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大幅限產條件下高爐操作應對技術研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2025-01-13  作者:明名 張新天 周磊  瀏覽次數:2013
 
核心提示:摘要:2021下半年,國內各大鋼鐵廠陸續控產,根據不同的控產目標,大多采用減風、減氧等控冶強措施,或檢修、燜爐、停爐等減產措施。此次國內B鋼控產力度非常大,大部分高爐檢修或停爐,僅保留6座高爐低冶強生產,并大幅度減氧、控制冶強,入爐品位下降幅度大,降冶強和品位后,高爐操作隨之調整,探索出低Si、低品位、低碳耗和低成本操作模式。 關鍵詞:冶煉強度 燃耗 控產 低硅 低成本煉鐵
 大幅限產條件下高爐操作應對技術研究

明名  張新天  周磊

(江蘇永鋼集團有限公司)

摘要:2021下半年,國內各大鋼鐵廠陸續控產,根據不同的控產目標,大多采用減風、減氧等控冶強措施,或檢修、燜爐、停爐等減產措施。此次國內B鋼控產力度非常大,大部分高爐檢修或停爐,僅保留6座高爐低冶強生產,并大幅度減氧、控制冶強,入爐品位下降幅度大,降冶強和品位后,高爐操作隨之調整,探索出低Si、低品位、低碳耗和低成本操作模式。

關鍵詞:冶煉強度 燃耗 控產 低硅 低成本煉鐵

1  引言

2019年至2022年,在全球持續疫情、局部戰爭導致經濟低迷等各種因素影響下,鋼鐵行業上游礦、焦等原燃料價格居高不下,下游需求持續萎縮,多重因素嚴重擠壓企業利潤空間,導致鋼鐵企業經營舉步維艱。中國鋼鐵產能由2020年10.64億噸下降到2021年10.32億噸,下降0.32億噸。據中鋼協統計,2022年重點統計鋼鐵企業累計生產鋼材8.02億噸,同比下降0.50%。從當前國內和全球經濟環境看,鋼鐵行業將臨產能全球過剩和雙碳目標壓力,并成為企業新常態,低碳、低成本冶煉是煉鐵人必須重點思考和解決的問題。

B鋼從2021年下半年開始大幅采取控產措施,在使用極低品位條件下,燃料消耗和噸鐵成本大幅下降,其實踐經驗對我永鋼及國內同行均有重大的借鑒意義。

2  B鋼鐵廠冶煉實踐

國內B鋼鐵廠作為國內知名大型鋼鐵企業,因其低品位,高產量,低Si冶煉和較低的燃料比和煉鐵成本水平在國內一直處于行業前列,B鋼屬典型的沿海企業,具備港口運輸物流條件好,礦石靠近物流中轉港,礦、焦物流價格低的區域優勢。經過多年發展,到2008年,B鋼形成16座500—1000m3高爐,產能超千萬的大型長流程鋼鐵企業。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,有利于生產組織和技經指標提升,這些高爐經過大修,后續基本改造擴容到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%,總體與我公司相當或略低。進入2021年7月份,因政策限制導致指令性控產,B鋼大多數高爐檢修或燜爐,僅保持6座高爐生產,這些高爐在生產實踐中摸索出了低Si、低品位、低消耗和低成本的生產模式,在新常態下,對永鋼,對國內其他企業實施煉鐵低成本冶煉以有益的啟發。

表1  B鋼近年來主要生產指標

圖片9 

從上表可見,B鋼煉鐵生產組織有以下幾個特點:

(1)煉鐵規模持續提升

多年來,B鋼在保持高產、高冶強生產的同時,堅持低Si冶煉,低Si有利于高爐和煉鋼降低燃耗和物料消耗,提高煉鋼生產效率,有利于鐵-鋼系統整體增效;

(2)高產高冶煉強度

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

(3)堅持低[Si]冶煉

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

(4)低品位冶煉

B鋼爐料入爐品位總體較低,也會根據市場行情,以高品位提高鐵水產量;

(5)大富氧提產量

提升富氧,強化冶煉是B鋼產能提升的主要原因: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%,高爐產量大幅提升;

(6)控冶強降燃耗

從2021年7月份開始,由于政府強力控產措施的實施,B鋼開始停爐控產,僅保留9#、10#、11#、12#、13#、14#6座1000m3級高爐生產,爐容1100m3左右,生產的高爐也大幅降低了富氧量,生產的6座高爐通過大幅降低品位和冶煉強度,實現了大幅降低燃料比和極低[Si]冶煉。

3  B鋼煉鐵控產前后技經指標變化情況

3.1  控產前后高爐操作和指標變化

表2  B鋼目前生產的6座高爐與去年同期指標對比

圖片10 

3.2  B鋼控產操作特點

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

(2)煤比下降:控產后,因高爐減氧,風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,在品位和冶強大幅下降的同時,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,獲得較好的經濟效益。2013年,B鋼爐渣鎂鋁比一度高達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,B鋼高爐煉鐵在入爐品位下降的同時,鎂鋁比提高到0.70-0.75。

(5)鐵水Si含量降低:此次控產,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)冶強降低,煤氣利用率提升:此次控產,冶煉強度由去年同期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致其燃料比理論下降8.1kg/t鐵。

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

表3  2021年8月B鋼生產高爐送風參數

圖片11 

表4  2020年8月B鋼生產高爐送風參數

圖片12 

與同期比較,此次B鋼高爐控產,入爐風量平均減少19.11%,所有高爐均采取了縮小風口面積的措施,這6座高爐縮小風口面積1%-3.6%,標準風速和鼓風動能反而高于去年同期,足夠的風速和鼓風動能保證了爐缸的活躍性。

(8)上部裝料制度變化:B鋼大幅度降冶強后,富氧量大幅減少,因此,噸鐵煤氣發生量增加,頂溫明顯上升。各高爐普遍采用了拓展礦焦平臺、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鋼控產高爐裝料制度

圖片13 

(9)上部調整特點: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,礦石檔位拓寬到8°-10.5°的5個或6個環位,焦炭檔位拓寬到10°-12°的6個或7個環位;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鋼控產前后主要技經指標對比

圖片14 

由表6可見,B鋼控產是全方位的,降冶強是高爐控產的主要措施,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鋼指標和去年同期對標,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)冶強下降影響燃料比:2020年8月份,B鋼高爐噸鐵風量928m3/t,噸鐵富氧87m3/t。因為控產,大幅度控氧,富氧降低到40m3/t,噸鐵風量增加到1082m3/t,經計算,綜合冶煉強度由2.29t/(m3·d)下降到1.14 t/(m3·d),下降幅度50.22%。

(4)燃料比與冶強的關系:根據國內外高爐煉鐵生產經驗,高爐冶煉強度(焦炭冶強)有一個合理的區間,即著名的“U”形曲線或稱“鍋底曲線”,即,當高爐冶煉強度在1.05~1.20 t/(m3·d),高爐燃料比較低,冶強過低或過高都會導致燃料比升高。越過合理焦炭冶煉強度區間,燃料比會大幅上升。

圖片15 

圖1  冶強與燃料比變化關系(“鍋底”形曲線)

由圖1可知:

a.    冶煉強度在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,隨著冶強的上升,燃料比大幅上升;反之,冶強向“鍋底”處下降,燃料比大幅下降;因此,冶強不能無限提升;

c.    B鋼歷年冶強均較高,一般為2.0 t/(m3·d)以上,早已超過最低燃料比區域,因此,B鋼高冶強為其貢獻了高產量,但其燃料比較高;

d.   此次B鋼控產,冶煉強度由2.29降低1.14 t/(m3·d),冶煉強度重回“鍋底”處,導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前高品位條件下的燃料比,這是此次B鋼控產下,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,在產量效益驅動下,國內各煉鐵廠普遍采用提冶強達到提產量目的,多座1000m3級高爐系數突破4.0t/(m3·d),日產超過4100t/d。B鋼2018年至今年上半年,利用系數4.1-4.4 t/(m3·d),這些高產高爐成為我們對標學習的目標單位。

永鋼煉鐵廠一般8—10座高爐生產,產量保持在日產25000t左右。永鋼煉鐵高爐提產的主要手段和B鋼、河北等國內指標先進企業技術路線基本相同,即,提高富氧和冶煉強度,所以近年永鋼所有高爐冶煉強度普遍在1.75~1.85t/(m3·d),甚至更高,超出經濟冶強50%以上,導致爐內煤氣流速過快、煤氣在爐內停留時間短、煤氣利用率下降,高爐燃比上升。

表7  國內1000m3級高爐2014年上半年主要指標對比

圖片16 

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

根據永鋼和國內多家煉鐵成本構成,焦炭礦石是煉鐵生產必須的原燃料,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、水、電、氣消耗成本,以及人工工資和固定資產分攤。而礦石、焦炭在總成本的90%中,根據各企業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,通過降低冶強提高煤氣利用率,降低燃料消耗,由于礦石價格降低和燃料消耗下降,也能在一定程度上降低鐵水生產成本。

表8  永鋼9#高爐2021年1-8月份主要指標

圖片17 

永鋼9#1080m³高爐于2011年8月18日開爐后保持高冶強生產狀態,其冶煉強度大多保持在1.75t/(m3·d)以上,2021年7月份出現爐缸溫度超標后,采取降冶強護爐措施,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  結論

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

(2)在產量壓力不是太大或市場需要控制產量時,高爐可以以1.05-1.30t/(m3·d)為目標降低冶強,降低煤氣流速,提高煤氣在爐內的滯留時間,壓縮高溫區,提高間接還原度,擴大塊狀帶區域,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,才能實現低成本冶煉目標。其主要調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.下部送風制度調整:冶強降低,下部調整應逐步縮小風口面積,保證風速和動能充足和爐缸活躍;

c.熱制度調整:降冶強后,煤氣利用提升,渣鐵溫度明顯上升,在保證渣鐵流動性和爐缸活躍前提下,實現[Si]≤0.30%的低硅目標;

d.造渣制度調整:降冶強后,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堿度可適當提高0.02-0.03,提高鎂鋁比,保證爐渣流動性和爐缸活躍。

 

 
 
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