中国大高炉：在转型升级和创新之路奋进
2015-11-19 04:43:07   来源： ()　   评论：0 点击：

　　“当前高炉炼铁行业面临产量饱和，产能严重过剩，进入先进与落后指标并存，现代与传统理念并存这种 “新常态”的挑战，需要采取以下措施来应对：加快高炉大型化的进程以提高产业集中度，完善环境友好的高效、安全、长寿的高炉技术;转变技术创新的观念和理念，构建以基础理论为先导的知识创新、以面向生产为核心的技术创新和以信息化为载体的管理创新;大力开发和推广炼铁新技术，从而实现高炉炼铁技术的转型升级和创新”。这是北京科技大学原校长、炼铁专家杨天钧教授不久前在柳钢召开的第十六届全国大高炉炼铁学术年会上的报告要点。

　　在“新常态”下，我国高炉炼铁的发展速度已由2001年的平均增速15.7%调整到2014年的0.47%的增速。发展速度虽然减缓，但炼铁事业却取得了巨大进步。其主要表现是淘汰大批落后产能，实现高炉大型化，不断提高现代炼铁的装备和技术水平。大型高炉由于具有单位炉容投资低、能耗低、能源利用率高、环境负荷低、生产效率高等诸多优点得到快速发展。国内首座4063m3巨型高炉自1985年在宝钢诞生以来，至2005年宝钢4号高炉建成投产的20年间，国内仅有宝钢4座4000m3以上级巨型高炉生产。但近十年来，国内4000m3级巨型高炉如雨后春笋涌现，截至2015年10月，4000m3以上级高炉已有21座，最大高炉有效容积为5800m3(沙钢)。另外，我国3000m3-4000m3级的大型高炉也发展到36座。这些巨型和大型高炉建成投产，极大地改变了我国高炉结构，对促进我国高炉炼铁整体工艺装备的发展，提升钢铁业效率和效益发挥着无可替代的作用。

　　据宝钢炼铁厂长朱仁良介绍，如果缺乏更加严格、科学、系统的操作与管理及相应配套的生产技术。大型高炉就会在波动中产生巨大的产量、成本、能耗、环境等方面的损失，成为制约企业发展进步的不稳定因素。因此，大型高炉的操作与管理是高炉大型化发展的保障，是充分发挥大型高炉优势的前提，也是钢铁厂竞争力的体现。

　　宝钢在投产初期对大型高炉的操作认识不足，再加上每座高炉的装备各不相同，产生了原燃料质量波动、设备不稳定等因素，给高炉顺行带来了巨大的挑战。如1号高炉采用双钟四阀式结构，不太容易掌握导料板档带来的炉料的落点变化和径向矿焦比的分布，炉墙反复出现结厚现象，导致高炉顺行不好，崩滑料多，强化冶炼难以实现;又如3号高炉采用的全冷却壁矮胖型高炉，操作上无现成的经验可循，由于过多地考虑长寿问题，边缘气流压得过重，导致软熔带根部低，崩滑料次数多，炉况波动大，甚至发生炉凉等事故。

　　面对各种各样的问题和难题，宝钢炼铁人始终以邓小平同志为宝钢题辞“掌握新技术，要善于学习，更要善于创新”为指引，以创新求发展，取得了一系列可喜的成果; 4座高炉全部实施强化冶炼，并长期保持稳定顺行;成功实现了高煤比、高利用系数、低硅低硫、优质低耗的冶炼操作，喷煤比、燃料比、工序能耗、利用系数等一些主要经济技术指标达到世界一流水平或世界领先水平。其3号高炉一代炉龄更是达到19年，单位炉容产铁量达到1.57万吨/立方米，步入世界长寿高炉行列;实现了高炉工作者一直追求的“优质、低耗、高效、长寿、环保”的目标，为宝钢整个生产和物流平衡走上良性循环做出了贡献。这一质的飞跃，在宝钢炼铁的发展史上，写下浓墨重彩的一笔。

　　随着首钢京唐公司的建设和投产，两座5500m3的大型高屹立于渤海之滨曹妃甸。

　　2011年以来首钢炼铁人通过对大高炉冶炼规律的不断摸索，不懈追求，积极的进行技术创新，实行大矿批、短风口、氧炼枪、高镁含钛球团、自然镁及低硅烧结等一系列重大技术的创新，及在日常生产中严抓管理和精细化操作，保证了两座高炉的长期稳定顺行，实现了低燃料消耗，而较低的铁水成本也为首钢京唐公司降本增效做出了重要贡献。

　　京唐高炉2012年解决了顺行问题，2013年解决了产量问题，2014年解决了成本问题，2015年以“质量“为中心，同时统筹兼顾其它所有问题。2015年单月最高产量达到80万吨，单炉利用系数最高达到2.411t/(m3.d)，2015年1-9月累计焦比305kg/t，煤比170kg/t;2015年3月两座高炉负荷同时达到5.5达到自两座高炉同时投产以来的最高水平，其中3月两座高炉合计完成焦比293kg/t，煤比177kg/t，燃料比494kg/t。2015年9月在消除外围影响后(8月限氧、干熄焦年修及9月初高炉年修)，1炉负荷达到5.70，2炉负荷达到5.61，负荷进一步提高，焦比达到280kg/t，煤比190kg/t.。2015年1-9月累计燃料比500kg/t，最低燃料比达到488kg/t，实现了大型高炉追求的低燃料消耗。

　　由于严格控制，使其铁水成本呈逐步降低趋势，由2013年的2336元/吨到2015年的1318元/吨。

　　如何保持大型高炉的长期高水平顺行稳定一直是炼铁工作者追求的目标，随着原燃料恶化和高炉大型化的矛盾日益突出，对4000 3以上高炉冶炼规律的摸索和生产管理水平的提升是一项重要的课题，首钢股份迁安钢铁有限责任公司(下文简称迁钢)3号高炉4000m3开炉以后，在技术研究、参数界定和管理提升方面做了大量工作。通过采取对原燃料管理、基本操作制度的研究，以及烧结矿降镁和碱金属动态平衡等技术攻关等，取得了良好的经济技术指标。

　　迁钢3号高炉有效容积4000m3，高4个铁口，36个风口，于2010年1月8日开炉。设计上全面吸收国内外4000m3立级大型高炉的先进设计理念，对高炉炉型进行了系统优化，加深了死铁层，降低了高径比，高炉炉型趋于矮胖，工艺上采用了全干法袋煤气除尘系统、TRT压差发电、炉前引进全套德国TMT出铁设备、煤粉采用并罐自动喷吹系统、热风炉煤气和助燃风双预热等新技术，使高炉具备长期稳定和低耗运行的硬件基础。

　　中国金属学会炼铁专家王维兴教授认为，炼铁工序在钢铁工业中的作用是中流砥柱，有承上启下的作用。钢铁工业生产的高物耗，高能耗，高污染主要是体现在炼铁系统。生产一吨铁要消耗5吨多自然资源，炼铁系统工序能耗占联合企业总能耗的70%，污染物排放为3/2，生产成本占60%-70%。

　　目前，全世界高炉炼铁仍是炼铁生产的主流程，高炉生产工艺相比其它炼铁方法具有明显的优势，50年以内打倒不了高炉。2014年全世界产铁11.79亿吨，中国产铁7.11亿吨，占世界60.35%。

　　上数数据和事实表明：钢铁行业在“新常态”下面临“三低一高”的困境，即低增长—生产消费量在峰值平台波动发展;低效益—市场竞争异常激烈，经营困难长期存在;低价格—钢价总体处于绝对低位，矿价总体处于相对低位;高压力—环保治理保持高压态势，金融环境不利于钢铁产业。为了摆脱上述困境，一些炼铁企业不断探索和追求，且走了不少弯路。

　　大型高炉需要比中小型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资源的需求越来越多，而可供使用的资源供应则日趋紧张，面临着低质量和多品种原燃料利用的挑战。究其原因，是随着全球铁矿石用量不断增长，早期的富矿开采殆尽，新开发矿山的矿石的品质波动较大，杂质含量高，时有不合格现象产生。另外，中国炼焦煤剩余探明储量有限，难以持续满足中国炼铁行业尤其是大型高炉对焦炭的需求，造成优质炼焦煤供应偏紧。这一态势引发了高炉大型化和资源紧缺的矛盾，也导致了高炉炉况的波动、生产技术指标的下降，给高炉操作者带来了巨大的挑战。

　　从战术层面讲，高炉炼铁应当认真贯彻精料方针，这是高炉炼铁的基础，精料技术水平对高炉炼铁技术指标的影响率在70%。

　　为达到高炉冶炼对精料的要求，炼铁人不遗余力在提高入炉品位、稳定入炉料的成分、提高入炉料的强度和优化粒度组成、提高入炉料的冶金性能等方面努力开展工作。从而保证了高炉的技经指标不断进步。并达到高效、优质、低耗、长寿、环保的目的。但是，由于近年来钢铁市场大幅下滑，为了保住利润，为了在激烈的市场竞争中能存活下来，一些炼铁企业开始使用低价矿的手段来降低铁水成本。并且带动了整个行业竞相使用低价矿，包括低价焦炭。

　　但是，经过生产实践证明，低价矿之所以价低是因为在质量上存在着缺陷，不能够满足“熟、净、匀、小、稳、少、好”的精料要求。这一转变使炼铁人之前一直在为之而奋斗的精料的道路发生了逆转。这些低价炉料的使用，导致了燃料比的升高，消耗的升高，高炉生产指标和炉况的波动，从而给炼铁技术管理人员提出了严峻的挑战和空前的压力。这种压力不仅仅表现在控制燃料比和消耗的升高上，还有有害元素对高炉寿命的影响，对安全生产的威胁上。最初阶段，这了追求之前的燃料比，高炉经常发生剧列波动，靠“攻守忍”已经不行了，为了稳定炉况有时候不得不暂时停止使用低价炉料，甚至花大价钱买更好的焦炭来恢复炉况。经过几次反复最后终于明白，在原料品质下降的情况下燃料比不可能达到以前的水平。这也让广大炼铁人从惨痛的教训中体会到，稳定才是最大的降本。残酷的现实迫使炼铁企业端正认识。如何把这些质量存在缺陷的原燃料消化掉，而高炉的技经指标又不会受到太多的影响，把低价原燃料的价格优势最大限度地体现出来，这才是在当前钢铁市场形势下从事高炉炼铁技术的工作者需要做的工作。

　　杨天钧教授指出，从战略层面讲，大高炉炼铁技术应坚定不移走转型升级和创新之路。

　　首先，必须转变技术创新的观念和理念，应注重以基础理论为先导的知识创新和以面向生产实际的技术创新相互渗透，互为动力，努力开展科学研究和技术研发。同时应加强以信息化为载体的管理创新。

　　其次，要积极开发与推广下列炼铁新技术：

　　一是烧结—高炉—一体化智能配料系统。同时应加强该系统旨在充分考虑采购的原燃料特性和当前高炉生产条件，确定关键目标函数，如：以适宜炉渣碱度和镁铝比作为烧结配料目标;以挖掘降低焦比潜力为高炉生产目标;综合考虑烧结矿成分和不同矿粉烧结基础特性，考虑高炉有害元素负荷，以及每种原料的配比限制等约束条件，从而科学确定高炉炉料结构优化的关键参数和措施。采用该系统的效果，将会使生铁成本降低，并反过来指导原燃料采购。实现良性循环。

　　二是必须重视兰炭在高炉炼铁中的应用。兰炭来源于低阶煤低温干馏产品。其特点是三高四低，即固定碳高、化学活性高、比电阻高;灰分低、铝低、硫低、磷低。兰炭可按粒径分为大块、中块、小块和粉状4类。

　　经研究表明，块状兰炭基本成分符合高炉入炉标准。

　　粉状兰炭气化反应速率明显高于焦粉，其起始反应温度和剧烈反应温度低于焦炭，大量研究和工业试验证明：兰炭可以部分替代焦粉作为烧结燃料，块状兰炭可以混入焦丁入炉，也是高炉喷吹的良好辅助燃料。

　　三是高炉可视化及控制技术，高炉粉尘处理技术，镁质球团技术，超级烧结技术等。同时，应不断提高高炉操作水平，在高风温、富氧喷煤、安全长寿等方面取得新进展。从而实现高炉炼铁技术的转型升级和创新。

　　谈到高炉长寿问题北京科技大学冶金与生态工程学院副院长、中国金属学会炼铁分会秘书长张建良博导高屋建瓴分析认为：设计理念是高炉安全长寿的基础。大型高炉内衬结构、耐火材料的选材、冷却系统的配置等仍然有继续优化的余地;高炉监测是评价高炉安全状态的有效措施。高炉生产过程中，应对水温差、热流强度、热电偶温度等密切关注，计算炭砖残厚;高炉末期维护是预防高炉炉缸烧穿的必要措施。高炉砖衬较薄时，必须采取相应的维护措施，降低耐材温度，保障高炉安全;长寿高炉生产操作制度是保障高炉长寿的关键。操作中应降低耐火材料的热面温度，形成有效的炉缸保护层，防止耐材侵蚀。