鍊鐵原燃料質量最佳化和爐料結構最佳化概述

每天十問十答，第4天

從近期召開的中國鍊鐵年會重慶會議上了解到：​

我國現有4000級以上特大型高爐23座、3000級高爐18座、2000級高爐41座，高爐總數近1000座。

鍊鐵主要關注的重點是圍繞鍊鐵原燃料質量和爐料結構最佳化技術、高爐高效低成本操作技術、高爐、熱風爐長壽技術、鍊鐵系統節能減排、智慧鍊鐵等。

鍊鐵廠廠級領導主要關注的方面包括高爐高效生產操作技術、高爐高鋅負荷的應對、爐缸異常侵蝕問題、智慧鍊鐵、煤、焦、礦協同的焦炭與鍊鐵等。

我們今天就先來說一說鍊鐵原燃料質量和爐料結構最佳化技術相關的問題。

1、鍊鐵所用到的原料和燃料都包括哪些？

中國目前有大概1/3的鍊鐵產能分佈在東部沿海區域，形成了比較產能較大的5個集中區域，包括環渤海區域、膠州半島區域、長江流域、福建沿海以及以湛江為中心的廣西沿海區域。沿海鋼鐵企業充分利用海運的優勢，從國外進口質量相對穩定的原料和燃料，因此在鍊鐵系統穩定性方面，較內地區域要高一籌。

鍊鐵有七分原料，三分操作的說法，說明了在高爐鍊鐵過程中，原料質量對於高爐鍊鐵的關鍵影響。

鍊鐵所用到的原料包括燒結礦、球團礦、生礦，以及在特殊情況下用到的輔助熔劑（錳礦、螢石、矽石、石灰石、白雲石）。用到的燃料包括焦炭，還有煤粉等噴吹物，在歐美一些國家還使用包括重油、塑膠、城市垃圾以及天然氣進行噴吹。

所以鍊鐵原料質量指的就是以上所說的原料和燃料兩大類的情況，包括成分組成，冶金效能等方面的指標。

2、高爐爐料結構指的是什麼？

在我國目前有一個趨勢，在高爐鍊鐵過程中提高球團礦的比例，提高入爐品位，降低渣量，從而達到降低成本、減少汙染物排放等目的。如首鋼京唐在2018年開展的高球比技術探索之後，球團比例使用已達到50%以上，並且爐況穩定程度有所提高。

目前可統計的高爐球團比例長時間超過25%的高爐數量在中國超過了50座。這種就需要一個相對穩定的爐料結構。

高爐爐料結構指的是冶煉過程中對於原料種類及比例的需求組成。正常生產過程中，爐料結構主要包括料批批重和燒結礦、球團礦、生礦的配比。在廣義情況下，爐料結構還應該包括焦炭批重和噴吹煤的重量。

3、原燃料成分中影響其效能的因素包括哪些？

在2010年首鋼遷鋼曾經發生過一個突出的案例，高爐燒結礦中的鹼金屬含量升高明顯，造成高爐內部結厚嚴重，料柱透氣性明顯降低，從而嚴重影響了高爐爐況的穩定及指標的最佳化。爐料成分中，鹼金屬含量的高低能夠影響到料柱結構的質量和強度，因此原料成分中的部分元素對於高爐冶煉的整體影響非常關鍵。

原料成分主要包括鐵，氧化亞鐵，二氧化矽，氧化鈣，三氧化二鋁，氧化鎂，硫，以及氧化錳等。燒結礦和球團礦、生礦、焦炭的冶金效能包括低溫還原粉化率，還原性，還原膨脹率，軟化溫度，融化溫度，軟化效能，熔滴效能，生熟球抗壓強度效能等。

原料質量的化學成分是基礎，機械強度是保證，冶金效能則是關鍵。

原料成分在一定程度上決定了原料的冶金效能和部分機械強度，但原料的微觀結構等機械組成又影響了機機械強度、冶金效能等方面。

針對不同的原料及燃料，透過實驗驗證其對於燒結礦、球團礦和焦炭成品的效能影響，成為原燃料質量改善和研究的主要方法。部分效能可以透過相關的軟體計算能夠得到，但最終都要透過實踐去驗證。

4、不同的高爐爐料結構影響高爐冶煉的哪些方面？

高爐不同的爐料結構，在高爐冶煉流程的成本控制，穩定性提升和操作最佳化方面都起著關鍵的作用。

中國的高爐爐料結構以燒結礦為主，球團礦和生礦為輔。2019年中國高爐的燒結礦使用比例在70%以上，部分高爐燒結礦比例偏低，主要是考慮到及原料供應的能力及戰略設計。如首鋼曹妃甸公司新建一條500萬噸的帶式球團，球團年供應量達到800萬噸以上，因此高爐冶煉方面提高球比是從其供應端和整體設計端考慮的。

球團礦之中鐵含量比燒結礦要高，因此球團比例高的爐料結構入爐綜合品位較高。在一定時期內及原料價格和效能相對穩定的前提下，高球比模式成本相對較低。

在歐洲，尤其是荷蘭，瑞典和德國，爐料結構以酸性料為主，部分高爐球團比例達到90%以上，且爐況仍然保持比較穩定。中國高爐在2010年以後嘗試高球團比冶煉，但遇到的難題之一就是爐況的穩定性降低明顯。首鋼京唐公司在近兩年的攻關過程中，高球比情況下爐況逐漸穩定，指標也得到了明顯改善。這說明在爐料結構變動的情況下，穩定高爐爐況成為一個流程最佳化的關鍵。

高爐操作是一個重經驗和傳統的工序。爐料結構的改變，帶來煤氣流的變化，透氣性指標的波動以及相關操作制度的變化和調整。在保證監控系統完善的情況下，對於資料的提取、監測和分析能夠為爐況的最佳化和指標的提升提供支撐。

我們可以從裝料制度，造渣制度，鼓風制度，冷卻制度和出鐵制度5個方面來思考爐料結構變化之後的調整和影響。

裝料制度改進方面，需要根據煤氣流的變化進行調整，料批大小以及裝料角度和圈數進行微調。

造渣制度方面，爐料結構變化之後，需要根據減度的規律分佈確定比例的調整。

鼓風制度方面應以穩定為主，根據煤氣波動及分佈的變化進行微調。在出鐵製度方面，由於爐料結構的變化導致出鐵量和速度有所變化，因此在開口時間及出鐵時間方面請提前做好準備。

5、為什麼要最佳化原燃料質量？

對於新建高爐來說，恢復產量和穩定爐況是其主要的初期任務和目標。隨著高爐冶煉程序的穩定，需要提升冶煉強度，降低成本，指標進行最佳化，原料質量是影響高爐操作的關鍵，因此要最佳化原燃料質量。其實這裡面隱含著前提，由於原燃料的儲量都是有限的，隨著冶煉的進行，原料質量會出現降低，其供應量也會減少，而且隨著原料成本的上升，需要調整原燃料的結構，以適應公司整體的戰略安排，主要的目標是保持是強大的市場競爭力，這就需要有成本優勢和質量優勢。雖然環保等政策性壓力的增加，對於高爐冶煉過程中汙染物的排放限制越來越嚴。最佳化原燃料質量可以有效降低汙染物的排放，尤其是二氧化硫和氮氧化物等。

6、為什麼要最佳化爐料結構？

從本質上來說，最佳化爐料結構主要是由於原料供應的變化及成本的變化，迫使高爐尋求一種最優的操作模式，使得冶煉成本和高爐的穩定性得以持續的穩定和提升。最佳化爐料結構和原料質量其實是相輔相成的。原料質量的變化，意味著爐料結構隨之改變，才能保證爐況平穩的過渡和經濟指標的最佳化。

7、怎麼樣最佳化燒結礦、球團礦等原料的質量？

傳統冶煉過程中，對於燒結礦和球團礦的質量最佳化，主要集中在成分和冶金效能的最佳化上。實際上，隨著自動化裝置的改進，資料收集分析和反饋機制的完善，對於燒結、球團等原料，對於高爐的影響已經能夠形成定量的分析和最佳化。因此現代意義上的原燃料質量最佳化，更多的是從高爐爐料結構優化出發，利用整體配料手段，對原燃料質量進行全方位的最佳化，以改善高爐爐料結構在效能成本等方面的指標水平。最佳化的方法不能從多方面同時進行，最好是從單一指標的最佳化開始，由點及線，在保證原料供應的前提下，循序漸進，不斷提升最佳化水平。 如以提高高爐產量為目標，那麼就需要對燒結礦球團礦的品位進行提升，這個時候就需要確定主要的調整指標，穩定相關性指標。結合高爐操作過程中提升富養率，增加分量等方式，達到提高高爐冶煉係數的目的。

如以降低高爐鐵水成本為目標，根據燒結礦和球團礦的價格，綜合產量等各方面的指標採用整體最佳化配料的方式，確定爐料結構和燒結球團礦成分。

高爐原燃料質量最佳化是一個系統性的工程，在部分鋼鐵企業會安排原燃料配料師這一崗位和部門，對集團和公司的原燃料供應以及質量最佳化進行系統的考慮。本篇只是以簡單分析的方法進行論述。

8、如何最佳化燃料質量？

對於中國大部分鋼鐵企業來說，焦化供應都屬於一個更加龐大和複雜的系統，從鍊鐵單一部門進行協調難度較大，因此以下分析只是針對噴吹系統進行最佳化分析。

高爐噴煤能夠提供高爐冶煉過程中所需要的熱量以及反應氣體的生成。高爐噴吹煤粉的質量最佳化，一般指的是透過配煤的方式對制粉系統以及高爐噴吹的燃燒熱量和其他指標進行最佳化的方式。一般情況下高爐配煤採用煙煤和無煙煤結合的方式，在已有系統的支撐下，如特定型號的磨煤機、儲料罐以及輸送系統，就需要配煤本來實現低成本和高質量的煤粉供應。

在高樓配煤的指標中，需要特別注意幾個關鍵引數，如固定碳含量、煤粉粒度、爆炸性以及燃燒性等。

由於各個企業煤粉供應的種類和成分不同，因此在燃料的質量最佳化方面，主要是根據高爐需求的變化及時調整，配煤已實現價格最優或者是成分最優。

9、如何最佳化高爐爐料結構？

高爐爐料結構的最佳化方法是根據高爐冶煉的特點確定原燃料的需求以及根據原燃料的供應情況和質量變化，提前以及及時做好調整。主要採用整體配料的方式從高爐冶煉出發，對燒結和球團提出要求，這裡面有專門的配料軟體。

10、如何從鍊鐵整體考慮來最佳化和協同各生產工序？

對於很多鋼鐵企業來說，燒結、球團焦化等環節是屬於並行的單位，在爐料結構和原料質量最佳化方面，需要根據上級統一協調進行整體最佳化。

以某大型國有鋼鐵企業為例，高爐的原燃料質量和流量結構的最佳化設計到原料採購，燒結廠，球團廠、焦化廠、原料廠等各部門和工序。為實現公司級的流程最佳化，就需要從終端使用者出發，以最佳化高爐鍊鐵為目標，協調原料採購，最佳化燒結工序和球團生產，穩定焦化生產，保證各環節物料供應。這個時候需要一個溝通無障礙的系統平臺和指揮中心。

近兩年，中冶賽迪透過在港口進行混料來實現對鋼鐵企業的原料定製化供應。一方面是降低了鋼鐵企業的採購成本和貯存壓力，另一方面也為鋼鐵企業最佳化原燃料質量和爐料結構提供了機會。在2020年9月召開的全國鍊鐵年會上，中冶賽迪智慧鍊鐵就要包含這一內容。

說明：本文針對爐料結構和原燃料質量的概述，如有不當之處，還請海涵。