劉繼朝，鄭強，苗龍，李澤安

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司（以下簡稱“朝陽鋼鐵”）為單高爐生產(chǎn)，高爐設計有效容積為2600 m3，設置30 個風口，3 個鐵口，鐵口呈Y 字形排列，其中1#、2#鐵口之間夾角為78°。 采用串罐式無料鐘爐頂，設計利用系數(shù)為2.2 t/（m3·d）。二代爐齡始于2012 年11 月，投產(chǎn)后高爐生產(chǎn)以穩(wěn)為主，生鐵產(chǎn)量穩(wěn)定在設計利用系數(shù)。 隨著鋼鐵形勢越來越嚴峻，2020 年朝陽鋼鐵提出了“雙跑贏低成本戰(zhàn)略”生產(chǎn)經(jīng)營理念，高爐以高產(chǎn)、低成本為中心組織生產(chǎn)，通過優(yōu)化操作和管理，高爐產(chǎn)量和成本不斷突破，取得了良好效果，本文對此做一介紹。

1 高爐高產(chǎn)低成本生產(chǎn)實踐

1.1 穩(wěn)定原燃料質(zhì)量

1.1.1 建立原燃料內(nèi)控標準

雖然原燃料成本占噸鐵成本的95%左右，但高爐長周期穩(wěn)定順行才是低成本煉鐵的前提。 朝陽鋼鐵建立適合高爐穩(wěn)定順行的原燃料質(zhì)量內(nèi)控標準（見表1），堅持圍繞內(nèi)控標準開展原燃料成本控制工作，保證不破內(nèi)控標準底線。

表1 高爐原燃料質(zhì)量內(nèi)控標準Table 1 Internal Control Standard for Quality of Raw Materials and Fuels for BF

1.1.2 建立鐵前配礦模型

朝陽鋼鐵燒結(jié)配礦采取原料采購與燒結(jié)配礦一體化模式[1]。 煉鐵廠通過參與采購決策，充分考慮原料經(jīng)濟性及對鐵前運行的影響，結(jié)合長期生產(chǎn)實踐，建立鐵前配礦模型，通過鐵前配礦模型確定配礦品種并計算燒結(jié)礦成分，確定是否滿足生產(chǎn)要求；最后通過成本測算，確定最優(yōu)配礦結(jié)構(gòu)，通過動態(tài)調(diào)整實現(xiàn)鐵前原料成本最高性價比。 鐵前配礦模型見圖1。

1.1.3 建立鐵焦聯(lián)動管控模式

朝陽鋼鐵鐵前系統(tǒng)實行鐵焦聯(lián)動管控模式，煉鐵廠與焦化廠信息共享，強化工序界面效應，聯(lián)合降低噸鐵成本。煉鐵廠根據(jù)焦炭質(zhì)量波動情況，采取優(yōu)化煤氣流、降低中心焦比例、優(yōu)化爐前出鐵制度等措施；焦化廠堅持以高爐為中心組織生產(chǎn)，運用煤巖學、 經(jīng)典配煤理論、 結(jié)構(gòu)化學等先進技術(shù)，通過長期開展小焦爐實驗，獲得大量數(shù)據(jù)，針對高爐不同冶煉強度開發(fā)出多個配煤模型，與煉鐵廠協(xié)同建立爐況反饋機制和程序，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏。由此做到既能保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，又能使焦炭成本最優(yōu)。

1.1.4 嚴格原燃料入爐管理

穩(wěn)定的高質(zhì)量原燃料供給是高爐正常生產(chǎn)的關(guān)鍵，原燃料入爐主要包括篩分管理、槽位管理、稱量管理、成分管理等，上述任何一項出現(xiàn)異常情況都會造成爐況波動甚至發(fā)生懸料等惡性事故。因此，嚴格原燃料入爐管理，為高爐高產(chǎn)低耗做好保障。

（1）強化焦礦槽振動篩管理。 振動篩工作狀態(tài)對減少粉末入爐至關(guān)重要。 朝陽鋼鐵礦槽呈兩列式分布，只有一側(cè)有振動篩，燒結(jié)礦全部過篩，使用比例較大的球團礦過篩。焦槽全部有振動篩，要求振動篩每班檢查、定期更換。

（2）嚴格槽位管理。 為了減少粉末入爐，規(guī)定槽位不得小于滿槽的30%。

地勢低矮、平坦的土地(或田地)做好排水溝建設，盡量南北向成行栽植，密度適當降低，以改善桑園小氣候，減少桑樹病蟲害發(fā)生。

（3）嚴格槽下稱量管理。 為了保證稱量精度，要求每月對小稱斗、中間斗進行校稱，確保稱量誤差不超過5‰。

（4）強化外購球團質(zhì)量管控。 朝陽鋼鐵全部使用外購球團，為了確保入爐球團礦質(zhì)量合格，對外購球團實施全過程管控，包括生產(chǎn)廠家抽檢、試用，進廠每批化驗、現(xiàn)場表檢，皮帶工藝抽檢及槽下巡檢。

1.2 調(diào)整裝料制度和送風制度

1.2.1 裝料制度

裝料制度就是通過改變爐料在爐喉的分布達到煤氣流分布合理，實現(xiàn)改善煤氣熱能和化學能的利用以及爐況順行狀態(tài)[2]。朝陽鋼鐵主要從三個方面調(diào)整合理裝料制度：

（1）調(diào)整合理料面形狀。 2019 年之前，朝陽鋼鐵高爐上部調(diào)劑主要根據(jù)爐喉溫度、 冷卻壁溫度、爐頂溫度判斷，而且由于安裝的十字測溫裝置被過盛中心氣流燒壞，導致爐頂煤氣流分布難以準確判斷，致使調(diào)節(jié)手段不當，造成煤氣流分布極不合理。高爐出現(xiàn)爐況不順就增加中心焦炭比例，甚至在焦批中額外補加中心焦炭，高爐焦比居高不下，產(chǎn)量維持在設計產(chǎn)能。 2019 年高爐安裝爐頂可視化設備和激光掃料面裝置后，發(fā)現(xiàn)高爐料面不合理，呈中間高兩邊低狀態(tài)，中心氣流打不開，只能用中心焦炭強制引流。 經(jīng)過五次調(diào)整后，煤氣流分布逐步合理。 調(diào)整前后料面形狀如圖2 所示。

圖2 調(diào)整前后料面形狀Fig. 2 Shape of Burden Charge Level before and after Adjustment

進入2021 年，為了降低生產(chǎn)成本，爐料結(jié)構(gòu)變差，布料制度從6 環(huán)調(diào)整為5 環(huán)，更利于打開中心（見表2）。

表2 調(diào)整前后布料制度Table 2 Distribution System before and after Adjustment

（2）擴批重、提料線。 礦石批重從60 t 逐步增加到72 t，維持小時料批13 批。 逐步降低入爐焦比，入爐焦比從350 kg/t 逐步降至310 kg/t，保持焦層厚度不變，既可以穩(wěn)定氣流，又可以提高煤氣利用率。 同時，為了提高煤氣利用率，料線分別從焦1.4 m、礦1.6 m 逐步提至焦1.1 m、礦1.3 m，增加煤氣與料柱接觸時間。

（3）合理調(diào)整各料種排料順序。 朝陽鋼鐵高爐配礦結(jié)構(gòu)為燒結(jié)+球團+少量精選粒鐵+少量小粒燒結(jié)，燃料結(jié)構(gòu)為冶金焦+焦丁，焦丁和礦同批上料。為了減少料面偏析和滾動，燒結(jié)礦和球團礦排料順序為燒、球、燒，即球團礦被燒結(jié)礦包圍，以減少球團礦滾動。 焦丁布在外環(huán)，以疏松邊緣，雜料（精選粒鐵、小粒燒結(jié)）布在7、8 環(huán)，防止邊緣粘結(jié)，中心不穩(wěn)。

1.2.2 送風制度

送風制度是指在一定的冶煉條件下選定合適的鼓風參數(shù)和風口進風狀態(tài)，以形成一定深度的回旋區(qū)，保證原始煤氣分布合理、爐缸圓周工作均勻活躍、熱量充足[3]。 朝陽鋼鐵在調(diào)整裝料制度時，同步調(diào)整送風制度，以使下部調(diào)節(jié)匹配上部調(diào)整。下部調(diào)整最重要的就是維持合理鼓風動能和風速，經(jīng)過長期實踐，確定合理風速為240～260 m/s，合理鼓風動能大于130 kJ/s。 送風制度調(diào)整主要包括兩個方面：

（1）強調(diào)以風量為綱，提風壓、提頂壓，在大批重基礎(chǔ)上，適當提高壓差。風壓從360 kPa 逐步提至400 kPa，頂壓從206 kPa 逐步提至221 kPa，壓差從155 kPa 提至175 kPa，使進風量從5 000 m3/min 增加到5 400 m3/min。 高爐風量、風壓、頂壓和壓差變化趨勢如圖3 所示。

圖3 高爐風量、風壓、頂壓和壓差變化趨勢Fig. 3 Variation Trend of Air Volume, Air Pressure, Top Pressure and Differential Pressure of BF

（2）調(diào)整合適風口面積，以維持合適的回旋區(qū)深度。 為了增加進風量，風口面積由0.337 6 m2擴大到0.343 1 m2。 2021 年下半年，由于政策限產(chǎn)，被迫降風壓操作，為了維持合適風速和鼓風動能，把風口面積縮小到0.332 8 m2。限產(chǎn)解除后，把風口面積擴至0.334 9 m2。

1.3 高爐精細化操作

1.3.1 強化爐前操作

爐前出鐵是影響高爐穩(wěn)定順行的關(guān)鍵操作。朝陽鋼鐵爐前開口機設計能力不足，炮泥強度高，鉆不動；炮泥強度低，抗沖刷能力差，不能保證出鐵時間，易欠渣鐵，使爐況不順。 為了解決爐前出鐵對高爐順行的影響，結(jié)合高爐生產(chǎn)情況采取如下措施：①出鐵次數(shù)控制在11 次/天，出鐵時間控制在90～120 min。②鐵口深度控制在（3.2±0.2）m，且兩鐵口深度差不大于0.2 m。 ③采取無間隔出鐵方式，提前鉆鐵口，出鐵時間偏長時采用負間隔出鐵。 ④出現(xiàn)可能影響出凈渣鐵的情況（如鐵口冒泥、打不動泥）時，重新打泥。

1.3.2 細化爐內(nèi)操作

除了爐料和設備因素外，人員日常操作對高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行也非常重要[4]。 為此，朝陽鋼鐵制定了嚴格的操作標準和考核制度，并嚴格落實。 高爐熱制度長期按照w（[Si]）在0.35%～0.55%，w（[Si]）+w（[Ti]）大于0.40%控制，嚴格執(zhí)行“五定”操作控制標準[5]（見表3）。

表3 “五定”操作控制標準Table 3 Control Standard for Five Determinations Operation

1.3.3 嚴格爐型管理

合理且穩(wěn)定的操作爐型就是高爐冷卻器上有一層厚度適宜且穩(wěn)定的渣皮保護層。 朝陽鋼鐵非常重視操作爐型管理，結(jié)合爐況和冷卻壁溫度警戒值，以壁體溫度和水溫差值為依據(jù)，逐步建立了高爐爐型管理標準，見表4。在日常生產(chǎn)中，跟蹤監(jiān)視冷卻壁溫度和水溫差，發(fā)現(xiàn)異常波動，立即分析原因并采取措施。

表4 高爐爐型管理標準Table 4 Management Standard for BF Type℃

1.3.4 異常爐況操作管控

朝陽鋼鐵原燃料資源緊密跟蹤市場調(diào)整，噴吹煤種、燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)、焦炭配合煤種類在一月內(nèi)就會調(diào)整幾次，調(diào)整比較頻繁，影響爐況穩(wěn)定。 因此，建立了異常爐況操作方案，包括煤種轉(zhuǎn)換操作方案，干濕焦轉(zhuǎn)換操作方案，異常熱負荷熱量平衡方案，高爐攻、守、退操作模板等，以保證高爐長周期穩(wěn)定順行。

1.4 鐵水適當提硫

控制鐵水含[S]量主要是調(diào)整S 在渣鐵間的分配比，其次調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)，使更多的S 在軟熔帶附近被CaO 吸收進入爐渣[6]。 朝陽鋼鐵使用經(jīng)濟爐料，硫負荷在5 kg/t 左右。 2019 年，高爐為了提高S 在渣鐵間的分配比，提高了爐渣堿度和爐溫，過高的爐渣堿度和爐溫造成渣鐵粘度增大，流動性差，爐缸透液性不好，爐況不順。 根據(jù)鞍鋼及攀鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗，鐵水中0.01%[S] 影響產(chǎn)能1%～1.5%，影響燃料消耗4～5 kg/t。 2020 年2 月開始，采取高爐鐵水適當提硫操作，爐渣堿度從1.20～1.25 降至1.15～1.20，燒結(jié)礦堿度從2.15 下調(diào)至2.05，減少了熔劑使用量，提高了品位，鐵水含[S]量從0.02%～0.03%提至0.03%～0.06%（見圖4），高爐日增產(chǎn)約100 t，順行區(qū)間變寬。

圖4 鐵水含[S]量Fig. 4 Content of Sulfur in Hot Metal

2 實踐效果

2020 年開始，朝陽鋼鐵以高產(chǎn)、低成本為中心組織生產(chǎn)，在入爐品位較低、渣比較高的原料條件下，通過采取一系列措施，高爐利用系數(shù)突破產(chǎn)能瓶頸。 2018—2022 年高爐入爐礦品位、綜合焦比和年平均利用系數(shù)如圖5 所示。

圖5 2018—2022 年高爐入爐礦品位、綜合焦比和年平均利用系數(shù)Fig. 5 Grades of Ore Charged into BF, Comprehensive Coke Ratios and Annual Average Utilization Coefficients of BF from 2018 to 2022

朝陽鋼鐵噸鐵成本與全國對比情況見圖6 所示。 2020—2022 年高爐單月利用系數(shù)多次達到2.5 t/（m3·d）以上，年均利用系數(shù)大幅升高，燃料消耗大幅下降，生鐵成本行業(yè)先進，低于行業(yè)平均約321 元/t。

圖6 朝陽鋼鐵噸鐵成本與全國平均噸鐵成本對比情況Fig.6 Comparison of the Cost of Molten Iron Per Ton between Chaoyang Steel Company and National Average

3 結(jié)語

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司2600 m3高爐在經(jīng)濟爐料條件下，通過優(yōu)化操作和管理，建立和完善了適合自身生產(chǎn)特點的技術(shù)模式和生產(chǎn)管理制度。 一方面，圍繞原燃料質(zhì)量內(nèi)控標準，建立了配煤配礦模型和鐵焦聯(lián)動管控模式，穩(wěn)定了原燃料質(zhì)量，降低了原燃料成本；另一方面，強化原燃料入爐管控，保證合理的裝料制度和送風制度，實行高爐精細化操作和采取鐵水適當提硫措施，實現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行。高爐年均利用系數(shù)大幅升高，燃料消耗大幅下降，生鐵成本低于行業(yè)平均約321 元/t，為中型高爐在高產(chǎn)低成本生產(chǎn)方面提供了參考和經(jīng)驗。