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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。