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中國大型高爐生產現狀初步分析與探討

發布時間:2017-08-28 08:32:23    點擊:                                     姜 曦

1). 中國鋼鐵工業協會

摘要:4000m3以上大型高爐是高爐煉鐵先進技術的集中體現,大型高爐相對于容積小的高爐,單位爐容投資經濟、能耗低、環境負荷低、勞動生產率高。2000 年以來,隨著鋼鐵需求的迅猛增加,一批 4000m3以上大型高爐在我國相繼投入運行,在煉鐵工作者的不懈努力下,大型高爐的操作管理取得了突出的成績和效果。本文通過對我國 4000m3以上大型高爐的生產現狀嘗試進行初步分析。

關鍵詞:大型高爐;生產現狀;生產技術指標

The productionand development of large blast

 furnacesin China

Xi JIANG1

 1). China Iron and Steel Association Beijing,100711

AbstractThe 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 wordsLargeblast furnace; Production status ;Production indexes;

 

4000m3 以上大型高爐是高爐煉鐵先進技術的集中體現,大型高爐相對于容積小的高爐,單位爐容投資經濟、能耗低、環境負荷低、勞動生產率高。2000 年以來,隨著鋼鐵需求的迅猛增加,一批 4000m3以上大型高爐在我國相繼投入運行。通過煉鐵工作者的不懈努力,近年來,我國在大型高爐的生產管理和操控技術等方面取得了突出的成績和效果。本文通過對我國 4000m3以上大型高爐的裝備水平、原燃料指標、技術經濟指標等方面進行初步探討和分析。

1     我國大型高爐生產現狀

1  裝備水平

2000 年以來,以首鋼京唐 5500m3 高爐為代表的一批大型高爐在國內相繼投入運行[1] [2]。截至目前,4000m3 級以上大型高爐達到 22 座,高爐的大型化和自主創新成為這一階段高爐煉鐵發展最主要的特點。隨著高爐操作、管理理念的不斷改進,裝備水平也取得了突飛猛進的發展,爐頂料面監控、水溫差在線檢測、爐缸侵蝕模型、風口監控、煤氣在線檢測等先進技術不斷得到推廣應用,傳統意義上的高爐“黑匣子”逐步向“透明化”的方向發展,一大批國產高爐設備設施已經達到國際領先水平[3]。

然而,與西歐、日本等鋼鐵工業發展先進國家、地區相比,我國在高爐大型化方面還有很大的差距。據統計,2015 年我國擁有煉鐵高爐將近 1500 座,平均爐容僅 770 m3。西歐

1990 年至 2008 年,高爐平均爐容由 1690m3擴大到 2063m3,日本 1990 年至 2008 年平均爐容由 1558 m3 擴大到 4157 m3。

1.2 技術經濟指標

近年來,我國大型高爐的操作管理水平在不斷提高,指標在逐步優化。2015 年我國4000 m3 級以上高爐平均利用系數為 2.07t/(m3•d),高于同期日本同級別大型高爐 1.93 t/(m3•d)的利用系數,這反映出我國大型高爐的操作管理及順行程度已經達到了國際先進水平,但是從另一方面也反映出我國高爐操作上更追求產量,這可能是受鋼鐵需求大幅增加、長期以來形成產量至上的操作思路影響。2015 年我國 4000 m3 級以上高爐的平均燃料比為510.74 kg/t,平均焦比為 345.4 kg/t,平均煤比為 156.18 kg/t。平均焦比較前四年增加了5.52 kg/t,但是平均工序能耗卻比四年前降了12.47kgce/t,達到了380.99kgce/t。這反映出我國大型高爐在操作管理上更加科學,更加注重適宜煤比和能耗的控制。2016 年上半年我國大高爐的焦比較 2015 年增加了 2kg/t,噸鐵能耗則基本持平。焦比增加的原因主要還是受新投產高爐焦比高的影響[4]。表 1 為我國 20  4000m3 級以上大高爐 2016 年上半年生產技術指標。


 

近兩年,隨著企業經營壓力的增大,成本意識在高爐的日常操作管理中逐步占主導地位,大型高爐也開始逐步嘗試所謂的“經濟配料”,導致原燃料保障能力下降,大型高爐的波動、失常也屢見不鮮,技術經濟指標波動加劇。事實上,大型高爐在各個企業的經營管理以及生產組織中都處于核心地位,爐況一旦出現波動,對整個公司的經營績效、生產組織將造成嚴重影響,對高爐的長壽也勢必造成嚴重影響。穩定順行是高爐最大的效益,對大型高爐尤其如此,高爐長壽創造的效益在日常操作管理中也往往很容易被忽視。因此,對大型高爐至關重要的“精料方針”必須堅持,在努力降低鐵水成本的過程中,操作者應更加注重爐況的長期穩定順行及長期效益,在大型高爐具體的操作、管理方面應更加精細,用精益化的思路管理和操作大型高爐。 

1.3 原燃料指標

焦炭質量的優劣,對高爐生產穩定順行、技術經濟指標、產品質量和高爐長壽至關重要,對大型高爐影響更大。焦炭質量的評價包括化學成分、灰分、粒度、轉鼓強度和高溫冶金性能。2015 年,我國大型高爐焦炭平均含碳量為 86.53%,灰分平均 11.95%,平均粒徑 50.91 mm,平均 M40 為 88.98%。焦炭平均粒徑比前四年減小 1.04 mm;2016 年 1~6 月,焦炭的平均灰分為 11.94%,含硫量為 0.69%;焦炭平均粒度為 51.06mm,M40 平均為89.67%。焦炭平均粒度比 2015 年增加 2.6mm,M40 增加 1%,說明各企業更重視焦炭質量的改善和提升。

煤粉的質量,對高爐噴煤操作的穩定順行、煤焦置換效果均有重要影響。對噴吹煤粉質量的總體要求是有害元素少、灰分低、熱值高、輸送性能好、反應性和燃燒性高,而反應性和燃燒性與煤的揮發分成正比。2015 年我國大型高爐的煤粉灰分平均 9.37%,比四年前有所上升,揮發份為 18.33%;2016 年 1~6 月,大高爐的煤粉灰分平均為 9.37%,揮發分為 18.33%。

由于鋼鐵產量大幅度增長,優質的鐵礦石資源日趨緊張,而且質量和性能呈逐步下降趨勢。我國自產的鐵礦石品位較低,大部分的高品位鐵礦石需要從國外進口,2015 年我國的鐵礦石對外依存度已達到 84%。大型高爐要求噸鐵渣比小于 300kg,爐料成分穩定、粒度均勻、粉末少、冶金性能良好和爐料結構合理。燒結礦作為高爐的主要含鐵爐料在歐洲和亞洲盛行,而球團礦作為主要爐料則在北美更普遍。2015 年,我國大型高爐的爐料結構為 70.85% 的高堿度燒結礦+20.9%的球團礦+8.25%的塊礦,燒結礦占主導地位,因此對燒結礦質量的管理是大型高爐精料管理的主要內容。2015 年,我國大型高爐入爐鐵料的平均含鐵品位和鐵料的平均粒徑分別為 59.01%、20.97mm,鐵料的平均粒徑較四年前增加了 0.8 mm。2016年 1~6 月大高爐燒結礦、球團礦及塊礦的平均比例為 71.46%、19.68%、8.86%。與 2015 年相比,燒結礦的比例不變,球團礦的比例降低了 1.5%,塊礦的比例得到一定提高[5]。

受市場的影響,我國大型高爐的爐料結構、品種和質量標準也在不斷調整以適應市場,但仍需繼續堅持精料技術。

1.4 主要控制參數

高爐實施低硅冶煉,可達到高產、穩產、優質、低耗的目標,降低生鐵成本。同時低硅、低硫鐵水可以降低煉鋼渣量,提高鐵的收得率,縮短冶煉時間,對開發新鋼種、冶煉高級純凈鋼、提高轉爐生產能力、降低成本有重要意義。對于低硅冶煉的高爐,應該在保證鐵水溫度的情況下,盡量降低高爐的生鐵含硅量。2015 年,我國大型高爐的鐵水含硅和鐵水溫度平均分別為 0.43%、1503.11℃,鐵水含硅量比四年前降低了 0.01%,鐵水溫度也降低了 1.36℃。 2016年1~6 月大高爐鐵水含硅量及鐵水溫度平均值分別為 0.42%、1502.6℃。鐵水溫度下降幅度不大。

高爐生鐵一級品率是指含硫量小于或等于 0.03%的生鐵占所有生鐵的比例。2015 年,我國大型高爐的含硫量和一級品率的平均值分別為 0.029%、76.35%,鐵水一級品率比四年前降低了 2%;2016 年 1~6 月大高爐鐵水含硫量和一級品率,生鐵含硫及一級品率的平均值分別為 0.031%、74.73%,仍然呈下降趨勢,這可能主要還是受經濟配料、使用低品質的影響。

我國大型高爐的噸鐵渣量有所降低。平均渣比和二元堿度分別為 301.02 kg/t 和 1.19 倍,除寶鋼 4 座高爐以外,都在 300kg/t 以上。2016 年 1~6 月平均渣量及二元堿度,分別為297.73kg/t、1.18。大高爐的渣量比 2015 年降低了 3kg/t。與國外的大型高爐相比,我國的渣比仍然偏高。

煤氣利用率與高爐的噸鐵燃料比有著直接的關系。2015 年我國大型高爐的平均煤氣利用率為 48.72%。2016 年 1~6 月平均煤氣利用率及燃料比,分別為 48.21%、517.1 kg/t。寶鋼幾座高爐的煤氣利用率高于 50%,其燃料比也低于 500kg/t。

 

  2  對目前我國大型高爐生產狀況簡要分析

2.1 大型高爐的發展必須基于一定的條件和基礎,大型高爐需要比中小高爐更加優質的原燃料、高效的管理和綜合操作技術。當前大型高爐對優質原燃料的需求越來越多,而可供使用的優質資源越來越少,對大型高爐的穩定順行帶來巨大的挑戰。[6] [7] 

2.2 大型高爐對外圍生產條件的變化非常敏感,大型高爐一旦出現問題,對公司整個生產組織、經營績效將產生嚴重影響,因此要求對大型高爐的操作管理要更加精細,舉全公司之力提高外圍保障能力,確保大型高爐的安全穩定運行。

2.3 作為電爐煉鋼主要原料的廢鋼積蓄量較少,廢鋼積蓄量和使用率有待提高,我國鋼鐵冶煉的主流程為鐵前(燒結/球團)-煉鐵(高爐)-煉鋼(轉爐)工序。鋼鐵工業的能耗總量占全國能耗消費總量的 15%,占全國工業能源消費總量的 23%左右,而全國煉鐵系統能耗占整個鋼鐵行業總能耗的 70%左右。因此,大型高爐仍要把節能降耗當作首要任務來抓。

2.4 風溫帶入的熱量占高爐冶煉熱收入的將近 20%。在現有高爐的冶煉條件下,風溫提高100 °C 可降低燃料比約 8kg/t。這幾年,我國高爐風溫已經有了長足的進步,但是不同層次的起因發展并不平衡。2015年,我國大型高爐的平均風溫為 1211,個別高爐的風溫仍然低于 1200。因此,要繼續推廣高風溫技術。高風溫是節能減排的重要措施,是提高煤粉燃燒率的重要影響因素,對高爐的穩定順行及爐缸的活躍性也有重要的意義。

 

  3 對高爐煉鐵的方向初步探討

第一、鋼鐵工業由大轉強,增加產業集中度,因地制宜發展大高爐應是方向大型高爐是煉鐵先進技術的集中體現,我國大于 4000m3 的大型高爐數量為 22 座,生產的鐵水產量僅占我國鐵水總產量的 5.5%。隨著供給側改革、去產能的深入進行,以及環保壓力的越來越大,增加產業集中度,因地制宜發展大型高爐是促進我國鋼鐵工業轉型升級的必由之路。雖然目前我國鐵礦石等原燃料資源對外依存度較高,但隨著鋼鐵企業國際化程度的提高,資源保障不斷提升,因此高爐大型化仍有發展空間。

第二、抓住歷史機遇,推動中國鋼鐵工業實現“由大變強”的轉變2015 年~2016 年,我國鋼鐵產能出現下降趨勢。2016 年 2 月,國務院又印發了《關于鋼鐵行業化解過剩產能實現脫困發展的意見》,提出未來 5 年我國單位國內生產總值能耗和二氧化碳將力爭分別下降 15%和 18%,再壓減粗鋼產能 1~1.5 億噸。全國性的壓減鋼鐵產能必然對鋼鐵產業格局產生重要影響,這是壓力也是機遇,鋼鐵企業要充分利用這一歷史機遇,大力開展高爐的優化升級改造,推動我國鋼鐵工業“由大到強”的轉變[8] [9]。鋼鐵企業要實現“由大向強”的轉變,必須在技術力量、人才儲備等方面真正和世界一流企業看齊,全面實施以技術創新為核心的創新驅動戰略,加快工業化和信息化深度融合,把數字化、網絡化、智能化、綠色化作為提升產業競爭力的技術基點,重塑鋼鐵業的技術體系、生產模式、產業形態和價值鏈,利用信息化技術手段,向智能制造邁進,以實現低成本與差異化以及資源高效綜合利用。

 

參考文獻

1.張壽榮.進入 21 世紀后中國煉鐵工業的發展及存在的問題[J]. 煉鐵,2012,311):1-7.

2.張壽榮,畢學工.中國煉鐵的過去、現在與展望[J]. 煉鐵,2015,345):1-7.

3.殷瑞鈺.鋼鐵制造跨入新流程時代[J]. 中國經濟和信息化,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,周東東.近年來我國大型高爐生產指標淺析[J]. 煉鐵,2016,353):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.鋼鐵冶金學煉鐵部分)(第三版[D]. 北京冶金工業出版,2013,12.

8.李新創.減量發展創新轉型[J]. 冶金經濟與管理,2016 (01)1-4.

9.張春霞,王海風,張壽榮,殷瑞鈺.中國鋼鐵工業綠色發展工程科技戰略及對策鋼鐵[J]. 鋼鐵,2015,(10)1-7.

來源:中國煉鐵網

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