曾慶良，陳生利，蔡思維
（廣東中南股份）
摘 要：高爐噴吹煤略占高爐鐵水成本的 10%，噴吹煤價格對比焦炭低 1000 元/噸，提煤降焦是高爐煉鐵追求極致效益的有效途徑。鑒于韶鋼高爐長期煤比不足 160kg/t 的現狀，韶鋼七號高爐采取通過優化料制、調整風口進風面積、選擇合適的爐渣堿度和成分、強化爐溫管控、強化爐前出鐵管理和強化原燃料質量管理等措施，2023 年比 2022 年煤比提高大約 8kg/t，焦比下降大約 15kg/t，燃料比下降大約 7kg/t，直接經濟效益高達千萬元。
關鍵詞：焦比；煤比；燃料比；料制；風口
1.前言
自 2022 年初以來，由于鋼鐵行業市場形勢異常嚴峻，行業虧損面一度超過 85%，韶鋼更是因生產持續波動，原材料保供等問題內外交困，盈利水平和市場競爭力明顯下滑。環保成本逐漸升高。隨著全球環保意識的提高，各國政府都在推行更加嚴格的環保政策，以減少污染和碳排放。 在這樣嚴峻的形勢下，為提升市場競爭力和生產能力，降低生鐵成本，成為各鋼鐵企業最為迫切的工作和任務。七號高爐在 2021 年 10 月 18 日停爐原地大修，2022年3月31日重新開爐，有效容積 2500m3 。 2022年4月-9月焦比在350kg/t-373kg/t 范圍，煤比 150kg/t-166kg/t，焦比偏高，煤比偏低，整體處于行業中間水平，盈利水平和市場競爭力偏差。七號高爐從 2022 年 10月份開始開展提煤降耗實踐，深挖潛能，2023 年取得了不錯的成績。
2 提煤降焦爐內操業技術措施
高爐焦比降低煤比上升后，焦層變薄，會導致煤氣流分布改變，進而需要調節送風制度、裝料制度、造渣制度和熱制度，找到合適的四大制度維持高爐的穩定順行。另外焦層變薄后，對爐前出渣鐵作業提出更高的要求，并且需要嚴格控制原燃料質量波動，減少其對爐況的影響。
2.1 送風制度
高爐噴吹煤粉代替部分焦炭，必然使料柱中礦焦比增大，焦炭數量減少，料柱的空隙度下降，煤氣上升時的阻力增加，壓差升高；上升煤氣量增加，使煤氣速度增大，料柱的阻損?p 也隨之升高。煤粉在風口帶氣化燃燒造成爐腹煤氣量增加，煤粉噴吹量和煤粉燃燒程度會直接影響煤氣流分布。煤比沒有達到一定水平時，煤量增加不會打破原有的煤氣流平衡，但隨著煤比進一步提高，當煤比超過一定水平時，邊緣氣流發展了，中心打不開，需要增加中心焦、縮小風口進風面積或調整裝料制度等手段來發展中心氣流。因此煤比高時，風速和鼓風動能的變化應根據實際情況決定 【1】。例如：韶鋼七號高爐在使用經濟料前，利用休風機會調整風口小套縮小風口進風面積，即風口進風面積由 0.3393m2改為 0.3376m2。
2.2 裝料制度
高爐上部氣流分布調節是通過變更裝料制度，即裝入順序、裝入方法、旋轉溜槽傾角、料線和批重等手段，調整爐料在爐喉的分布狀態，從而使氣流分布更合理，以充分利用煤氣能量，達到高爐穩定順行、高效生產的目的。新七號高爐開爐時是平臺+漏斗模式料制，經過不斷摸索制定了A、B、C 三個基本料制，其中，A、B 為主料柱，C 為調節料制。
批重對爐料在爐喉分布影響很大，批重太小，會使得邊緣和中心都無礦石，邊緣和中心過分發展，透氣性指數過高，料速過快，趕料困難，處于虧料時間長，導致爐溫下行。批重太大，中心氣流和邊緣氣流阻力增大，壓差升高。因此需要根據爐容、當前原燃料質量、噴吹量大小和冶強決定批重大小。例如：七號高爐在原燃料質量較好時，批重在 75±1 噸。原燃料質量發生變化時，根據當時實際情況選擇退批重的量。
2.3 造渣制度
造渣制度應適合于高爐冶煉要求，有利于穩定順行，有利于冶煉優質生鐵。根據原燃料條件，選擇最佳的爐渣成分和堿度。
造渣制度的要求造渣有如下要求：1）要求爐渣有良好的流動性和穩定性；2）有足夠的脫硫能力；3）對高爐磚襯侵蝕能力較弱；4）在爐溫和爐渣堿度正常條件下，應能煉出優質生鐵。例如：七號高爐爐渣中 Al2O3基本控制在 14%-16%范圍，MgO 控制在 8%-10%范圍，二元堿度控制在1.20-1.25。
對原燃料的基本要求為滿足造渣制度要求，對原燃料必須有如下基本要求：1）原燃料含硫低，硫負荷不大于 5.0kg/t；2）原料難熔和易熔組分低，如氟化鈣、氧化鈦越低越好；3）易揮發的鉀、鈉成分越低越好；4）原料含有少量的氧化錳、氧化鎂對造渣有利。【1】
2.4 熱制度
熱制度直接反映了爐缸工作的熱狀態。冶煉過程中控制充足而穩定的爐溫，是保證高爐穩定順行的基本前提，過低或過高的爐溫都會導致爐況不順。影響爐溫變化的因素很多，變化幅度小時可通過風溫、風量、煤量等進行調整，變化幅度較大時必須調整焦炭負荷【2】。
2.4.1 熱制度的選擇
普通礦冶煉的高爐，目前原燃料條件下，一般生鐵含硅量控制在 0.3%~0.6%，生鐵含硫量0.03%，鐵水溫度 1450-1540℃；原燃料好的高爐可維持中下限，原燃料較差的高爐可維持中上限；長期休風后送風生鐵含硅量控制在 0.8%-1.0%。例如：七號高爐生鐵含硅量控制在 0.3%-0.6%，生鐵含硫量 0.03%，鐵水溫度 1505-1535℃。
2.4.2 做好熱負荷管理
受爐身冷卻壁損壞和氣流偏析等因素影響，爐墻時常會出現渣皮脫落現象，造成爐溫頻繁波動，也會影響到高爐煤氣流穩定。工長班中要密切關注爐墻和熱負荷波動趨勢，并及時采取維持爐況穩定措施。
Q 值管控要結合近幾個班的波動范圍，風量、爐溫趨勢，以及爐墻報警范圍等綜合考慮，同時嚴格按操業方針控制好壓差。
2.4.3 提高風溫和富氧率
煤粉噴吹量增加后，燃燒產物煤氣量增加；噴吹煤粉氣化時揮發分分解吸熱使燃燒放出的熱值降低；煤粉進入燃燒帶時的溫度(100℃左右)遠低于焦炭進入燃燒帶時的溫度(1500℃)，因此燃料帶入燃燒帶的物理熱減少。因此煤粉噴吹量增加會導致理論燃燒溫度下降。[2]
提高風溫和富氧率后，增加燃燒強度，大幅度增產；促使噴吹煤粉快速燃燒氣化，并且不降低t理，緩解噴煤的燃燒和爐缸熱狀態的限制程度，從而可以擴大噴煤量；富氧使噴煤和高風溫引起的△p 上升得到緩解，改善高爐順行。提高風溫使用率措施：
(1)在高爐能接受、設備允許的情況下，風溫應盡可能穩定在最高水平；
(2)加風溫影響煤氣體積增大而造成風壓升高，因此需加風溫，除特殊情況時，加風溫應平緩，幅度不能太大；
(3)在降風溫時，可一次降至所需水平；
(4)在高爐有管道行程跡象時，盡量不要大幅度提高風溫，以免加劇管道行程。
3 出渣鐵改善措施
3.1 出渣鐵管理
確保渣鐵均勻、穩定的從爐內排出。保持累計出渣鐵量與生成量在一定范圍內平衡。爐前是否及時出盡渣鐵直接影響高爐的穩定順行。因此為了保證高爐的穩定順行和強化冶煉必須進一步強化爐前出鐵管理，爐前必須嚴格按照作業標準操作：
（1）根據實際情況控制好打泥量保證鐵口深度，保證鐵口合格率；
（2）控制好出鐵節奏和開口鉆頭大小，減少憋渣鐵現象；
（3）減少漏鐵、燒氧；
（4）出鐵過程中應隨時鐵水流速變化，發現卡鐵口及時捅開，如果連續出現卡鐵口，必須考慮打開另一個鐵口出鐵；
（5）堵鐵口前應將鐵口處的積渣清除，并檢查保護套和泥套，以保證液壓炮保護與泥套嚴密接觸，防止炮泥。
3.2 強化爐前重疊出鐵
（1）出鐵間隔時間超過規定時間 20 分鐘以上；
（2）來渣時間超過規定時間，打開鐵口30min 未來渣；
（3）累計爐內存鐵量＞100t（累計生成量減出鐵量）；
（4）處理爐況需要。
4 原燃料質量改善
原燃料質量是高爐穩定順行和提煤降焦的基礎。為了高爐穩定順行，制定一系列措施控制原燃料質量。
4.1 嚴格控制燒礦氧化亞鐵含量，因氧化亞鐵升高，燒礦強度增加，但燒礦的還原性降低，為保證燒結礦強度和還原性，氧化亞鐵含量應控制在合適范圍，如：韶鋼五號機燒結礦通過優化配礦，2022 年 10 月份以后氧化亞鐵含量基本控制在 8.5%-10.5%，轉鼓控制在 78-80。
4.2 嚴格控制焦炭灰分和硫，焦炭灰分嚴重影響焦炭的耐磨性及其高溫強度，焦炭硫含量會導致鐵水含硫上升，影響鐵水質量，因此焦炭灰分和硫含量應嚴格控制，通過優化配煤，韶鋼舊 6 米焦最終將焦炭灰分基本控制在 13%以內，硫控制在 0.9%以內。
4.3 控制篩分速度，確保篩分質量，減少粉末入爐。
4.4 注意原燃料成分是否處于規定范圍，偏離正常范圍必須及時調節原燃料使用比例。
4.5 各槽應遵循一槽一品種的原則，不得混料。
5. 取得的效果
通過提煤降焦攻關強化冶煉，高爐平均日產提高 763 噸/天；高爐入爐風溫由 1181℃上升至1212℃，提升了 31℃；高爐入爐焦比燃料比降低18kg/t；高爐噴煤比提升 10kg/t；高爐燃料比降低8kg/t，創造直接經濟效益 5 千萬元。
6. 結束語
提煤降焦’不僅是落實國家清潔生產、‘雙控’ ‘雙碳’等政策的需要，更是鋼鐵企業降本增效總目標的迫切需要，也是回答綠色低碳發展之問的一條現實路徑。提煤降焦是現階段高爐煉鐵追求極致效率的重要手段，通過以煤代焦，可以進一步降低高爐冶煉成本，提升企業競爭力。以煤代焦需要結合自身高爐冶煉特點，合理調控高爐相關參數，改善其他輔助原料質量，才能取得事半功倍的成效。
參考文獻
[1] 高爐生產知識問答（第 2 版） 王筱留修訂 冶金工業出版社 2006；
[2] 高爐煉鐵生產技術手冊 周傳典主編 冶金工業出版社 2012.