摘  要  系統分析高爐生產關鍵控制點，分析爐料性價比，創建低成本爐料優化模型，為推行經濟冶煉技術做好基礎工作；為高爐提升產能創造條件，以風為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數，在爐況穩定的基礎上優化各項經濟技術指標，使爐況保持了長時間的穩定順行，實現了高爐的高產低耗。

關鍵詞  高爐  產能  爐況穩定  經濟冶煉

1  前言

穩定順行是組織煉鐵生產的靈魂，而降本增效則是近幾年行業形勢低迷下鋼鐵企業重要的生存手段。萊蕪鋼鐵集團有限公司煉鐵廠（以下簡稱煉鐵廠）共有6座1000m3高爐，自2008年鋼鐵危機爆發以來，原燃料供應緊張、變動頻繁，給傳統的高爐“精料煉鐵”方針帶來了極大沖擊。當前鋼鐵企業普遍進入了微利與虧損的邊緣，進一步降低成本是企業的基礎，并且從業內權威評論等多方面看來，當前的“鋼鐵嚴冬”是持久的，“經濟冶煉”已是不可逆轉的新思路。經濟料的最大特點是價格低、品位低、雜質成分高等，大比例配加盡管有效降低了高爐礦料成本，但也帶來了種種惡果，如：爐料透氣性下降、渣量增加、爐況波動加劇等。為此，煉鐵廠分析1000m3高爐特點，探索研究1000m3高爐在“經濟產能”下指標的優化與提升，克服了近年來高爐煉鐵經濟礦入爐引發的爐況波動、燃耗增高、指標惡化等生產問題，借鑒同行業先進經驗，引入“經濟產能”的概念，系統分析高爐生產關鍵控制點，分析爐料性價比，創建低成本爐料優化模型，為推行經濟冶煉技術做好基礎工作；為高爐提升產能創造條件，以風為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數，在爐況穩定的基礎上優化各項經濟技術指標；爐況保持了長時間的穩定順行，實現了高爐的高產低耗。

2  1000m3高爐提升產能的條件創造

2.1  制定滿足1000 m3高爐提升產能的原燃料質量標準

2.1.1  高爐提升產能所需的燒結礦

（1）影響高爐提升產能的主要因素

煉鐵廠老區燒結礦產能與高爐需求量存在不匹配的現狀，存在較大的燒結礦缺口，需要用外廠燒結礦進行補充，由于無法實現均勻配加造成了爐渣堿度的波動，多次倒運又造成了燒結礦的粉末增加，入爐粉末增加后惡化了高爐的透氣性，影響高爐的生產穩定。為降低生產成本燒結工序煉鐵廠配加了高鋁的塞拉利昂粗粉，由于塞礦粒度較大，10mm以上的組份在50%左右，直接影響了燒結礦成品質量。

（2）提升產能對自產燒結礦的質量要求

燒結礦品位 TFe≥58.5%，AL2O3≤2.0%，鐵分波動≤0.5%，堿度R=2.0 波動≤0.05，FeO波動≤0.75%，轉鼓指數≥80%，還原粉化率（RDI）～35%，粒度5～50mm，其中大于50mm≤5%，小于5mm≤5%，5-10mm≤20%。

2.1.2  高爐提升產能所需的球團礦

（1）影響高爐提升產能的主要因素

煉鐵廠使用的球團礦品種較多，老區以自產二車間球團礦為主，不足部分以外購萊礦球、魯南球、礦建球補充，二區高爐全部配加自產一車間球團礦。由于設備老舊，二車間球團礦粉末量和轉股等指標波動較大。外購球則存在階段性粉末多的情況，難以篩分，經常性糊篩子，造成入爐粉末多影響了料柱的透氣性。

（2）提升產能對球團礦的質量要求

球團礦TFe≥63.5％,FeO〈0.7%,轉鼓指數≥91%,常溫抗壓強度200Kg/球,膨脹率〈15%。自產球-5mm≤2%，外購球-5mm≤5%

2.1.3  高爐提升產能所需的生礦

（1）影響高爐提升產能的主要因素

煉鐵廠的生礦均儲存在露天一次料場，當天氣變化時對生礦質量影響較大，生礦水分變大時，附著的粉末基本無法被篩下，全部進入了高爐，雨天時高爐經常被迫減少生礦配加量以避免爐況波動。

（2）提升產能對生礦的質量要求

生礦粒度：5～25mm，-5mm≤7%。

2.1.4  高爐提升產能所需的焦炭

（1）影響高爐提升產能的主要因素

煉鐵廠所使用的焦炭比較復雜，外購焦全部存放在露天料場，下雨天水分過高時，焦粉會粘附在焦炭上無法篩下，造成入爐粉末量增加，這是一個重要的影響生產因素。煉鐵廠老區高爐使用的焦炭為自產水熄焦加上自產干熄焦（實際干熄率在80%-90%），不足的部分補充外購焦，但老區配加外購焦時只能從自產焦皮帶上加料，實際生產中自產干熄焦中的水熄焦混加比例不均勻，外購焦水分與成分和自產焦有差異，對爐況影響比較大。自產焦為了降低成本配加了大量的高硫煤，焦炭中的S始終在1.1左右，導致高爐S負荷升高，燃耗升高。二區高爐全部配加的外購焦，雨天生產時焦炭水分基本飽和，對爐況影響較大。

（2）提升產能對焦碳的質量要求

自產水熄焦：灰份≤12％，S≤1.1％，M40≥80％，M10≤7％。反應后強度≥60%，反應性≤30％

自產干熄焦：灰份≤12％，S≤1.1％，M40≥82％，M10≤5％。反應后強度≥62%，反應性≤28％

外購焦：灰份≤12％，S≤0.6％，M40≥80％，M10≤7％。反應后強度≥62%，反應性≤28％

2.1.5  高爐提升產能所需的煤粉

（1）影響高爐提升產能的主要因素

煉鐵廠老區高爐的受噴煤制粉能力的影響，煤比提升后，制粉量不足，需要頻繁倒用舊系統，倒罐頻率高，使用舊系統時高爐風壓上升較多，對高爐爐況穩定順行存在不利影響。

（2）提升產能對入爐煤粉的質量要求

灰份≤10％，揮發份≤10%，固定碳≥76%，S≤0.6％，水份≤1％，-200網目≥60%。

2.2  加強原料管理，提升精料技術

從高爐原燃料穩定上下大功夫，及時與原料部、焦化廠、公司部門溝通，建立起實時、真實的原燃料預警機制。同時，自身不斷加強精料技術研究與管理，及時優化燒結礦混勻料、煉焦配煤結構，加強原燃料檢測，改造外圍設備等，既保證了原燃料優質優量供給高爐，又實時掌控原燃料質量波動，為判斷爐況發展趨勢和保證高爐長期穩定奠定了基礎。

為了適應在高產量下的操作，保證爐況穩定順行，采取了以下措施：

（1）加強入爐焦炭質量管理。一是加強與調度聯系，盡量使自產焦與外購焦分倉供應，保證有序上料；二是在板報上記錄不同入爐焦炭所占百分比，為本班和下一班提供焦炭負荷參考；三是要求工長和上料工每小時看一次焦炭料車料位，及時檢查水分變化并及時適量調劑負荷，減少因其波動對爐況的影響。

（2）及時掌握原燃料變化情況，防止粉料入倉；每兩小時檢查入爐原燃料實物質量。

（3）加強槽下篩分，減少粉料入爐。槽下對礦石、焦炭的過篩效果，是精料工作的很重要環節。<5 mm的粉末人爐數量增加，高爐的透氣性很快惡化，導致順行被破壞，產量降低、焦比升高，甚至爐墻結厚等惡性事故發生，所以加強檢查、測定、定時清篩等管理工作是必要的。一般情況下．要求每個礦篩振料時間不低于100 s；對于焦炭，要求振料時間大于120 s。發現振料時間少于規定時間時要及時調整。

（4）加強槽位管理。高爐料倉槽位受多方面因素影響，如槽位過低，加劇礦石和焦炭摔打，使小粒級和粉末大量增加，同時倉壁附著的粉末也隨之而下，必然惡化高爐透氣性，破壞高爐順行。一旦順行被破壞，即使槽位恢復正常，高爐也吃不下去。隨之生產平衡被打破，影響前道工序正常生產，形成惡性循環，所以必須要主動控制。為減少礦石、焦炭小粒級和粉末入爐，規定正常燒結礦槽位≥1／2，焦炭槽位≥1／2。

2.3  創建低成本爐料優化模型

建立日核算制度，建立高爐成本控制模型，分析爐料性價比，通過適當調整優化爐料結構，降低生產成本。受市場價格影響，各種礦料單品位成本變化大，供應情況也不穩定，在密切關注市場供應情況的同時，只有通過日核算、勤調整，才能及時按照精確性價比排出次序。但穩定運行，又是高爐高效生產的前提和基礎。因此，需分析爐料性價比，模糊控制與精確控制相結合，創建低成本爐料優化模型，不斷優化爐料結構，為推行經濟冶煉技術做好基礎工作。主要實施步驟如下：

2.3.1  建立日核算制度

根據每月和每周的爐料性價比，每周對爐料進行一次排序，并結合高爐實際運行情況，每日一核算精確性價比、生產成本，并根據公司的爐料結構進行適當優化、調整。經計算，進口塊礦始終是單品位成本最低的爐料，應安排各高爐優先配加，并要求達到5-10%的比例。為避免出現經濟礦料配比過高影響冶煉指標的情況，以首先滿足高爐爐況穩定順行為原則，累積、比較日核算數據，探索最佳配比，在高爐爐況出現波動情況下，及時調整配比，經過反復優化調整，在滿足高爐爐況穩定順行需要和降本增效之間，找到了最佳交叉點，高爐爐況穩定性提高，同時生鐵成本也顯著降低。

2.3.2  建立高爐成本控制模型

經過系列性價比分析，確定宏觀爐料性價排序分別為塊礦、外購球團礦、燒結礦、自產球團礦，并以此作為高爐爐料結構調整的依據，特別是塊礦使用。在宏觀性價比排序的基礎上，建立宏觀性高爐成本控制模型如下：

（1）礦石性價比：燒結礦＜球團礦＜生礦

選擇65% +  15%  +  10%

（2）礦石性價比：燒結礦=球團礦＜生礦

選擇75%  +  15%  + 10%

（3）礦石性價比 ：燒結礦＜球團礦=生礦

選擇：65%  + 30%  + 5%

（4）礦石性價比：燒結礦＞球團礦 =生礦

選擇：75% + 20% + 5%

另外，為全面降低爐料成本，還應注意：（1）根據礦料庫存及供應情況，調整配比，計算出每種礦料的單品位成本及冶煉性能，然后根據經濟性及冶煉性能進行排隊，優先使用單品位成本最低的礦料，最大限度降低燒結礦成本。（2）采取多種措施，穩定原燃料質量，如：根據焦炭加減價的管理制度，根據國家標準改變焦炭取樣地點，將焦炭取樣地點由焦化廠改為，焦化廠與煉鐵廠皮帶交接處，確保了焦炭成分的真實性和代表性。

從2014年1月份開始兩區高爐大幅度增加塊礦配比，最高達到16%，宏觀性價比排序降本效果明顯，截止到12月份，爐料結構優化與2013年相比，剔除價格因素，老區降低5.06元/噸鐵，二區降低4.93元/噸鐵，實施效果顯著。

2.4  操作制度優化

2.4.1  大批重

批重對爐料在爐喉分布影響很大。批重太小布料不均，小到一定程度，將使邊緣和中心無礦石。批重增大，相對加重中心而疏松邊緣，而且軟熔帶氣窗增大，料柱界面效應減少，有利于改善料柱透氣性?？陀^上來講，每座高爐都有一個臨界批重，當批重大于臨界值時，高爐順行難以得到保障，當批重小于臨界值時，高爐指標難以得到優化。5#、6#高爐在實驗時通過對批重28～36t進行反復嘗試總結，最終確定35 t／批適合高爐目前狀況。這一批重，一是可以兼顧中心、疏松氣流，改善煤氣利用；二是隨著焦批的增大，焦窗增大，軟熔帶透氣性增加，有利于改善料柱透氣性；三是比較適用于5#、6#高爐的上料設備，每小時6．5批料就可以保證3．3t／(m3?d)的利用系數。

2.4.2  提高風溫、富氧，增加噴煤量

提高風溫水平，能顯著提高理論燃燒溫度，提高渣鐵物理熱，改善渣鐵流動性。由于煉鐵廠經濟料中Al203普遍較高，如果渣鐵物理熱不充足，爐缸熱貯備相應減少，高爐爐腰、爐腹、爐缸等高熱流強度區域的熱量儲備處于較低水平，一旦高爐風量偏少，操作稍有不慎，極易造成爐身粘結，導致爐況失常。高風溫的使用，在降低焦比的同時，會使爐內壓差升高，這主要是因為焦比降低，焦炭在料柱中所占體積減少，料柱骨架作用減弱，使料柱透氣性變差。為了創造高爐接受高風溫的條件，5#、6#高爐做了以下工作：1)提高礦石和焦炭強度，特別是熱強度，盡量篩除原料中小于5 mm的粉末，改善料柱透氣性；2)提高爐頂壓力，利用高壓操作對還原和降低爐內煤氣壓差的有利因素來消除高風溫對高爐還原和順行的不利影響；3)增加噴吹量，利用噴煤降低風口前理論燃燒溫度的特性來抵消高風溫提高風口前理論燃燒溫度的影響，以獲得合理的理論燃燒溫度。通過以上措施，5#、6#高爐在提高風溫使用水平、降低焦比的同時，高爐順行一直保持良好、穩定。高富氧大噴吹是提高產量、降低焦比和成本的重要手段。由于兩者對冶煉過程的影響大部分是相反的，兩者有機結合，可相輔相成，互為補充；一是可增加焦炭燃燒強度，大幅增產；二是促使噴吹燃料氣化，在不降低理論燃燒溫度的情況下擴大噴吹量，進一步降低焦比。6號高爐2013年富氧率基本穩定在4％左右。高富氧大噴吹必然會對高爐的順行狀況產生一些影響，主要表現在：富氧增加后風量下降、壓差升高，邊緣煤氣流發展，同時噴吹量的增加使焦炭負荷加重，料柱骨架作用減弱，透氣性變差，影響爐況順行。針對以上變化，5#、6#高爐通過調整布料矩陣和用料結構、擴大批重、精料等措施，較好地克服了以上不足。

2.4.3  確定風口布局，提高鼓風動能

高爐風口布局直接關系到初始煤氣流的分布和鼓風動能的大小以及風口回旋區的大小和形狀。5#、6#高爐各有20個風口，風口長度465mm， 16個直徑120 mm風口、4個直徑115mm風口，全開風口送風面積為0．2224m2。風口呈對稱型分布，以保證初始煤氣流分布均勻。但在實際生產過程中，由于風口面積偏大，導致鼓風動能小，經常造成中心氣流不足，進而爐況抗波動能力差。為此對風口尺寸進行了優化，全部使用直徑115mm風口，風口面積縮小到0.2076 m2。又采取“大風量，高動能活躍爐缸”的送風制度，保持爐缸工作的均勻活躍。根據與永鋒、魯麗、石橫、東阿、長治等廠家同類型高爐的對標統計，1000m3高爐的鼓風動能最高達到10000 kg.m／s以上，日產最高達到3800噸左右。通過與這幾個廠家的對比，煉鐵廠1000m3高爐存在的主要問題是爐缸的活躍程度不夠，造成了高爐對外界的條件過分依賴，也就是抗波動能力不強。為此，煉鐵廠以產能提升為契機，以對標參數為依據，走大風量提高鼓風動能，活躍爐缸。從5#、6#高爐的送風參數發生了較大變化。入爐風量顯著提高，5#高爐由2200m3/min提高到2500m3/min，6#高爐由2200m3/min提高到2400m3/min，5#高爐鼓風動能提高了500kg.m／s左右，6#高爐提高了1000kg.m／s左右。二區高爐的爐缸活躍程度顯著提高，迅速遏制了頻繁損壞風口的狀態。

適當疏松邊緣，穩定煤氣流，冷卻壁溫度趨于穩定，水溫差降低，高爐抗波動能力增強。在增加入爐風量以后，隨著中心氣流的發展，在布料參數上進行了適應性的調整，通過適當疏松邊緣，達到了中心暢通，邊緣穩定的目的。

從布料矩陣上看，5#爐采取邊緣增加一圈焦炭，6#爐采取邊緣大一度，增加一圈焦炭，這都是疏松邊緣的裝料制度。二區兩座高爐的調整和我們對標的幾家同類型高爐是相符的，在產能提高后，隨著風量的增加，動能的提高，要通過采取大礦批、大角差、輕邊緣等措施來穩定煤氣流。

3  條件具備后高爐進行產能提升

在基礎條件創造完成后，高爐產能逐步提高，產量提升

4  高爐在“經濟產能”下對指標進行優化

4.1  提高爐頂壓力和壓差水平

一般來說，提高爐頂壓力能增加入爐風量，延長煤氣在爐內停留時間，改善煤氣利用，促進間接還原，降低煤氣流速，有利于高爐的穩定順行。研究表明，爐頂壓力每提高0．01 MPa，可提高冶煉強度2％左右，降低焦比0．5％。5#、6#高爐經過4個月的設備磨合，為了強化冶煉，最終將頂壓提到0．195 MPa。根據煉鐵長期生產實踐經驗估算，在其他條件不變的情況下，僅此一項，即增產生鐵150～200 t，降低焦比3～5 kg／t，冶煉效果顯著。壓差是高爐熱風壓力與爐頂壓力的差值，其實質是料柱對煤氣流的阻力損失。當料柱透氣性一定時，風量越大，煤氣流速越高，料柱對煤氣流的阻力損失越大，壓差也就越高。反過來說，當料柱透氣性一定時，提高壓差水平，也就是增加了入爐風量。風量增加一方面提高了風速和鼓風動能，有利于活躍爐缸，促進高爐穩定順行；另一方面也有利于煤氣流在爐內的合理分布，保持合適的操作爐型，防止爐墻粘結；同時，還可吹出較多的粉末，改善料柱的透氣性，反過來又可促進風量的進一步增加，從而形成了高爐操作中的良性循環。但是，過高的壓差水平會使料柱浮力增加，造成料難行，所以。提高壓差水平對料柱透氣性和高爐操作水平提出了更高的要求。5號高爐在通過精料入爐和加強工長操作的同時，將壓差提高到現在0．180MPa，不僅爐況順行得到保障，而且增加了風量，提高了產量。

4.2  實施低硅冶煉

生鐵含硅量每降低0．1％，可降低焦比4～5kg／t，增加產量1％～1．5％，是促進高爐生產實現高效低耗的一項重要措施。隨著原燃料條件改善和高頂壓、高風溫、富氧噴煤等技術的綜合應用，高爐中心氣流旺盛，爐缸活躍，熱量充沛，適于低硅冶煉，所以我們在熱制度方面進行了大膽嘗試，把【Si】做到了0.3％-0.4％。5號高爐的低硅冶煉順利推進，2013年4月[Si]為0．36％，已經達到了良好的水平。 【Si】降低后，不但因燃料比降低使產量相應提高，更主要的是由于【Si】降低后，實際煤氣體積減小、上升浮力降低。為加風創造了條件，有利于進一步提高冶煉強度，增加產量。同時物理熱仍能保證1470一l500℃的水平，能夠滿足生產要求。

在低硅和強化冶煉情況下，穩定爐溫顯得尤為重要。高爐要求工長每小時看一次風口，提前預測爐溫變化趨勢，提前進行調劑，做到早調微調．煤粉調劑上下不超2t，避免風量大幅度波動；每天接班分析上一班的具體操作，并寫出本班的操作思路，以保證爐況的穩定交接；從穩定冶煉強度來穩定爐溫，要求每班爭取上限料批，正常情況每四小時波動少于—批。爐溫的穩定，有利于保證強化冶煉，提高產量。

同時，隨著原燃料價格的不斷攀升，原燃料質量下降，有害元素增多。在生產實踐中，鐵水含硅量控制較低時，一旦爐況發生波動，爐墻極易掉渣皮。渣皮中富集的有害元素進入爐缸，吸收大量熱量，渣鐵流動性變差，不利于高爐生產的順利進行；而且，渣中Al203也呈上升趨勢，盡管在配礦中也相應增加了MgO的配比，但難以避免Al203突發增高的現象。因此，為了確保渣鐵流動性良好，以及避免爐涼等生產事故的發生，實現爐況長周期的穩定順行，日常生產中適當提高了鐵水含硅量的控制上限，將其控制在0.35％-0.50％?；緟悼刂?/span>

4.3  強化冶煉

通過總結摸索得到適合1000立級高爐的上部裝料制度，下部制度調整過程中選擇好和上部制度相匹配的風速、鼓風動能，維持一定的風口回旋區長度，逐步活躍爐缸，達到上穩下活狀態。高風溫不但為高爐帶入了寶貴的物理熱，而且可以快速加熱煤粉，促進煤粉提前著火，有利于煤粉化學能的充分利用。高風溫是實現高煤比和強化燃燒的基礎，使用高風溫也是提高熱風爐利用效率的必然要求。所以，高爐生產中一方面要努力提高熱風爐的操作水平；另一方面在高爐正常生產時，一定要堅持全風溫操作。為了保證充足的爐缸物理熱和煤粉燃燒率，通過上下部調劑，1000立級高爐風溫最高用1226℃。隨著負荷加重、煤比提高，壓差進一步提高，會威脅到爐況順行，煤氣不穩，甚至有氣流管道發生。如何在高壓差條件下，保持爐況穩定順行，實現高煤氣利用率至關重要。高爐壓差高時，接受爐腹煤氣量能力較低，為了減少爐腹煤氣量，降低煤氣阻力，送風制度上不過分追求高風量，采取了提高富氧和爐頂壓力的措施，達到了改善煤氣利用、降低壓差、提高產量的效果。同時，注重外圍設備穩定性，避免由于設備問題給高爐穩定造成隱患，從設備上保證了高爐長期的穩定順行。

4.4  優化煤焦結構，降低高爐燃料比

高爐通過加強原料質量的管理，完善各項操作制度，加強爐前出鐵管理，使高爐冶煉技術進一步提高，隨著風量的提高，高爐頂壓的提高，利用高頂壓穩定氣流的效果收到成效，二區高爐在煤粉、焦炭質量變化不大的情況下，燃耗水平顯著降低。

從統計分析來看，產能提升后，二個區高爐產能水平顯著提升， 12月份全廠高爐燃料比降低到了524kg/t。

5  實施效果

項目實施后，萊蕪鋼鐵集團有限公司煉鐵廠高爐爐況穩定運行，在經濟料大幅增加的基礎上，產質量得以穩步提升，燃料比由2015年的544 kg/t.Fe降低到了2016年的533 kg/t.Fe。煉鐵生產成本大幅降低，高爐各項技術指標也得到了保證，確保了高爐長期高效率、安全、低消耗運行，提高了高爐運行的穩定性。

6  結論

煉鐵廠分析1000m3高爐特點，探索研究1000m3高爐在“經濟產能”下指標的優化與提升，克服了近年來高爐煉鐵經濟礦入爐引發的爐況波動、燃耗增高、指標惡化等生產問題，借鑒同行業先進經驗，引入“經濟產能”的概念，系統分析高爐生產關鍵控制點，分析爐料性價比，創建低成本爐料優化模型，為推行經濟冶煉技術做好基礎工作；為高爐提升產能創造條件，以風為綱、提高氧量、擴大礦批、提高高爐利用系數，在爐況穩定的基礎上優化各項經濟技術指標；爐況保持了長時間的穩定順行，實現了高爐的高產低耗。