大型高炉的技术方向

1 炼铁竞争力和定位
　　由于铁矿资源和煤炭资源的品质逐渐劣化、数量日益减少、社会环境的要求越来越高、钢铁生产成本加大，造成钢铁企业之间的竞争加剧、生产经营压力不断提升。因此，各钢铁企业都在努力提高炼铁竞争力。
　　炼铁竞争力的基本定位是低耗、低成本和长寿。除低水平消耗之外，还包括资源有效利用，更多结构和匹配的优化，综合装备、操作、作业、管理、系统性长寿等。
　　提高炼铁竞争力要解决的基本问题是：
　　 ① 产量、指标和成本的关系；
　　 ② 原燃料条件的掌控；
　　 ③ 技术和管理的支撑与配套。
　　提高炼铁竞争力在操作方面要重点关注以下几个方面：
　　 炉况：顺行、透气性、稳定性；
　　 消耗：综合焦比、喷煤比、煤气利用；
　　 长寿：炉缸炭砖侵蚀。
　　2 高炉大型化主要竞争优势
　　1）不同炉容的消耗
　　根据某公司高炉实绩统计：在相同生产条件和相似的操作制度下，炉容每增加1000m3，可以降低焦比4.2kg/t。
　　不同条件有不同效果，如果以操作良好高炉比较，焦比差异会扩大。
　　图1示出燃料消耗与炉容的关系。
　　
　　图1 燃料消耗与炉容的关系
　　2）煤比与综合焦比
　　低消耗（综合焦比）需要高煤比，以增强竞争力；高煤比也需要低消耗支撑，以确保炉况等持续稳定；大型高炉更利于煤粉利用，可提高喷煤比。
　　大型高炉综合焦比低于445kg/t，同时可以尽力提高喷煤比。
　　3）煤焦置换效益
　　根据2012年统计，行业内煤焦置换效益平均为296元/t煤。宝钢集团内八钢和本部喷煤效益最高，分别大于1000元/t煤和500元/t煤；
　　提高喷煤比，除本身具有降低成本的作用，也可以提高煤气利用水平；
　　对于焦煤这一稀缺资源，高煤比的作用已超出成本所考虑的范围。图2示出宝钢集团各公司与本部的吨煤效益。
　　
　　图2 宝钢集团各公司与本部的吨煤效益
　　4）规模优势
　　产能富余时，大高炉转换成本空间大。大高炉可以通过改进操作指标，或维持指标降低一些原燃料条件以换取成本。大型高炉有较大的规模转换优势。
　　图3示出高炉规模与工序能耗的关系。
　　
　　图3 规模与工序能耗关系
　　5）高效长寿
　　高炉炉龄取决于某个薄弱环节，由于高炉是一个密闭的高温反应器，当炉身的炉壳强度失效、皲裂而不能支撑炉型，这时炉役终结；炉缸在高温铁水的长期冲刷、侵蚀下，砖衬减薄，最后铁水随时会破炉缸而出时，这时炉役终结。
　　高炉长寿是一个综合的技术，集中技术资源和管理，利于高效长寿。
　　表1为部分大型高炉的寿命情况。
　　表1 部分大型高炉的寿命
　　序号
　　公司
　　炉号
　　炉容，m3
　　单位炉容产量，t/m3
　　炉役寿命
　　平均利用系数，t/（m3∙d）
　　1
　　图巴朗
　　1
　　4415
　　17900
　　25年6月
　　1.95
　　2
　　汉堡
　　9
　　2150
　　16740
　　22年
　　2.12
　　3
　　倉敷
　　2
　　2857
　　15615
　　24年5月
　　1.94
　　4
　　千叶
　　6
　　4500
　　13385
　　20年9月
　　1.77
　　5
　　光阳
　　2
　　3800
　　13555
　　16年8月
　　2.23
　　6
　　武钢
　　5
　　3200
　　11097
　　15年7月
　　1.95
　　7
　　宝钢
　　2
　　4063
　　11679
　　15年2月
　　2.11
　　8
　　宝钢
　　3
　　4350
　　15800
　　19年
　　2.27
　　
　　3 高炉大型化的挑战
　　高炉大型化受到下列因素的挑战：
　　◆ 高炉利用系数；
　　◆ 基本操作制度选择和操作方法调整；
　　◆ 径向各分布的控制和互相适应；
　　◆ 原燃料条件的把握（目标化管理）；
　　◆ 炉缸维护；
　　◆ 铜冷却壁的影响；
　　◆ 系统内外的稳定管理。
　　4 大型高炉技术方向探讨
　　1）改善高炉煤气利用率
　　煤气利用率对燃料比影响很大，每1%影响焦比4-5kg/t。改善高炉煤气利用率也是低耗和提升喷煤比的重要前提。可以认为改善煤气利用率是体现大型高炉竞争力的主要手段之一。图4是燃料比与煤气利用率的关系。
　　
　　图4 燃料比与煤气利用率的关系
　　
　　2）竞争力的重点在燃料消耗和喷煤比
　　原料成本差异主要取决于价格，燃料成本差异主要取决于消耗。宝钢几家公司降本重点在于燃料消耗和喷煤比有差距。实现低耗高煤比的基础是炉况运行状态的调整和把握。大型高炉园周（上下）的稳定和透气性差是最主要的障碍。
　　表2分析了宝钢集团各公司与本部铁水成本差异。
　　表2 宝钢各公司铁水成本与本部的差异
　　

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　　3）高煤比是永恒的目标
　　高煤比主要障碍是透气性和顺行问题，宝钢曾经的高煤比即得益于此问题的有效解决。目前透气性已显紧张（1BF，2BF，4BF）。尽管原燃料条件不同，PCR较高的高炉，透气性保持不错。
　　4）各操作制度的有效配合是高炉长期稳定的基础
　　宝钢本部3号高炉，由于原燃料质量变化以及炉料结构大幅变化，高炉透气性呈现劣化趋势，通过建立合理操作制度（BV和布料调整），高炉透气性得到改善
　　5）原燃料质量应以合理和适宜定位
　　原燃料费用占铁水成本90%以上，因此，质量指标范围应合理，结构配置应适宜。依据生产要求（产能，炉况，指标，成本等），考虑配煤配矿，消除质量“过剩”和“不足”。
　　值得思考的一些问题是：炉料结构较多强调“精料”，采用偏高的熟料比；焦炭质量偏重于个别指标，使用了更高等级的标准；操作空间的忽略。
　　研究熟料率与煤气利用率的关系得知，熟料率SPR越高，不一定有高的煤气利用率；SPR低，煤气利用也可以不错。熟料率高，未必是“精料”，重要的是目标与条件的匹配。合适的原燃料条件和炉料结构更为合理。
　　研究熟料率与透气性指数K值的关系得知，SPR高，未见透气性K值方面有明显的优势。炉料结构主要是考虑产能、炉况和成本等的平衡，一般来讲，SPR越高，成本越高。宝钢高炉的SPR为16%，依然有改进空间。透气性改善，不应只看原燃料条件。