明名  張新天  周磊

（江蘇永鋼集團(tuán)有限公司）

摘要：2021下半年，國(guó)內(nèi)各大鋼鐵廠陸續(xù)控產(chǎn)，根據(jù)不同的控產(chǎn)目標(biāo)，大多采用減風(fēng)、減氧等控冶強(qiáng)措施，或檢修、燜爐、停爐等減產(chǎn)措施。此次國(guó)內(nèi)B鋼控產(chǎn)力度非常大，大部分高爐檢修或停爐，僅保留6座高爐低冶強(qiáng)生產(chǎn)，并大幅度減氧、控制冶強(qiáng)，入爐品位下降幅度大，降冶強(qiáng)和品位后，高爐操作隨之調(diào)整，探索出低Si、低品位、低碳耗和低成本操作模式。

關(guān)鍵詞：冶煉強(qiáng)度 燃耗 控產(chǎn) 低硅 低成本煉鐵

1  引言

2019年至2022年，在全球持續(xù)疫情、局部戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)低迷等各種因素影響下，鋼鐵行業(yè)上游礦、焦等原燃料價(jià)格居高不下，下游需求持續(xù)萎縮，多重因素嚴(yán)重?cái)D壓企業(yè)利潤(rùn)空間，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)經(jīng)營(yíng)舉步維艱。中國(guó)鋼鐵產(chǎn)能由2020年10.64億噸下降到2021年10.32億噸，下降0.32億噸。據(jù)中鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)，2022年重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)累計(jì)生產(chǎn)鋼材8.02億噸，同比下降0.50%。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)和全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境看，鋼鐵行業(yè)將臨產(chǎn)能全球過剩和雙碳目標(biāo)壓力，并成為企業(yè)新常態(tài)，低碳、低成本冶煉是煉鐵人必須重點(diǎn)思考和解決的問題。

B鋼從2021年下半年開始大幅采取控產(chǎn)措施，在使用極低品位條件下，燃料消耗和噸鐵成本大幅下降，其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)我永鋼及國(guó)內(nèi)同行均有重大的借鑒意義。

2  B鋼鐵廠冶煉實(shí)踐

國(guó)內(nèi)B鋼鐵廠作為國(guó)內(nèi)知名大型鋼鐵企業(yè)，因其低品位，高產(chǎn)量，低Si冶煉和較低的燃料比和煉鐵成本水平在國(guó)內(nèi)一直處于行業(yè)前列，B鋼屬典型的沿海企業(yè)，具備港口運(yùn)輸物流條件好，礦石靠近物流中轉(zhuǎn)港，礦、焦物流價(jià)格低的區(qū)域優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過多年發(fā)展，到2008年，B鋼形成16座500—1000m³高爐，產(chǎn)能超千萬的大型長(zhǎng)流程鋼鐵企業(yè)。除先期建成的部分單鐵口高爐外，后期10余座1000m³以下高爐均為雙鐵口高爐，有利于生產(chǎn)組織和技經(jīng)指標(biāo)提升，這些高爐經(jīng)過大修，后續(xù)基本改造擴(kuò)容到1000m³左右，公稱爐容1080m³。

如下表1所示，2014年到2021年6月份，B鋼煉鐵高爐入爐品位一般保持在55.5-57.3%，總體與我公司相當(dāng)或略低。進(jìn)入2021年7月份，因政策限制導(dǎo)致指令性控產(chǎn)，B鋼大多數(shù)高爐檢修或燜爐，僅保持6座高爐生產(chǎn)，這些高爐在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出了低Si、低品位、低消耗和低成本的生產(chǎn)模式，在新常態(tài)下，對(duì)永鋼，對(duì)國(guó)內(nèi)其他企業(yè)實(shí)施煉鐵低成本冶煉以有益的啟發(fā)。

表1  B鋼近年來主要生產(chǎn)指標(biāo)

從上表可見，B鋼煉鐵生產(chǎn)組織有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）煉鐵規(guī)模持續(xù)提升

多年來，B鋼在保持高產(chǎn)、高冶強(qiáng)生產(chǎn)的同時(shí)，堅(jiān)持低Si冶煉，低Si有利于高爐和煉鋼降低燃耗和物料消耗，提高煉鋼生產(chǎn)效率，有利于鐵-鋼系統(tǒng)整體增效；

（2）高產(chǎn)高冶煉強(qiáng)度

近年來，B鋼煉鐵在14-16座高爐生產(chǎn)的情況下，煉鐵產(chǎn)能持續(xù)提升。從2020年到今年上半年，B鋼14座高爐生產(chǎn)，產(chǎn)量達(dá)到或超過以往16座高爐的產(chǎn)量，利用系數(shù)持續(xù)提升；從2016年到2021年6月份以前，B鋼為提高產(chǎn)量，高爐利用系數(shù)提高到3.767-4.424t/(m³·d)，冶強(qiáng)也提升到1.92-2.35t/(m³·d)，利用系數(shù)和平均日產(chǎn)量保持較高水平；

（3）堅(jiān)持低[Si]冶煉

B鋼鐵水平均硅均0.30-0.35%，個(gè)別月份低于0.30%，并呈逐年下降的趨勢(shì)；2020年到2021年6月份以前，B鋼通過提高高爐富氧，冶強(qiáng)、產(chǎn)量和利用系數(shù)得到大幅提升。

（4）低品位冶煉

B鋼爐料入爐品位總體較低，也會(huì)根據(jù)市場(chǎng)行情，以高品位提高鐵水產(chǎn)量；

（5）大富氧提產(chǎn)量

提升富氧，強(qiáng)化冶煉是B鋼產(chǎn)能提升的主要原因：2015年到2020年，B鋼煉鐵富氧量和富氧率由不足5.0%提升到超過10.0%，高爐產(chǎn)量大幅提升；

（6）控冶強(qiáng)降燃耗

從2021年7月份開始，由于政府強(qiáng)力控產(chǎn)措施的實(shí)施，B鋼開始停爐控產(chǎn)，僅保留9#、10#、11#、12#、13#、14#6座1000m3級(jí)高爐生產(chǎn)，爐容1100m3左右，生產(chǎn)的高爐也大幅降低了富氧量，生產(chǎn)的6座高爐通過大幅降低品位和冶煉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了大幅降低燃料比和極低[Si]冶煉。

3  B鋼煉鐵控產(chǎn)前后技經(jīng)指標(biāo)變化情況

3.1  控產(chǎn)前后高爐操作和指標(biāo)變化

表2  B鋼目前生產(chǎn)的6座高爐與去年同期指標(biāo)對(duì)比

3.2  B鋼控產(chǎn)操作特點(diǎn)

（1）控產(chǎn)措施：此次B鋼控產(chǎn)，為降低鐵水產(chǎn)量，B鋼煉鐵除采取停爐措施以外，現(xiàn)有的生產(chǎn)高爐還采取了降品位、降富氧、降低風(fēng)量風(fēng)壓等措施，鐵水產(chǎn)量大幅下降；

（2）煤比下降：控產(chǎn)后，因高爐減氧，風(fēng)口前理論燃燒溫度下降，因此，高爐煤比也下降22kg/t，下降幅度12.1%；

（3）燃料比下降：B鋼控產(chǎn)，在品位和冶強(qiáng)大幅下降的同時(shí)，其燃料比也有所下降，較去年同期，其燃料比下降8.0kg/t，下降幅度1.53%；

（4）鎂鋁比提高：B鋼以低品位、低Si冶煉爐和高鎂鋁比，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。2013年，B鋼爐渣鎂鋁比一度高達(dá)0.75-0.80，近年來，B鋼爐渣鎂鋁比有所下降，但依然保持在0.65-0.70。此次控產(chǎn)，B鋼高爐煉鐵在入爐品位下降的同時(shí)，鎂鋁比提高到0.70-0.75。

（5）鐵水Si含量降低：此次控產(chǎn)，B鋼鐵水物理熱由去年同期1491℃下降到1480℃，物理溫度下降11℃，但鐵水[Si]含量由去年同期0.323%下降到0.259%，[Si]含量下降，有利于降低高爐燃料比，并降低煉鋼渣量和熱量消耗，提高煉鋼效率。

（6）冶強(qiáng)降低，煤氣利用率提升：此次控產(chǎn)，冶煉強(qiáng)度由去年同期2.29 t/(m³·d)下降到今年8月份1.14 t/(m³·d)后，高爐煤氣利用率由去年同期44.33%提高到45.95%，煤氣利用率上升1.62%，按照提高煤氣利用率1.0%降低燃料比5.0kg/t鐵算，因煤氣利用率提升導(dǎo)致其燃料比理論下降8.1kg/t鐵。

（7）下部送風(fēng)制度變化：B鋼此次控產(chǎn)，除富氧量大幅度降低外，高爐風(fēng)量較也有所降低，為保證下部有足夠的鼓風(fēng)動(dòng)能，B鋼采取了縮小風(fēng)口面積的操作，以保持爐缸活躍性，如表3～4所示。

表3  2021年8月B鋼生產(chǎn)高爐送風(fēng)參數(shù)

表4  2020年8月B鋼生產(chǎn)高爐送風(fēng)參數(shù)

與同期比較，此次B鋼高爐控產(chǎn)，入爐風(fēng)量平均減少19.11%，所有高爐均采取了縮小風(fēng)口面積的措施，這6座高爐縮小風(fēng)口面積1%-3.6%，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能反而高于去年同期，足夠的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能保證了爐缸的活躍性。

（8）上部裝料制度變化：B鋼大幅度降冶強(qiáng)后，富氧量大幅減少，因此，噸鐵煤氣發(fā)生量增加，頂溫明顯上升。各高爐普遍采用了拓展礦焦平臺(tái)、提高礦石角度的措施，抑制邊緣氣流，提高煤氣利用率，如表5所示。

表5  B鋼控產(chǎn)高爐裝料制度

（9）上部調(diào)整特點(diǎn)：a.高爐全部走正角差，即礦石角度大于焦炭，正角差1°-3°；b.拓寬布料平臺(tái)，礦石檔位拓寬到8°-10.5°的5個(gè)或6個(gè)環(huán)位，焦炭檔位拓寬到10°-12°的6個(gè)或7個(gè)環(huán)位；c.礦石大角度，以充分抑制邊緣氣流，提升煤氣利用率；d.焦炭小角度最小26°，減少中心焦量，煤氣利用率更好。

4  燃料比下降原因

表6  不同階段B鋼控產(chǎn)前后主要技經(jīng)指標(biāo)對(duì)比

由表6可見，B鋼控產(chǎn)是全方位的，降冶強(qiáng)是高爐控產(chǎn)的主要措施，也是其品位下降而燃料比也下降的根本原因。

（1）品位上升影響燃料比：以B鋼今年8月份B鋼指標(biāo)和去年同期對(duì)標(biāo)，此次B鋼品位下降3.25%，燃料比理論上升：3.25%×1.5×524=25.55kg

（2）爐溫下降影響燃料比：B鋼爐溫下降0.06%，燃料比理論下降：0.06÷0.1×4.5=2.7kg

（3）冶強(qiáng)下降影響燃料比：2020年8月份，B鋼高爐噸鐵風(fēng)量928m³/t，噸鐵富氧87m³/t。因?yàn)榭禺a(chǎn)，大幅度控氧，富氧降低到40m³/t，噸鐵風(fēng)量增加到1082m³/t，經(jīng)計(jì)算，綜合冶煉強(qiáng)度由2.29t/(m³·d)下降到1.14 t/(m³·d)，下降幅度50.22%。

（4）燃料比與冶強(qiáng)的關(guān)系：根據(jù)國(guó)內(nèi)外高爐煉鐵生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，高爐冶煉強(qiáng)度（焦炭冶強(qiáng)）有一個(gè)合理的區(qū)間，即著名的“U”形曲線或稱“鍋底曲線”，即，當(dāng)高爐冶煉強(qiáng)度在1.05～1.20 t/(m³·d)，高爐燃料比較低，冶強(qiáng)過低或過高都會(huì)導(dǎo)致燃料比升高。越過合理焦炭冶煉強(qiáng)度區(qū)間，燃料比會(huì)大幅上升。

圖1  冶強(qiáng)與燃料比變化關(guān)系（“鍋底”形曲線）

由圖1可知：

a.    冶煉強(qiáng)度在0.90-1.30t/(m3·d)之間，燃料比處于最低，即鍋底處；

b.    超過“鍋底”后，隨著冶強(qiáng)的上升，燃料比大幅上升；反之，冶強(qiáng)向“鍋底”處下降，燃料比大幅下降；因此，冶強(qiáng)不能無限提升；

c.    B鋼歷年冶強(qiáng)均較高，一般為2.0 t/(m3·d)以上，早已超過最低燃料比區(qū)域，因此，B鋼高冶強(qiáng)為其貢獻(xiàn)了高產(chǎn)量，但其燃料比較高；

d.   此次B鋼控產(chǎn)，冶煉強(qiáng)度由2.29降低1.14 t/(m3·d)，冶煉強(qiáng)度重回“鍋底”處，導(dǎo)致燃料比大幅度下降，抵消了品位下降帶來的燃料比上升因素，最終燃料比低于控產(chǎn)前高品位條件下的燃料比，這是此次B鋼控產(chǎn)下，B鋼降低品位，燃料比也下降的最根本因素。

5  永鋼煉鐵降本方向

近年來，在產(chǎn)量效益驅(qū)動(dòng)下，國(guó)內(nèi)各煉鐵廠普遍采用提冶強(qiáng)達(dá)到提產(chǎn)量目的，多座1000m³級(jí)高爐系數(shù)突破4.0t/(m³·d)，日產(chǎn)超過4100t/d。B鋼2018年至今年上半年，利用系數(shù)4.1-4.4 t/(m³·d)，這些高產(chǎn)高爐成為我們對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)的目標(biāo)單位。

永鋼煉鐵廠一般8—10座高爐生產(chǎn)，產(chǎn)量保持在日產(chǎn)25000t左右。永鋼煉鐵高爐提產(chǎn)的主要手段和B鋼、河北等國(guó)內(nèi)指標(biāo)先進(jìn)企業(yè)技術(shù)路線基本相同，即，提高富氧和冶煉強(qiáng)度，所以近年永鋼所有高爐冶煉強(qiáng)度普遍在1.75~1.85t/(m³·d)，甚至更高，超出經(jīng)濟(jì)冶強(qiáng)50%以上，導(dǎo)致爐內(nèi)煤氣流速過快、煤氣在爐內(nèi)停留時(shí)間短、煤氣利用率下降，高爐燃比上升。

表7  國(guó)內(nèi)1000m³級(jí)高爐2014年上半年主要指標(biāo)對(duì)比

隨著冶強(qiáng)上升，產(chǎn)量提升的同時(shí)，燃料比也大幅上升。從表7也可以看到，冶煉強(qiáng)度與永鋼高爐相近的高爐，其燃料比均比較高，冶強(qiáng)在1.20t/(m3·d)左右的高爐，燃料比較低。

根據(jù)永鋼和國(guó)內(nèi)多家煉鐵成本構(gòu)成，焦炭礦石是煉鐵生產(chǎn)必須的原燃料，礦、焦兩種主要原燃料成本在成本中占比一般為90%左右，其余為風(fēng)、水、電、氣消耗成本，以及人工工資和固定資產(chǎn)分?jǐn)?。而礦石、焦炭在總成本的90%中，根據(jù)各企業(yè)原燃料條件和操作水平，焦炭和礦石成本一般各占45%左右，互有增減。因此，在產(chǎn)能需求不足條件下，煉鐵高爐大幅度降低入爐品位，通過降低冶強(qiáng)提高煤氣利用率，降低燃料消耗，由于礦石價(jià)格降低和燃料消耗下降，也能在一定程度上降低鐵水生產(chǎn)成本。

表8  永鋼9#高爐2021年1-8月份主要指標(biāo)

永鋼9#1080m³高爐于2011年8月18日開爐后保持高冶強(qiáng)生產(chǎn)狀態(tài)，其冶煉強(qiáng)度大多保持在1.75t/(m3·d)以上，2021年7月份出現(xiàn)爐缸溫度超標(biāo)后，采取降冶強(qiáng)護(hù)爐措施，雖然8月份入爐品位有所降低，但燃料比依然較之前還有降低，其鐵水成本較也其他高爐更低。

6  結(jié)論

（1）高爐碳素消耗與焦炭質(zhì)量、入爐品位、鐵水Si含量、冶強(qiáng)等多種因素相關(guān)，在原燃料（焦炭、煤粉）質(zhì)量不變的情況下，影響燃料比的重要因素是冶煉強(qiáng)度。因此，降燃耗可采取以下幾方面措施：

（2）在產(chǎn)量壓力不是太大或市場(chǎng)需要控制產(chǎn)量時(shí)，高爐可以以1.05-1.30t/(m³·d)為目標(biāo)降低冶強(qiáng)，降低煤氣流速，提高煤氣在爐內(nèi)的滯留時(shí)間，壓縮高溫區(qū)，提高間接還原度，擴(kuò)大塊狀帶區(qū)域，提高煤氣利用率，將燃料比做到該原燃料條件下最低；

（3）控冶強(qiáng)必須和高爐上、下部制度、熱制度及造渣制度綜合配套使用，才能實(shí)現(xiàn)低成本冶煉目標(biāo)。其主要調(diào)整手段有以下幾方面：

a.礦、焦走同角或正角差，拉開礦石焦炭角差1°-3°，抑制邊緣氣流，提升煤氣利用率；在保證爐況順行的前提下，上部裝料制度可以采取進(jìn)一步抑制邊緣氣流，降低礦焦角差，減少中心焦炭，以獲取更高的煤氣利用率，降低燃料消耗

b.下部送風(fēng)制度調(diào)整：冶強(qiáng)降低，下部調(diào)整應(yīng)逐步縮小風(fēng)口面積，保證風(fēng)速和動(dòng)能充足和爐缸活躍；

c.熱制度調(diào)整：降冶強(qiáng)后，煤氣利用提升，渣鐵溫度明顯上升，在保證渣鐵流動(dòng)性和爐缸活躍前提下，實(shí)現(xiàn)[Si]≤0.30%的低硅目標(biāo)；

d.造渣制度調(diào)整：降冶強(qiáng)后，可通過降低品位以降低用礦成本。由于煤氣利用率提升，鐵水物理熱充沛，為配合低[Si]冶煉，爐渣R2堿度可適當(dāng)提高0.02-0.03，提高鎂鋁比，保證爐渣流動(dòng)性和爐缸活躍。