提高高爐強化水平減少碳排放
高新運
(原濟南鋼鐵集團煉鐵廠)
摘 要：本文通過“大小風機頻繁倒換”的案例，通過安徽某高爐利用系數6.0t/m3d的事例，通過高爐“爐缸凍結”事故“絕跡”的事實，提出了“有多大的風就會有多大的爐膛”以及“高爐強化程度越高越安全”的觀點；通過原燃料質量對高爐操作以及爐況穩定順行重要性的認識，提出了進一步提高高爐風壓水平，進一步提高高爐強化水平，進一步提高噴煤比的可能性；通過高爐對塊狀原燃料過度依賴的問題，提出了讓高爐直接使鐵礦粉并冶煉出優質鐵水的解決方案，并指出，當高爐能夠直接使用鐵礦粉并冶煉出優質鐵水的時候，就實現了高爐的實質性飛躍，就能夠為鋼鐵企業創造巨大的經濟效益，就能夠非常有利于鋼鐵企業碳達峰和碳中和。
關鍵詞：提高高爐強化水平；高爐越強化越安全；有多大的風就會有多大的爐膛
1 前言
寶武鋼鐵集團董事長陳德容說，“高爐是極高效率的反應器”！“要為‘保衛高爐’而戰！為煉鐵的榮譽而戰”！“如果高爐能夠實現碳減排碳中和，是完全能在未來鋼鐵生產中發揮巨大作用的”！這段話充分說明了他對高爐所持有堅強信念與信心！筆者對此深有同感！并且堅定地認為：不久的將來，利用經過“加高”改造的，直接使用鐵礦粉就能夠冶煉出優質鐵水的“短流程高爐”將巍然屹立在鋼鐵企業之中！它將代表高爐的明天！將成為煉鐵的主流設備，將能夠為鋼鐵生產以及碳達峰和碳中和做出巨大貢獻！同時認為：現有高爐如果能夠進一步抓好原燃料質量，進一步提高強化水平，進一步提高噴煤量，仍然能夠利用其巨大的產能優勢、較低的成本優勢、較高的效率優勢和優良的與煉鋼工序相配合的優勢，為鋼鐵企業“高效、低碳、綠色和可持續發展”做出巨大貢獻。
2 關于進一步提高高爐強化水平
2.1 起因
當年濟鋼第一座255m3改350m3高爐投產后，由于電力緊張，為其配備的1000m3/min電力鼓風機經常被迫停運，只能讓其使用原為255m3高爐配備的700m3/min蒸汽鼓風機，為此，該高爐需要經常進行“大、小風機來回倒換”；按照“常理”，“大爐子”采用“小風機”應該是處于“慢風”狀態，應該是“邊沿發展”才對，但事實并非如此！當由“大風機”換上“小風機”后，其爐喉煤氣曲線顯示出“非常漂亮的雙峰曲線”，一點也看不出任何邊沿發展的跡象！并且爐況也能夠穩定順行一段時間；當由“小風機”換上“大風機”后，其爐喉煤氣曲線則立即呈現出“饅頭形”，即典型的“邊沿非常發展”曲線，而且“爐子不吃風”，即“風加不上去”，風機的能力發揮不出來！只有采取“熱洗爐”的方法先“洗洗爐”，然后才能夠逐漸把風加上去。
2.2 高爐強化水平越高越安全觀念的產生
通過上面2.1的敘述能夠說明一個問題，就是“有多大的風就會有多大的爐膛”，“風小”爐膛自己會“自動變小”即“通過爐墻粘結而變小”！也就是說“風越小”爐子越容易“粘結”，其“粘結物越厚越不安全，越容易出現風口灌渣爐缸凍結等事故”，這就是上世紀七、八十年代高爐容易發生風口灌渣、爐缸凍結事故的真正原因！通過上面這段敘述還能夠讓大家知道，所謂的“大風”并不一定能夠“吹透中心”；所謂的“小風”也不一定“邊沿發展”，而且“小風”更容易邊沿“粘結”直至“爐墻結厚”，正像2.1所能夠證明的“風小爐膛就會變小”，這些都是高爐“強化程度不夠”所致。
由于筆者親歷了濟鋼高爐發展進步的全過程；認為濟鋼高爐的發展進步能夠代表全國中小高爐發展進步的總趨勢，因為濟鋼是第一個將255m3高爐改為350m3高爐的廠家；濟鋼是最早提出高堿度燒結礦配酸性球團礦的廠家；濟鋼是第一個參與開發并率先使用高效振動篩（即棒條篩）的廠家；濟鋼在提高高爐風壓水平提高強化水平方面也不落后，曾在整個九十年代各項生產技術指標都處于全國前三強的位置；除此之外，筆者發現隨著原燃料質量的改善和提高，隨著高爐操作水平的提高，隨著高爐強化水平的提高，特別是自上世紀九十年代初起，高爐風口灌渣以及爐缸凍結事故漸漸地“絕跡了”！這一現象充分證明，在原燃料質量改善與提高、高爐操作水平的提高、技術裝備的進步包括計算機控制上料和高效振動篩的使用，這些基礎條件的保障下，通過不斷地改造風機提高風壓，從而大幅度提高了高爐的強化水平，實現了生產技術指標的不斷突破，實現了經濟效益的不斷提升，這一切充分驗證了一個道理：就是“爐子越強化越安全”！
2.3 近年來高爐強化的案例及展望
關于高爐強化問題。筆者認為在原燃料質量、高爐操作水平、先進技術裝備這些基礎條件的保障下，通過提高風壓就能夠大幅度提高高爐強化水平（當然與之配套的煤氣系統必須提高耐壓等級，這些暫不在這里講了），這應該是一條非常經濟的“捷徑”之路。幾個月前看到安徽某800多立方米高爐利用系數實現了6.0t/m3?d的報道！認為該高爐為其它高爐提高強化水平樹立了榜樣！更令人振奮的是，該高爐的綜合焦比只有485kg/t，明顯低于強化水平比它低的同類型高爐！這一點完全能夠證明該高爐減少二氧化碳排放的效果！如果將上述利用系數6.0t/m3?d高爐的噴煤比由149kg/t提高到200kg/t以上，它還將能夠進一步提高利用系數，并且其減排效果也將更加顯著。雖然該高爐富氧率高一點，但也應該是值得的！因為它的產量相當于兩座相同類型利用系數為3.0t/m3?d高爐，僅在節約投資和減少運行成本方面就已經獲得了很多收益了！在單位面積創造產值（即衡量每畝土地創造產值的指標）方面已經達到了很高的程度！因此，非常值得各煉鐵廠家效仿！由于該高爐所使用的風壓是408kPa，已經達到了3200m3高爐的風壓水平，通過對比應該能夠想到，假如3200m3高爐的風壓水平能夠進一步提高，其含有的強化潛力該有多大？
2.4 關于大型高爐提高強化水平的可行性
大家是否注意到，近期仍然能夠從某些文章或報道上看到，某某4000m3米級以上高爐的某個或者某幾個“風口”被上面下來的“大塊”給壓壞了！透過這一現象結合本文2.1、2.2的敘述，是否能夠想到：能夠壓壞風口小套的“大塊”其體積和重量是“多么的巨大”！按照風口小套的支撐力估算至少也要“上百噸”！如此之重的“大塊”在爐內是需要占用很多“空間”的！而且其“大塊”所占用的“體積空間”，在其爐內是屬于“閑置”的和“不工作”的！是沒有被充分利用的！如果按照上面“大、小風機倒換的案例”分析，不難理解，之所以能夠在爐內生成如此之大的“大塊”，就是因為“風小其爐容自己變小”的原因，是“爐子自我調整”所致的產物；如果上面所述的“大塊”發生在小高爐上，則不可避免地會引起風口灌渣甚至爐缸凍結，好在大型高爐的爐缸具有足夠大“熱容量”和足夠大的承受能力，否則其結果也應該與小高爐是一樣的！由此聯想認為，大型高爐“下大塊”壓壞風口的事情，所反映出來的問題就是“風小”其強化水平不夠！如果按照上述的利用系數6.0t/m3?d的高爐風壓水平推算，4000m3級以上的大型高爐的風壓水平至少應該提高到1000 kPa，其利用系數至少應該達到5.0t/m3?d以上，到那時將不再會發生“下大塊”壓壞風口的事情，并且更能夠充分印證“高爐強化程度越高越安全”，“有多大的風就會有多大的爐膛”的觀點，更重要是，當大型高爐強化水平大幅度提高以后，其利用系數即產量也將會大幅度提高，因此，到那時，就能夠關停許多“不達標”的中小型鋼鐵企業的小高爐，因此，大型高爐進一步提高強化水平，將非常有利于節能減排，將非常有利于鋼鐵企業碳達峰碳中目標的實現。
事實證明：高爐提高強化水平的趨勢是不可阻擋的！因為它是從實踐中“干”出來的！現在已知的強化水平最高的、并且最早的應該是煙臺鐵廠的13m3高爐，其最高利用系數曾達到過7.2 t/m3?d，一般情況下都在6.0 t/m3?d以上，大概是它開創了高爐提高強化的先河；后來就是120m3高爐和350 m3高爐利用系數相繼突破了4.0t/m3?d；近幾年1080m3高爐利用系數也成功突破4.0t/m3?d；另外還有1750m3和3200m3高爐利用系數超過3.0t/m3?d的報道；加上前面所說的安徽某高爐利用系數超過6.0t/m3?d的報道；不難看出，高爐提高強化水平的趨勢是從“小高爐”逐漸向“大高爐”推廣的，也是勢不可擋的！撰寫上面這些的目的就是為了引起煉鐵界對此事的高度重視，以便于盡早開展大型高爐大幅度提高利用系數提高強化水平的研究！以便于跟上時代的步伐，以便于為大型鋼鐵企業創造更多的經濟效益，以便于在提高產量降低成本的同時大幅度減少二氧化碳排放！以便于大型鋼鐵企業盡早實現碳達峰碳中和目標。
2.5 高爐提高強化水平應該從設計開始
2000年初，濟鋼350m3高爐迎來新一輪大修改造，此時高爐利用系數已經達到了3.0t/m3?d，為此，筆者建議設計部門將大修改造高爐的利用系數按照3.5t/m3?d設計，然而設計部門不敢采納，只按照2.8t/m3?d進行了設計，并說他們選擇2.8t/m3?d已經是當時最高的了！由此看出高爐提高強化水平不是設計出來的，而是通過不斷地改造而“干”出來的。
回顧上面這段歷史的目的是為了說明一個問題，就是如果“設計思想不先進”，則往往會限制生產技術的發展，正如高爐利用系數，如果按照2.8t/m3?d設計，則其前面的燒結系統、球團系統、煉焦系統的產量，也都要按照這個利用系數進行配套設計；這樣設計的結果就是：當高爐利用系數超過設計值（即2.8t/m3?d）以后，其原燃料的生產能力就不夠了！然而為了保證高爐用料，就不得不讓燒結機、球團豎爐加足馬力“開快車”“強制進行增產”，其“強制增產”的結果必然是降低質量；其煉焦爐也不得不通過減少結焦時間的方法來增產，其最終結果也是導致焦炭質量變差；由于原燃料質量的變差，高爐必然會爐況不穩，甚至爐況失常，最終受影響的不僅是高爐還有整個企業的經濟效益；在這方面是有很多廠家付出了慘痛代價的！敘述本段的目的就是為了引起有關新建鋼鐵項目廠家的高度重視，要及早地為高爐強化留出充足的原燃料增產空間（即燒結系統、球團系統、煉焦系統的產能至少要比高爐設計利用系數再高出30%），以便于將來高爐能夠進一步提高強化水平和增產。
2.6 關于原燃料質量對高爐強化與爐況穩定順行的重要作用
2002年濟鋼著手新建1750m3“大高爐”，為此率先對燒結機、球團豎爐以及煉焦爐進行了增產改造；國內第一套“干熄焦”系統也已投產；就在“大高爐”還未建成投產之前，其原燃料系統率先完成改造之后的這段時間，6座350m3“小高爐”率先受用了原燃料系統的改造后的成果；自2002年下半年至2003年9月末，6座“小高爐”的爐況穩定程度和順行程度幾乎達到了無法用語言來表達程度！連續十個月以上不發生“懸料”！連續半年不燒壞一個風口小套！爐溫（指生鐵含硅）和爐渣堿度的穩定程度幾乎是爐爐相同，其穩定程度達到了化驗人員不愿意給爐爐作分析的程度，其代表爐溫的生鐵含硅每天只給做一次！爐渣成分甚至一個月才給做一次！這期間對高爐操作者的感覺已經不是煉鐵界所說的“七分原料三分操作”了，而應該是“九分原料一分操作”，因為當時的高爐風機能力全部發揮（即風全用）、風溫全用，其爐溫穩定到幾乎不用調整負荷！幾乎到了“無操作內容可操作”的程度！然而這一切都隨著2003年10月1750m3“大高爐”投產而被徹底打破！
2003年10月1750m3“大高爐”投產后僅僅幾天，不僅1750m3“大高爐”自身爐況不好，6座350m3“小高爐”也相繼出現不同程度的爐況失常！最為明顯的就是風口小套大量損壞，最嚴重時某座高爐甚至一天內就燒壞好幾個！350m3“小高爐”所發生的如此翻天覆地的變化，其根本原因就在于原燃料質量變差！由此不難看出，原燃料質量對于高爐來講是多么的重要！由于此事對筆者觸動很大，因此，其印象特別深刻，隨即便產生了一個想法，就是如何能夠讓高爐徹底擺脫對原燃料質量特別是“塊狀”原燃料的依賴，讓高爐能夠直接使用未經過焙燒處理的鐵礦粉就能夠冶煉出優質鐵水！隨后通過十多年的認識、研究認為：通過把高爐爐體加高，并在爐內的頂部旋轉布撒鐵礦粉，并使鐵礦粉在懸浮狀態下、在自然下降過程中，與向上流動的高溫還原氣充分接觸并產生還原反應，使鐵礦粉在下降過程中完成還原，最終生成鐵水落入爐缸下部的方法應該是可行的；該方法經過了業內有關專家的認可，并申報了發明專利，其專利名稱為《一種短流程高爐煉鐵工藝》，專利號201911373075.3，感興趣的朋友可以查閱；另外，還撰寫了一篇章名為《關于將現有高爐改造成為“短流程高爐”實現產能就地置換就地優化升級的研究》的文章，感興趣的朋友可以來電話索取。
3 關于高爐進一步提高噴煤量的問題
筆者通過長時間跟蹤、觀察、研究發現：多年以來高爐的噴煤比都在130～160kg/t之間，雖然有很多廠家（包括濟鋼）都進行過煤比突破200kg/t的攻關，并且都取得了一定的成果，但似乎誰也不肯將正常噴吹量提升到200kg/t以上？究竟是什么原因呢？通過與有關爐長甚至廠長聊天發現，其中最根本的原因應該是“恐煤癥”，就是認為當噴煤量“過大”以后一旦遇上爐涼就不好應對處理，其關鍵原因還是怕出現爐涼；只要是上級領導不“逼迫”，一般情況下誰也不愿意“冒這個險”；以筆者之見，怕爐涼的原因還是對爐涼的原因沒有真正認識清楚，只要認識清楚了就不怕爐涼了！由于造成爐涼的主要原因就是“爐墻粘結物脫落”；然而“爐墻粘結物”是“能夠得到預測和控制的”，即隨時通過理論出鐵量與實際出鐵量的對比，以及隨時通過調整邊沿布料圈數和角度的方法來穩定“水溫差”，利用“集中加焦”配合“集中投球”及時清洗的方法，再加上最為重要的一項就是“提高高爐強化水平”，因為高爐強化水平越高，爐墻就越不容易粘結，因為爐內所有的空間都被“大風”而充分利用起來了，沒有閑置空間用于粘結！因此，筆者認為，當上述方法全部掌握了會用了，高爐持續實現200kg/t“大噴煤”的安全就能夠得到保障了。如果按照高爐工作原理分析，就高爐內部來講，高爐正常生產情況下其“軟融帶”下面一直到“死鐵層”幾乎全部都是“焦炭”，不管你是否噴煤，也不管噴多少煤都是如此不變的；再加上結合前面的分析就不難理解，只要是爐墻（主要是爐身下部、爐腰和爐腹，特別是爐腹部位的爐墻）不存在過多的粘結物，就不會發生粘結物脫落問題，就不會發生“突發性”爐涼問題；只要是對上述問題做到了預知預判，其保證大量噴煤情況下的高爐安全是有可能的。
在實施200kg/t“大噴煤”的時候，在高爐操作方面，需要特別注意的是：在遇到非計劃休風或者拉風坐料的情況時，需要在恢復風量、風壓達到一定水平，并認定“已經穩定”后，就必須立即恢復噴煤量，并且最好一次性恢復到原有水平，不要擔心爐子不接受，因為筆者曾試驗過一次性恢復到170kg/t噴煤比的噴煤量，并且爐子一點不良反應也沒有！從爐內的工作原理上分析，爐子剛剛恢復時，其爐內是處于“全焦冶煉狀態”的，其“全焦冶煉狀態”時其風口前理論燃燒溫度是容易過高的，這時候是最容易“返熱”的，其“返熱”對于爐況穩定是非常不利的，這時候給它一次性恢復大量的噴吹煤粉，就相當于以往的“撤風溫”，是有利于爐況穩定的。
4 結語
通過“大小風機頻繁倒換”的案例，以及安徽某高爐利用系數實現6.0t/m3?d案例，以及高爐發展進步特別是“爐缸凍結”事故“絕跡”的事實，揭示出“有多大的風就會有多大的爐膛”以及“高爐強化程度越高越安全”的觀點。
通過原燃料質量對于高爐重要性的敘述，能夠知道，在“具有一定經濟性”的前提下，真正做到了擁有較好的且穩定的原燃料質量，高爐就不容易“粘結”就不容易“下粘結物”、就不容易發生爐涼、就不容易爐況失常，就能夠保證高爐長期穩定順行。
通過4000m3以上大型高爐容易“下大塊壓壞風口”的事實，通過安徽800多立方米高爐所使用的風壓相當于3200m3高爐風壓（即408kPa）的真實情況，展望了大型高爐進一步提高強化水平的前景，展望了高爐噴煤比提高并保持到200kg/t以上水平的可能性。