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科學(xué)和正確的提高高爐生產(chǎn)效率
在這方面，需要轉(zhuǎn)變觀念，要從傳統(tǒng)的評(píng)估高爐生產(chǎn)效率的指標(biāo)——高爐冶煉強(qiáng)度高低，高爐有效容積利用系數(shù)的高低，轉(zhuǎn)變到新常態(tài)下的高爐與冶煉條件相適應(yīng)的爐腹煤氣量、爐腹煤氣量指數(shù)和爐缸面積利用系數(shù)。 2.1、有效容積利用系數(shù)ηV和爐缸面積利用系數(shù)ηA
高爐是由六段，爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸、死鐵層形成的豎爐，不論高爐大小，都有這六段。但從相似原理來(lái)說(shuō)，大小高爐并不是一樣的，它們的Hu?D，d?D，d1?D都不相等，造成大小高爐生產(chǎn)指標(biāo)（業(yè)績(jī)指標(biāo)）中一些指標(biāo)無(wú)可比性，另一些指標(biāo)則有可比性。其中高爐有效容積利用系數(shù)是無(wú)可比性的，小高爐的ηV可以達(dá)到4.0t/（m3·d），而大高爐則不能，最多也就2.5~2.6 t/（m3·d）。但是爐缸面積利用系數(shù)則相對(duì)具有可比性，大小高爐基本相同。高的80 t/（m2·d），低的60 t/（m2·d）. 
從表中可以看到小高爐ηV達(dá)到4.0t/（m3·d）與大高爐ηV達(dá)到2.5 t/（m3·d）的ηA是基本相同的，因此建議今后企業(yè)內(nèi)不同容積高爐，企業(yè)之間不同容積高爐對(duì)標(biāo)時(shí)采用爐缸面積利用系數(shù)來(lái)評(píng)估生產(chǎn)業(yè)績(jī)。 2.2 提高高爐生產(chǎn)效率的途徑
長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)煉鐵是靠不斷提高冶煉強(qiáng)度來(lái)達(dá)到高產(chǎn)，高效率。冶煉強(qiáng)度I、容積利用系數(shù)ηV好燃料比K存在著的關(guān)系為：ηV=I/K 通常人們認(rèn)為高爐的高產(chǎn)高效率就是將ηV提高，從上述關(guān)系可以看到存在四個(gè)途徑使ηV提高：①I(mǎi)提高，K降低；②I提高，K不變；③I不變，K降低；④I提高，K也隨之提高，但前者提高幅度大于后者的提高，ηV仍有稍有提高。中國(guó)60余年來(lái)就是走的第4條道路，在供不應(yīng)求的情況下，的確給企業(yè)帶來(lái)了效益，但也造成了中國(guó)的煉鐵燃料比高于世界平均水平約50kg/t~100kg/t。 
隨著冶煉條件變化；原燃料質(zhì)量變化，價(jià)格攀升，環(huán)保要求嚴(yán)格，費(fèi)用投資增加等生鐵成本上升，而市場(chǎng)波動(dòng)大，產(chǎn)能過(guò)剩需求減少，銷(xiāo)售價(jià)格降低，產(chǎn)量與效益的關(guān)系變成另外一種狀況。這時(shí)，仍然遵循傳統(tǒng)的提高冶煉強(qiáng)度增加產(chǎn)量的途徑將使企業(yè)虧損。在新常態(tài)下，必須轉(zhuǎn)變觀念，要走維持與冶煉條件相適應(yīng)的爐腹煤氣量大力降低能耗，即轉(zhuǎn)向第三條道路。 現(xiàn)在有些企業(yè)提出：目前尚有不少，煉鐵廠仍然走著高冶強(qiáng)高有效容積利用系數(shù)的途徑是否可行的問(wèn)題，我們認(rèn)為要具體分析，這要從市場(chǎng)供求，企業(yè)內(nèi)對(duì)鐵水量的要求等方面來(lái)討論。從國(guó)家總體來(lái)說(shuō)，是不提倡再走這條路，因?yàn)樗暮蠊侨剂媳壬撸芎脑黾樱珻O2排放量和粉塵等污染物排放量增加，但從個(gè)別企業(yè)來(lái)說(shuō)，它原來(lái)的規(guī)劃鐵水供求不平衡，即煉鋼能力大于煉鐵能力，在煉鐵設(shè)計(jì)時(shí)，就采用了大馬拉小車(chē)的思路，即風(fēng)機(jī)，設(shè)備能力大，而為追求高利用系數(shù)將高爐建的偏小，在市場(chǎng)看好，價(jià)格上升時(shí)，就要求高爐煉鐵加大產(chǎn)量，但高爐容積已固定，那就只能不顧燃料比升高，提高冶煉強(qiáng)度，提高有效容積利用系數(shù)來(lái)滿足煉鋼要求的鐵水量。這就是去年雖然產(chǎn)能淘汰了3000多噸，但總產(chǎn)量卻提高的原因。應(yīng)該說(shuō)這是暫時(shí)現(xiàn)象，未來(lái)將能耗，CO2排放等環(huán)保來(lái)評(píng)估企業(yè)時(shí)，這種現(xiàn)象將會(huì)消失。 2.2.1 如何確定與冶煉條件相適應(yīng)的爐腹煤氣量問(wèn)題
這要在尋求高爐穩(wěn)定順行去解決。通過(guò)研究得到的不同容積高爐的K值示于圖5，而爐腹煤氣量指數(shù)與燃料比和有效容積利用系數(shù)的關(guān)系示于圖6。 例1 某4000m3級(jí)高爐 P熱風(fēng)=0.396MPa，P頂=0.22MPa，從圖5上查出其K值在2.6~3.0，以最大的3.0值計(jì)算： 
由爐腹煤氣量算出風(fēng)量：V風(fēng)max=6400~6500m3/min；
由風(fēng)量算出冶煉強(qiáng)度：1.05~1.09t/(m3·d)；
在這種參數(shù)下生產(chǎn)獲得燃料比486~490kg/t，利用系數(shù)2.20~2.24t//(m3·d)。
例2 某2000m3級(jí)高爐，爐缸直徑9.6m，從圖6上查出燃料比低，利用系數(shù)高時(shí)X爐腹在58～64范圍內(nèi)， 
2.3. 最低燃料比
過(guò)去將最低燃料比稱理論焦比，前輩的專家教授推出不同的計(jì)算方法，本人認(rèn)為目前最簡(jiǎn)單而普遍采用的是20世紀(jì)40年代創(chuàng)立的C-rd法，從高爐冶煉的基本規(guī)律出發(fā)，決定最低碳消耗的是間接還原耗碳（Ci）和熱消耗碳（C熱），在這兩者平衡相等時(shí)，就是除滲碳，少量元素還原耗碳以外（即鐵還原與風(fēng)口前燃燒）的最低碳消耗，從圖解上就是 
熱消耗碳與冶煉所需要的熱量多少有關(guān)，先進(jìn)高爐的熱消耗在8.5～9.0GJ/t，后進(jìn)的可達(dá)12GJ/t，有的甚至更高，在圖7上，熱消耗低的C熱線下移與Ci線交點(diǎn)也下移，碳消耗降低，燃料比低。熱消耗高的C熱線上移與Ci線交點(diǎn)上移，碳消耗增加，燃料比高。間接還原耗碳與高爐中上部間接還原發(fā)展程度有關(guān)，用爐頂煤氣利用率 表示間接還原發(fā)展程度，ηCO低，間接還原發(fā)展差，Ci線順時(shí)針移動(dòng)，Ci升高，ηCO高的間接還原發(fā)展好。 高爐生產(chǎn)順利是非常重要的，爐子一旦不順行，就會(huì)造成生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)惡化，失去經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)流體力學(xué)基本規(guī)律，高爐生產(chǎn)順行的必要條件是： 根據(jù)流體力學(xué)規(guī)律高爐順行的條件是△P/H〈r料就是高爐任何部位的爐料的堆積密度r料要大于該部位單位高度上的壓差，如果△P/H接近r料，高爐就要難行，如果△P/H〉r料，高爐要懸料，如果難行或懸料初期上升煤氣流沖過(guò)某部位就形成管道，如果某部位下部爐料不斷下降出現(xiàn)空間，上部r料不斷增加，就出現(xiàn)崩料和塌料。 一定冶煉條件下的爐料堆積密度相對(duì)穩(wěn)定，礦石×礦批堆積密度+焦炭×礦石堆積密度。噸鐵礦石消耗量由礦石含F(xiàn)e量決定。波動(dòng)在1.6t/t~1.7t/t。焦炭消耗量由燃料比決定。在現(xiàn)在的冶煉條件下，燃料比在550kg/t，其中焦炭在350kg/t~400kg/t，焦丁35kg/t左右，噴煤120kg/t~170 kg/t。礦石的堆積密度隨含鐵量和粒度組成而波動(dòng)。富塊礦2.5±0.5，燒結(jié)礦2.0±0.3，球團(tuán)礦2.5±0.5t/m3。焦炭主要決定于粒度組成，大塊焦0.45t/m3~0.5 t/m3，小塊焦0.6t/m3~0.7 t/m3。這樣噸鐵入爐料的堆積密度在4t/m3左右。將它乘以批料出鐵量就可以得到每批料的堆積密度。 它既是上升煤氣對(duì)下降爐料的浮力，也是上升煤氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力損失，按照散料層中流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推導(dǎo)出來(lái)的高爐內(nèi)的規(guī)律是： 
通過(guò)研究，我們認(rèn)為按流體力學(xué)規(guī)律，應(yīng)用煤氣透氣性阻力系數(shù)和爐腹煤氣量指數(shù)來(lái)確定爐腹煤氣量較為科學(xué)。 至于空隙度，在三個(gè)區(qū)域不完全相同： 塊狀帶：由焦炭層的εC和礦石層的εO加和組成，即礦石占的百分比×εO＋焦炭占的百分比×εC； 軟熔帶：完全由焦炭的εC決定，因?yàn)檐浫蹘?nèi)礦石軟熔，孔隙逐步堵塞而不透氣，在軟熔帶內(nèi)透氣性的比例為軟熔層：礦石層：焦炭層＝1:4:52 滴落帶：由焦炭孔隙度和渣鐵滯留量決定，即εC-ht。 正常生產(chǎn)高爐三個(gè)帶的孔隙度示于圖 塊狀帶決定于爐料的粒度組成，粒度越均勻空隙度越大，而粒度組成中70%大粒與30%小粒的組成是空隙度最小。影響空隙度的還有燒結(jié)礦的低溫還原粉化，富塊礦的爆裂，它們都會(huì)產(chǎn)生粉末，填入燒結(jié)礦、塊礦的空隙而降低料柱空隙度。 軟熔帶是料層中阻力最大的部位，因?yàn)榈V石在這里軟熔。由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，轉(zhuǎn)變過(guò)程中礦石層的空隙度由正常轉(zhuǎn)變?yōu)榱悖浫蹖油笟庑耘c焦炭層透氣性之比為軟熔帶是料層中阻力最大的部位，因?yàn)榈V石在這里軟熔。由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，轉(zhuǎn)變過(guò)程中礦石層的空隙度由正常轉(zhuǎn)變?yōu)榱悖浫蹖油笟庑耘c焦炭層透氣性之比為1：52，所以軟熔帶的煤氣主要通過(guò)焦炭層（俗稱焦窗），△P/H還與軟熔帶層數(shù)n，軟熔層厚度h和軟熔帶寬度β有關(guān)。 
從以上分析可以知道，無(wú)論是爐料空隙度，還是煤氣流速都與原燃料質(zhì)量有關(guān)，所以必須重視原燃料生產(chǎn)和管理。高爐生產(chǎn)正常情況下，高爐順行穩(wěn)定。突然任何參數(shù)不變，爐子出現(xiàn)異常，首先要考慮爐料發(fā)生了變化，特別空隙度變小，造成ΔP/H上升。這時(shí)要對(duì)爐料進(jìn)行檢驗(yàn)。我們經(jīng)常告誡工長(zhǎng)們，每天上班，在接班前應(yīng)到料倉(cāng)去巡視一番，觀察今天本班要吃的料的狀況，篩子的篩分效果如何，做到心中有數(shù)。 我國(guó)目前普遍現(xiàn)象是爐內(nèi)壓差偏高，壓量關(guān)系緊張，其原因就是冶煉強(qiáng)度過(guò)高，煤氣流速過(guò)大，爐料空隙度過(guò)小，表現(xiàn)為焦炭平均粒度小，堆積密度大（過(guò)去低時(shí)0.45，一般0.5，現(xiàn)在低時(shí)0.55，一般在0.6），燒結(jié)礦10~5mm的過(guò)多，國(guó)外先進(jìn)的10~0mm的9%~11%，平均10%,而我國(guó)10~5mm好的15~20%，差的40%以上，0~5mm的好的3%，差的5%以上。有的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)甚至要求燒結(jié)礦不用過(guò)篩，全部入爐以降低成本，這種做法是適得其反，這就是“不科學(xué)”煉鐵。 流體力學(xué)的規(guī)律是流體總是沿著阻力最小的通道流動(dòng)，而高爐內(nèi)爐料（實(shí)質(zhì)是散料）分布是不均勻的，其空隙度也是不均勻的分布，在空隙度變小后，在某處被煤氣竄過(guò)就形成管道，煤氣流將小顆粒粉末帶走，管道越來(lái)越大，有可能形成惡性管道。操作者采取措施堵管道，將所有通道都堵死，就發(fā)生懸料，因此處理時(shí)要堵與疏同時(shí)并舉，即堵管道疏通其周邊，使煤氣流有通道。 2.4 如何確定燃料比和最低燃料比
中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的能源結(jié)構(gòu)中煤占了主要部分70%，它用在高爐煉鐵上就是燃料消耗（焦炭＋煤粉）占了高爐煉鐵所需的能源的70～80%，所以低碳煉鐵的重點(diǎn)是降低燃料比，根據(jù)國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)2006年公布的數(shù)據(jù)，高爐平均燃料比為543kg/t，德國(guó)486kg/t,中國(guó)臺(tái)灣488 kg/t，歐盟15國(guó)494 kg/t，南美洲496 kg/t，日本498 kg/t，韓國(guó)503 kg/t，北美510 kg/t，中國(guó)大陸555 kg/t，從總體上看中國(guó)平均燃料比高于國(guó)際平均水平，應(yīng)該說(shuō)中國(guó)燃料比實(shí)際比統(tǒng)計(jì)的要高，因?yàn)樵诮y(tǒng)計(jì)中一些企業(yè)報(bào)的是綜合燃料比，即將煤比乘了置換比，而且還有把焦丁認(rèn)為是廢物利用，不計(jì)入燃料比，造成中國(guó)的實(shí)際燃料比低于統(tǒng)計(jì)值，實(shí)際中國(guó)燃料比（焦比＋煤比＋焦丁比）要高出國(guó)際水平50～80kg/t，個(gè)別的高出100kg/t，因此要實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵，必須降低燃料比。 為正確評(píng)估生產(chǎn)的實(shí)際燃料比，這里要再重復(fù)真實(shí)燃料比的計(jì)算方法和奮斗目標(biāo)的確定方法。 高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步的重要?jiǎng)恿褪墙档蛧嶈F的碳素消耗，在煉鐵工藝原理和技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，研究最低碳比是個(gè)重要內(nèi)容，它的依據(jù)就是冶煉過(guò)程的熱力學(xué)。從高爐冶煉過(guò)程來(lái)說(shuō)，碳素消耗于：生鐵滲碳、直接還原耗碳、提供冶煉所需熱量耗碳。 2.5 冶煉噸鐵的碳消耗
在高爐冶煉的條件下，噸鐵的碳消耗有四個(gè)方向：生鐵滲碳Ce，少量元素還原(Si,Mn,P,Ti,V等)和脫硫耗碳CdSi,Mn,P,S…;鐵的直接還原耗碳CdFe和風(fēng)口燃燒帶內(nèi)燃燒碳C風(fēng)。這個(gè)燃燒既形成間接還原的還原劑，同時(shí)放熱，滿足冶煉所需要的熱能。
生鐵滲碳Ce 其量與生鐵成分和鐵水溫度的因素有關(guān)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算，也可通過(guò)化驗(yàn)測(cè)定。
生產(chǎn)實(shí)踐表明，目前生鐵含碳在煉鋼生鐵中波動(dòng)在4.5%~5.1%即45kg/t~51kg/t。
少量元素還原和脫S 其量與生鐵中Si，Mn，P，V，Ti等元素含量及噸鐵硫負(fù)荷有關(guān)，可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算：
式中[Si],[Mn],[P],[S],[Ti]—鐵水中元素含量，%; CO,H2—爐頂煤氣中CO,H2含量，%; t鐵水—出鐵的鐵水溫度，℃; P頂CO—爐頂煤氣中CO分壓，KPa. 噸鐵風(fēng)量V風(fēng)可以通過(guò)物料平衡計(jì)算，也可通過(guò)儀表風(fēng)量計(jì)算 V儀（1-α）/（ρ/60×24） α—漏風(fēng)率,%;ρ—日產(chǎn)量，t/d 風(fēng)中含氧量 不富氧（1-ψ）0.21+0.5ψ=0.21+0.29ψ 富氧 [(1-ψ)0.21+0.5ψ](1-A)+A·O2 ψ—大氣濕度，%；A—富氧率；O2—工業(yè)氧中氧含量； 根據(jù)以上4項(xiàng)碳的消耗就可以計(jì)算出噸鐵消耗碳量，然后除以燃料中的含碳量就可以得到燃料比。 噸鐵消耗碳量=Ce+Cd Si,Mn,P,S…+CdFe+C風(fēng) 燃料比=噸鐵消耗碳量/燃料中含碳量 可用兩種方法來(lái)計(jì)算實(shí)際消耗的碳量，里斯特操作線法和C-rd法
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