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中国大型高炉生产现状初步分析与探讨 

发布时间:2019/08/05

  1). 中国钢铁工业协会
  摘要:4000m3以上大型高炉是高炉炼铁先进技术的集中体现,大型高炉相对于容积小的高炉,单位炉容投资经济、能耗低、环境负荷低、劳动生产率高。2000 年以来,随着钢铁需求的迅猛增加,一批 4000m3以上大型高炉在我国相继投入运行,在炼铁工作者的不懈努力下,大型高炉的操作管理取得了突出的成绩和效果。本文通过对我国 4000m3以上大型高炉的生产现状尝试进行初步分析。
  关键词:大型高炉;生产现状;生产技术指标
The productionand development of large blast
furnacesin China
Xi JIANG1
1). China Iron and Steel Association Beijing,100711
Abstract:The large blast furnaces with volume larger than 4000 m3 is the concentrationrepresents of new techniques inironmaking blast furnace. Compared with the small volume blast furnace, it haslower economic investigation, smaller energy consumption and environmentalload, higher labor productivity. A large number of 4000 m3 blastfurnaces were built when the steel demands were increased dramatically afterthe year of 2000. In the efforts of ironmaking operators, the operation indexesof large blast furnace have reached advanced levels. In this paper, theoperation satiations of large blast furnace were analyzed.
Key words:Largeblast furnace; Production status ;Production indexes;
  4000m3 以上大型高炉是高炉炼铁先进技术的集中体现,大型高炉相对于容积小的高炉,单位炉容投资经济、能耗低、环境负荷低、劳动生产率高。2000 年以来,随着钢铁需求的迅猛增加,一批 4000m3以上大型高炉在我国相继投入运行。通过炼铁工作者的不懈努力,近年来,我国在大型高炉的生产管理和操控技术等方面取得了突出的成绩和效果。本文通过对我国 4000m3以上大型高炉的装备水平、原燃料指标、技术经济指标等方面进行初步探讨和分析。
  1     我国大型高炉生产现状
  1  装备水平
  2000 年以来,以首钢京唐 5500m3 高炉为代表的一批大型高炉在国内相继投入运行[1] [2]。截至目前,4000m3 级以上大型高炉达到 22 座,高炉的大型化和自主创新成为这一阶段高炉炼铁发展最主要的特点。随着高炉操作、管理理念的不断改进,装备水平也取得了突飞猛进的发展,炉顶料面监控、水温差在线检测、炉缸侵蚀模型、风口监控、煤气在线检测等先进技术不断得到推广应用,传统意义上的高炉"黑匣子"逐步向"透明化"的方向发展,一大批国产高炉设备设施已经达到国际领先水平[3]。
  然而,与西欧、日本等钢铁工业发展先进国家、地区相比,我国在高炉大型化方面还有很大的差距。据统计,2015 年我国拥有炼铁高炉将近 1500 座,平均炉容仅 770 m3。西欧
  1990 年至 2008 年,高炉平均炉容由 1690m3扩大到 2063m3,日本 1990 年至 2008 年平均炉容由 1558 m3 扩大到 4157 m3。
  1.2 技术经济指标
  近年来,我国大型高炉的操作管理水平在不断提高,指标在逐步优化。2015 年我国4000 m3 级以上高炉平均利用系数为 2.07t/(m3od),高于同期日本同级别大型高炉 1.93 t/(m3od)的利用系数,这反映出我国大型高炉的操作管理及顺行程度已经达到了国际先进水平,但是从另一方面也反映出我国高炉操作上更追求产量,这可能是受钢铁需求大幅增加、长期以来形成产量至上的操作思路影响。2015 年我国 4000 m3 级以上高炉的平均燃料比为510.74 kg/t,平均焦比为 345.4 kg/t,平均煤比为 156.18 kg/t。平均焦比较前四年增加了5.52 kg/t,但是平均工序能耗却比四年前降了12.47kgce/t,达到了380.99kgce/t。这反映出我国大型高炉在操作管理上更加科学,更加注重适宜煤比和能耗的控制。2016 年上半年我国大高炉的焦比较 2015 年增加了 2kg/t,吨铁能耗则基本持平。焦比增加的原因主要还是受新投产高炉焦比高的影响[4]。表 1 为我国 20 座 4000m3 级以上大高炉 2016 年上半年生产技术指标。
  近两年,随着企业经营压力的增大,成本意识在高炉的日常操作管理中逐步占主导地位,大型高炉也开始逐步尝试所谓的"经济配料",导致原燃料保障能力下降,大型高炉的波动、失常也屡见不鲜,技术经济指标波动加剧。事实上,大型高炉在各个企业的经营管理以及生产组织中都处于核心地位,炉况一旦出现波动,对整个公司的经营绩效、生产组织将造成严重影响,对高炉的长寿也势必造成严重影响。稳定顺行是高炉最大的效益,对大型高炉尤其如此,高炉长寿创造的效益在日常操作管理中也往往很容易被忽视。因此,对大型高炉至关重要的"精料方针"必须坚持,在努力降低铁水成本的过程中,操作者应更加注重炉况的长期稳定顺行及长期效益,在大型高炉具体的操作、管理方面应更加精细,用精益化的思路管理和操作大型高炉。
  1.3 原燃料指标
  焦炭质量的优劣,对高炉生产稳定顺行、技术经济指标、产品质量和高炉长寿至关重要,对大型高炉影响更大。焦炭质量的评价包括化学成分、灰分、粒度、转鼓强度和高温冶金性能。2015 年,我国大型高炉焦炭平均含碳量为 86.53%,灰分平均 11.95%,平均粒径 50.91 mm,平均 M40 为 88.98%。焦炭平均粒径比前四年减小 1.04 mm;2016 年 1~6 月,焦炭的平均灰分为 11.94%,含硫量为 0.69%;焦炭平均粒度为 51.06mm,M40 平均为89.67%。焦炭平均粒度比 2015 年增加 2.6mm,M40 增加 1%,说明各企业更重视焦炭质量的改善和提升。
  煤粉的质量,对高炉喷煤操作的稳定顺行、煤焦置换效果均有重要影响。对喷吹煤粉质量的总体要求是有害元素少、灰分低、热值高、输送性能好、反应性和燃烧性高,而反应性和燃烧性与煤的挥发分成正比。2015 年我国大型高炉的煤粉灰分平均 9.37%,比四年前有所上升,挥发份为 18.33%;2016 年 1~6 月,大高炉的煤粉灰分平均为 9.37%,挥发分为 18.33%。
  由于钢铁产量大幅度增长,优质的铁矿石资源日趋紧张,而且质量和性能呈逐步下降趋势。我国自产的铁矿石品位较低,大部分的高品位铁矿石需要从国外进口,2015 年我国的铁矿石对外依存度已达到 84%。大型高炉要求吨铁渣比小于 300kg,炉料成分稳定、粒度均匀、粉末少、冶金性能良好和炉料结构合理。烧结矿作为高炉的主要含铁炉料在欧洲和亚洲盛行,而球团矿作为主要炉料则在北美更普遍。2015 年,我国大型高炉的炉料结构为 70.85% 的高碱度烧结矿+20.9%的球团矿+8.25%的块矿,烧结矿占主导地位,因此对烧结矿质量的管理是大型高炉精料管理的主要内容。2015 年,我国大型高炉入炉铁料的平均含铁品位和铁料的平均粒径分别为 59.01%、20.97mm,铁料的平均粒径较四年前增加了 0.8 mm。2016年 1~6 月大高炉烧结矿、球团矿及块矿的平均比例为 71.46%、19.68%、8.86%。与 2015 年相比,烧结矿的比例不变,球团矿的比例降低了 1.5%,块矿的比例得到一定提高[5]。
  受市场的影响,我国大型高炉的炉料结构、品种和质量标准也在不断调整以适应市场,但仍需继续坚持精料技术。
  1.4 主要控制参数
  高炉实施低硅冶炼,可达到高产、稳产、优质、低耗的目标,降低生铁成本。同时低硅、低硫铁水可以降低炼钢渣量,提高铁的收得率,缩短冶炼时间,对开发新钢种、冶炼高级纯净钢、提高转炉生产能力、降低成本有重要意义。对于低硅冶炼的高炉,应该在保证铁水温度的情况下,尽量降低高炉的生铁含硅量。2015 年,我国大型高炉的铁水含硅和铁水温度平均分别为 0.43%、1503.11℃,铁水含硅量比四年前降低了 0.01%,铁水温度也降低了 1.36℃。 2016年1~6 月大高炉铁水含硅量及铁水温度平均值分别为 0.42%、1502.6℃。铁水温度下降幅度不大。
  高炉生铁一级品率是指含硫量小于或等于 0.03%的生铁占所有生铁的比例。2015 年,我国大型高炉的含硫量和一级品率的平均值分别为 0.029%、76.35%,铁水一级品率比四年前降低了 2%;2016 年 1~6 月大高炉铁水含硫量和一级品率,生铁含硫及一级品率的平均值分别为 0.031%、74.73%,仍然呈下降趋势,这可能主要还是受经济配料、使用低品质的影响。
  我国大型高炉的吨铁渣量有所降低。平均渣比和二元碱度分别为 301.02 kg/t 和 1.19 倍,除宝钢 4 座高炉以外,都在 300kg/t 以上。2016 年 1~6 月平均渣量及二元碱度,分别为297.73kg/t、1.18。大高炉的渣量比 2015 年降低了 3kg/t。与国外的大型高炉相比,我国的渣比仍然偏高。
  煤气利用率与高炉的吨铁燃料比有着直接的关系。2015 年我国大型高炉的平均煤气利用率为 48.72%。2016 年 1~6 月平均煤气利用率及燃料比,分别为 48.21%、517.1 kg/t。宝钢几座高炉的煤气利用率高于 50%,其燃料比也低于 500kg/t。
  2  对目前我国大型高炉生产状况简要分析
  2.1 大型高炉的发展必须基于一定的条件和基础,大型高炉需要比中小高炉更加优质的原燃料、高效的管理和综合操作技术。当前大型高炉对优质原燃料的需求越来越多,而可供使用的优质资源越来越少,对大型高炉的稳定顺行带来巨大的挑战。[6] [7]
  2.2 大型高炉对外围生产条件的变化非常敏感,大型高炉一旦出现问题,对公司整个生产组织、经营绩效将产生严重影响,因此要求对大型高炉的操作管理要更加精细,举全公司之力提高外围保障能力,确保大型高炉的安全稳定运行。
  2.3 作为电炉炼钢主要原料的废钢积蓄量较少,废钢积蓄量和使用率有待提高,我国钢铁冶炼的主流程为铁前(烧结/球团)-炼铁(高炉)-炼钢(转炉)工序。钢铁工业的能耗总量占全国能耗消费总量的 15%,占全国工业能源消费总量的 23%左右,而全国炼铁系统能耗占整个钢铁行业总能耗的 70%左右。因此,大型高炉仍要把节能降耗当作首要任务来抓。
  2.4 风温带入的热量占高炉冶炼热收入的将近 20%。在现有高炉的冶炼条件下,风温提高100 °C 可降低燃料比约 8kg/t。这几年,我国高炉风温已经有了长足的进步,但是不同层次的起因发展并不平衡。2015年,我国大型高炉的平均风温为 1211℃,个别高炉的风温仍然低于 1200℃。因此,要继续推广高风温技术。高风温是节能减排的重要措施,是提高煤粉燃烧率的重要影响因素,对高炉的稳定顺行及炉缸的活跃性也有重要的意义。
  3 对高炉炼铁的方向初步探讨
  第一、钢铁工业由大转强,增加产业集中度,因地制宜发展大高炉应是方向大型高炉是炼铁先进技术的集中体现,我国大于 4000m3 的大型高炉数量为 22 座,生产的铁水产量仅占我国铁水总产量的 5.5%。随着供给侧改革、去产能的深入进行,以及环保压力的越来越大,增加产业集中度,因地制宜发展大型高炉是促进我国钢铁工业转型升级的必由之路。虽然目前我国铁矿石等原燃料资源对外依存度较高,但随着钢铁企业国际化程度的提高,资源保障不断提升,因此高炉大型化仍有发展空间。
  第二、抓住历史机遇,推动中国钢铁工业实现"由大变强"的转变2015 年~2016 年,我国钢铁产能出现下降趋势。2016 年 2 月,国务院又印发了《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》,提出未来 5 年我国单位国内生产总值能耗和二氧化碳将力争分别下降 15%和 18%,再压减粗钢产能 1~1.5 亿吨。全国性的压减钢铁产能必然对钢铁产业格局产生重要影响,这是压力也是机遇,钢铁企业要充分利用这一历史机遇,大力开展高炉的优化升级改造,推动我国钢铁工业"由大到强"的转变[8] [9]。钢铁企业要实现"由大向强"的转变,必须在技术力量、人才储备等方面真正和世界一流企业看齐,全面实施以技术创新为核心的创新驱动战略,加快工业化和信息化深度融合,把数字化、网络化、智能化、绿色化作为提升产业竞争力的技术基点,重塑钢铁业的技术体系、生产模式、产业形态和价值链,利用信息化技术手段,向智能制造迈进,以实现低成本与差异化以及资源高效综合利用。
  参考文献
  1.张寿荣.进入 21 世纪后中国炼铁工业的发展及存在的问题[J]. 炼铁,2012,31(1):1-7.
  2.张寿荣,毕学工.中国炼铁的过去、现在与展望[J]. 炼铁,2015,34(5):1-7.
  3.殷瑞钰.钢铁制造跨入新流程时代[J]. 中国经济和信息化,2013(12):18-19.
  4.Zhou D D, Cheng S S,Wang Y S and Jiang. X. Production and development of large blast furnaces from2011 to 2014 in China[J]. ISIJ Int., 2015: 2519-2524.
  5.姜曦,周东东.近年来我国大型高炉生产指标浅析[J]. 炼铁,2016,35(3):10-14.
  6.Naito M, Takeda K,Matsui Y. Ironmaking Technology for the Last 100 Years: Deployment to AdvancedTechnologies from Introduction of Technological Know-how, and Evolution toNext-generation Process[J]. ISIJ International, 2015,55(1):7-35.
  7.王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分)(第三版)[D]. 北京:冶金工业出版,2013,12.
  8.李新创.减量发展创新转型[J]. 冶金经济与管理,2016 (01):1-4.
  9.张春霞,王海风,张寿荣,殷瑞钰.中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策钢铁[J]. 钢铁,2015,(10):1-7.
  来源:中国炼铁网