許滿興1 張天啟2
(1.北京科技大學 2.銅陵市旋力特殊鋼有限公司)
摘要:本文介紹了新世紀以來我國鐵前生產的年產量和能耗指標、爐料結構、入爐礦品位和渣鐵比、還有燒結礦和球團礦主要質量指標的系統數據。對建國以來鐵前生產的爐料結構和爐料質量進行了分階段的特征介紹和評述。對我國新時代的爐料結構和爐料質量提出了高質量發展的目標。本文最后對我國新時代鐵前生產的高質量發展提出了有信心的展望。
關鍵詞:爐料結構的未來 燒結礦球團礦高質量發展目標
1.新世紀我國鐵前生產發展的數據與變化趨勢評述
鐵前生產包括高爐煉鐵和燒結礦、球團礦生產;新世紀以來我國生鐵年產量、燒結礦和球團礦的年產量,高爐爐料結構入爐礦品位、渣鐵比、燃料比和燒結礦球團礦的主要質量指標列于表1。由表1可見,我國鐵前生產跨入新世紀22年來,生鐵年產量與燒結礦、球團礦生產及爐料結構呈現逐年快速發展進步的狀態,由于入爐礦品位和渣鐵比的變化以及高爐操作的進步,引起入爐焦比、噴煤比和燃料比的變化,還可見燒結礦和球團礦主要質量指標的逐年變化狀態,新世紀我國鐵前生產發展與變化態勢,列于圖1~圖4。

圖1 2000~2022年生鐵、燒結礦、球團礦年產量增長態勢圖
圖2 2000~2022年入爐礦品位、渣鐵比與燃料比變化態勢圖
圖3 2000~2022年燒結料層厚度與固體燃耗變化態勢
圖4 2000~2022年球團礦生產膨潤土用量與工序能耗變化態勢
由圖1可見,我國高爐煉鐵和燒結球團生產2005~2020年呈高速發展的態勢,2020年后生鐵和燒結球團產能呈適度調節的態勢;由圖2可見,新世紀以來,入爐礦品位呈稍下降的趨勢。渣鐵比呈上升的趨勢,燃料比呈兩頭高中間低的趨勢,2009~2011年燃料比最低,2012~2022年的近10年間,燃料比沒有下降,一直徘徊在530kg/t到540kg/t的狀態,這與近10年入爐礦品位下降,渣鐵比升高直接相關。
由圖3可見,新世紀以來22年數據呈現燒結生產料層厚度一直在提高,固體燃耗2000年~2012年,隨料層厚度提高呈下降趨勢;由于堿度進入最佳堿度范圍,料層接近700mm,固體燃耗實現了大幅度下降,由53kg/t下降到44.8kg/t,下降了8.2kg/t,2013年以后,當料層厚度達到700mm后,固體燃耗不再下降。
由圖4可見,我國球團生產從2000年到2021年,膨潤土配比基本呈下降趨勢。由2001年的28.78kg/t下降到2021年的17.74kg/t,20年下降了近11kg/t,球團礦生產的工序能耗也逐年呈下降趨勢,由2000年的39.55kgce/t下降到2021年的26.06kgce/t,下降了13 kgce/t。
由表1的數據和圖1~圖4的變化趨勢,可直觀看到我國鐵前生產的高速發展,高爐煉鐵隨入爐品位的變化,渣鐵比呈現的狀態和燃料比的變化規律,燒結生產由于料層的自動蓄熱效應,固體燃耗呈下降趨勢,但當燒結料層厚度提高到700mm以后,由于料層阻力的增加,燃料燃燒的條件沒有得到改善,固體然耗反而有所增加。圖4直觀反映了新世紀以來,我國球團礦生產膨潤土耗量和工序能耗呈逐年下降的趨勢,以上這些數據和變化趨勢說明,數據來源于生產,精準的數據可以指導生產質量的改善和能源消耗的降低。
2. 爐料結構和爐料質量數據是決定鐵前生產的關鍵因素與評述
2.1 建國以來爐料結構發展的三個不同階段數據與評述
建國70余年來,我國鐵前生產發生了翻天覆地的變化,特別是2000年~2013年更是高速發展,年產量每年遞增超過3000萬噸,由2000年的1.31億噸增加到2013年的7.089億噸,這些數據的變化都與爐料結構密切相關。依據高爐冶煉的指標和我國建國以來七十余年的數據特點,可將爐料結構的發展分為三個階段,三個階段的具體特征列于表2。
由表2可見,不同階段爐料結構的高爐冶煉的利用系數和燃料比有著很大的差別,第三階段的爐料結構對我國鋼鐵工業的快速發展發揮了重要作用,這一爐料結構它既發揮了高堿度燒結礦的優良冶金性能和質量的優勢,同時也發揮了酸性爐料高品位低渣量的優勢,極大的滿足了我國國民經濟高速發展的需求。隨著時代的發展和雙碳目標的要求,我國現行的高爐爐料結構與國外先進工業發達國家的爐料結構相比,還需要進一步發展和創新。
2.2 我國燒結礦、球團礦生產發展的三個階段數據與評述
我國燒結礦和球團礦生產的發展與高爐爐料結構的發展的三個階段是相一致的,建國70余年來燒結礦生產經歷了低堿度燒結礦、自熔性燒結礦和高堿度燒結礦三個階段。球團礦生產建國初期到上世紀80年代發展緩慢,為慢速起步階段,80年代到上世紀末為起步發展階段,跨入新世紀以來,我國球團礦生產獲得了突飛猛進的發展,進入快速發展階段。我國燒結礦、球團礦生產發展的三個階段特征,主要質量指標和能耗指標列于表3和表4。
3. 新時代我國鐵前生產高質量發展的未來
2000~2021年我國鐵前生產的數據證明,新時代鐵前生產高質量發展的未來,爐料結構和爐料質量是決定高爐煉鐵主要技術經濟指標的關鍵性因素,這也與低碳煉鐵和節能減排緊密相連。
3.1 新時代我國高爐煉鐵爐料結構的未來
我國高爐煉鐵的燃料比進入新世紀20年來的平均值一直徘徊在530kg/t到540kg/t,寶鋼和京唐公司的先進值達到480kg/t的水平,但比起西方一些工業發達國家的水平,還存在較大的差距;瑞典等國的高爐煉鐵燃料比10多年前已突破450kg/t的大關。這種差距最主要最關鍵的問題在于我國的爐料結構以高堿度燒結礦為主,他們的爐料結構則以高品質球團礦為主,這種不同爐料結構的冶煉效果對比列于表5。
由表5可見,我國高爐煉鐵要解決近20年來燃料比居高不下俳徊的問題,應對爐料結構進行調整,由以傳統的燒結礦為主的爐料結構調整為以高品質球團礦為主的爐料結構;實現以高品質球團礦為主的爐料結構,是新時代鐵前高質量低碳綠色發展的一項關鍵技術。
3.2 新時代我國燒結礦生產高質量發展的未來
爐料質量是決定鐵前生產高質量發展的關鍵所在,鑒于目前燒結礦是我國高爐煉鐵的主要爐料,因此生產高質量的燒結礦是鐵前生產高質量發展的關鍵一環。由表1可見,我國燒結生產近20年來料層厚度已由不足500mm提高到近800mm,但固體燃耗自2012年以來一直停留在45kg/t到50kg/t,燒結礦的質量也處于停滯不前的狀態,究其原因在于隨著料層厚度的進一步提高,料層阻力增大,透氣性變差,燃料燃燒的條件沒有得到改善,因此改善超高料層的透氣性,改變燃料燃燒條件,是降低燒結生產固體燃耗和工序能耗的關鍵。怎么才能改善超厚料層的透氣性和燃料燃燒的條件,實現真正低碳厚料層均質燒結生產呢?梅鋼在198m2燒結機的生產實踐中,采取二次分加工藝成功將45%~55%的燃料進行分加,取得了降低固體燃耗,提高了燒結礦產,質量的效果[8]。濟南銀能冶金科技公司在濟鋼和江蘇興達鋼鐵公司進行新工藝實踐:改變傳統的內配碳制粒,采用外配炭新工藝,實現了固體燃耗平均降低10kgce/t,固體燃耗低于35kg/t的佳績,同時產量提高了5%~7%。內返礦降低了10%~12%,由于低碳厚料層均質燒結的實現,燒結礦的冶金性能也得到了全面改善,900℃還原性提高了4%~6%,RDI-3.15粉化率降低了8%~10%[9],筆者認為這就是未來燒結礦生產高質量發展的。
3.3 新時代我國球團礦生產高質量發展的未來
長期以來我國球團礦的質量大多數處于比較差的水平,其表現為含鐵品位低,SiO2含量高,球的粒徑大小不勻,球的表面粗糙,這樣質量的球團配入高爐煉鐵往往會給高爐下部造成難行不順等影響。品質高的球團礦與燒結礦相比具有多方面的優勢,它不僅含鐵品位高,SiO2含量低,渣鐵比低,高爐煉鐵的燃料比低,而且在改善環保,降低排放和凈化煙氣等方面均具有無可比擬的優勢。球團礦生產與燒結生產的優勢對比列于表7。
由以上數據對比可見,新時代低碳煉鐵節能減排,應大力發展高品質球團礦生產,新時代我國球團礦生產高質量發展的目標列于表8.
4. 對我國新時代鐵前生產高質量發展的展望
我國鐵前生產由表1可見,近10年高爐煉鐵的入爐礦品位低于57.5%,渣鐵比高于350kg/t,燃料比在530kg/t與540kg/t間徘徊,燒結礦的含鐵品位低于55.5%,在料層厚度平均接近800mm的條件下,固體燃耗處于45kg/t到50kg/t的水平,球團礦的含鐵品位低于63.5%,SiO2含量基本高于5.5%,膨潤土配比基本高于17kg/t。這些數據不符合新時代高質量發展的要求,表5表6和表7提出了我國新時代鐵前生產的高質量發展目標,筆者相信全國煉鐵工作者都會按新時代鐵前生產高質量發展的目標,推進高爐煉鐵和燒結球團生產的高質量發展,我國球團礦生產的質量相對高爐煉鐵和燒結生產,距新時代高質量發展的目標差距比較大,但近10年來,我國已有多家企業球團生產的質量已經接近國外的先進水平,其具體數據列于表9。
依據以上這些數據,筆者相信我國廣大的煉鐵工作者一定會受到啟發和鼓舞,以實際行動推進我國鐵前生產取得高質量發展。
主要參考文獻
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[9] 許滿興 代汝昌 超低碳高能效均質燒結新工藝 《2021年全國“碳達峰,碳中和”形勢下燒結球團關鍵技術發展高峰論壇論文集》河北省等八省市金屬學會2021。10湖南湘潭(37-39).
[10] 許滿興 綠色發展,高質量發展我國高爐煉鐵的必由之路 《2018年全國燒結球團技術交流年會論文集》2018.5. 成都(1-5).
[11] 姜濤 燒結球團環境保護技術《燒結球團生產技術手冊》工業出版社 2014.6(713-727).