當(dāng)料柱透氣性一定時，風(fēng)量越大，煤氣流速越高，料柱對煤氣流的阻力損失越大，壓差也就越高。風(fēng)量增加一方面提高了風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，有利于活躍爐缸，促進高爐穩(wěn)定順行；另一方面也有利于煤氣流在爐內(nèi)的合理分布，保持合適的操作爐型，防止?fàn)t墻粘結(jié)；同時還可吹出較多的粉末，改善料柱的透氣性，反過來又可促進風(fēng)量的進一步增加，從而形成了高爐操作中的良性循環(huán)。但是，過高的壓差水平會使料柱浮力增加，造成料難行，所以提高壓差水平對料柱透氣性和高爐操作水平提出了更高的要求。5#高爐在通過精料入爐和加強操作的同時，將壓差提高到現(xiàn)在的170 kPa，不僅爐況順行得到保障，而且增加了風(fēng)量，提高了產(chǎn)量。

3.2.5 實施低硅冶煉

生鐵含硅量每降低0.5%可降低焦比（4～5）kg/t，增加產(chǎn)量1%～1.5%，是促進高爐生產(chǎn)實現(xiàn)高效低耗的一項重要措施。隨著原燃料條件改善和高頂壓、高風(fēng)溫、富氧噴煤等技術(shù)的綜合應(yīng)用，高爐中心氣流旺盛，爐缸活躍，熱量充沛，適于低硅冶煉，所以在熱制度方面進行了大膽嘗試，把［Si］降低到0.3%～0.4%。產(chǎn)量相應(yīng)得到提高，實際煤氣體積減小、上升浮力降低。為加風(fēng)創(chuàng)造了條件，有利于進一步提高冶煉強度。同時物理熱仍能保證1 470～l 500℃的水平，能夠滿足生產(chǎn)要求。

在低硅和強化冶煉情況下，穩(wěn)定爐溫顯得尤為重要。高爐要求每小時觀察1次風(fēng)口，提前預(yù)測爐溫變化趨勢，提前進行調(diào)劑，做到早調(diào)微調(diào)，煤粉調(diào)劑上下不超2 t，避免風(fēng)量大幅度波動。每天接班分析上一班組的具體操作，并寫出本班組的操作思路，以保證爐況的穩(wěn)定交接；從穩(wěn)定冶煉強度來穩(wěn)定爐溫，要求每班爭取上限料批。同時，隨著原燃料價格的不斷攀升，原燃料質(zhì)量下降，有害元素增多。在生產(chǎn)實踐中，鐵水含硅量控制較低時，一旦爐況發(fā)生波動，爐墻極易掉渣皮。渣皮中富集的有害元素進入爐缸，吸收大量熱量，渣鐵流動性變差，不利于高爐穩(wěn)定生產(chǎn)；且渣中Al2O3呈上升趨勢，盡管在配礦中相應(yīng)增加了MgO的配比，但難以避免Al2O3突發(fā)增高的現(xiàn)象。為了確保渣鐵良好的流動性，以及避免爐涼等生產(chǎn)事故的發(fā)生，實現(xiàn)爐況長周期的穩(wěn)定順行，日常生產(chǎn)中適當(dāng)提高了鐵水含硅量的控制上限，將其控制在0.35%～0.50%。

4 結(jié) 語

通過分析1 000 m3高爐特點，探索研究高爐在“經(jīng)濟產(chǎn)能”下指標(biāo)的優(yōu)化與提升，克服了近年來高爐煉鐵經(jīng)濟礦入爐引發(fā)的爐況波動、燃耗增高、指標(biāo)惡化等生產(chǎn)問題。系統(tǒng)分析高爐生產(chǎn)關(guān)鍵控制點，為推行經(jīng)濟冶煉技術(shù)做好基礎(chǔ)工作。為高爐提升產(chǎn)能創(chuàng)造條件，以風(fēng)為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數(shù)，在爐況穩(wěn)定的基礎(chǔ)上優(yōu)化各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。產(chǎn)質(zhì)量得以穩(wěn)步提升，燃料比由2015年的544 kg/t降低到了2016年的533 kg/t，高爐利用系數(shù)由 3.0 t／（m3·d）提高至 3.25 t／（m3·d）。確保了高爐長期高效率、安全、低耗穩(wěn)定運行。

Optimization and Promotion of Smelting Indexes of 1 000 m3Blast Furnace in Laiwu Steel

WANG Hui，ZHAO Hongyu，LI Lin，WANG Qinghui
（The Ironmaking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

TF538

B

1004-4620（2017）10-0004-03

2017-06-13

王輝，男，1983年生，2007年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠工程師，從事高爐生產(chǎn)工藝技術(shù)工作。

blast furnace;smelting index;raw fuel;operation system