安鋼3號(hào)高爐系統(tǒng)低成本生產(chǎn)實(shí)踐與分析

李勝杰  周東鋒  張希剛

（安陽鋼鐵股份有限公司）

摘  要：面對(duì)嚴(yán)峻的鋼鐵行業(yè)形式，安鋼3號(hào)高爐通過優(yōu)化燒結(jié)—高爐工序的聯(lián)動(dòng)配礦來降低原料成本，主動(dòng)并逐步貫徹低成本經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線，同時(shí)不斷提高高爐的操作水平和其他管理水平，生鐵成本不斷降低和效益逐漸增加，取得了較好的效果，證明了該路線在特大型高爐上的可行性和正確性。

關(guān)鍵詞：高爐；冶煉；生鐵成本；配礦；經(jīng)濟(jì)料

安鋼3號(hào)高爐于2013年3月投入生產(chǎn)，其有效容積為4747m3，采用了一系列國內(nèi)外成熟和先進(jìn)的技術(shù)：新型并罐無料鐘爐頂、4座KALUGIN頂燃式熱風(fēng)爐、旋風(fēng)除塵加干式除塵的煤氣處理系統(tǒng)、分區(qū)分段控制冷卻強(qiáng)度的軟水聯(lián)合密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)等。這些技術(shù)及材料的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)高爐安全、長壽、環(huán)保、高效的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。3號(hào)高爐投產(chǎn)之后就面臨著鋼鐵行業(yè)經(jīng)營形勢(shì)日益嚴(yán)峻的困難局面。為了盡快降低生鐵成本增加效益，3號(hào)高爐積極采取了許多降本措施，科學(xué)探索各種工藝新技術(shù)，逐步踐行經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線，強(qiáng)化成本管控理念，優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)降本力度，提升操作精細(xì)水平，取得了較好的效果。

1 逐漸優(yōu)化原燃料系統(tǒng)

原燃料是高爐冶煉的基礎(chǔ)。隨著鋼鐵行業(yè)經(jīng)營形式的日益困難，鋼鐵企業(yè)不得不改變以往傳統(tǒng)的“精料”思想，慢慢放寬對(duì)原燃料的要求，積極尋求“經(jīng)濟(jì)料”資源，以降低其生鐵成本。安鋼3號(hào)高爐對(duì)原燃料系統(tǒng)采取了“穩(wěn)焦調(diào)礦”的原則，即在保證焦炭等燃料主要性能穩(wěn)定的情況下，通過各種礦石（粉）的相互科學(xué)配合來降低原料成本，也就是把通過燒結(jié)—高爐工序的配礦優(yōu)化來降低原料成本作為降低生鐵成本的突破口和主要手段。3號(hào)高爐原燃料供應(yīng)系統(tǒng)主要裝備匹配情況如表1所示。

表1  3號(hào)高爐原燃料主要裝備匹配情況

1.1 原料系統(tǒng)

1.1.1 礦石（粉）的采購和配礦計(jì)劃

在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，安鋼建立并不斷完善了兩種不同設(shè)計(jì)思路的鐵礦石（粉）評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)—高爐工序的聯(lián)動(dòng)配料的自動(dòng)化，分別由煉鐵廠和經(jīng)營管理處兩個(gè)單位平行進(jìn)行鐵礦石（粉）評(píng)價(jià)，這兩個(gè)模型均以高爐獲得最低的生鐵成本為目標(biāo)，緊貼國內(nèi)外原料市場(chǎng)行情，兼顧冶金性能和資源供給狀況，根據(jù)各自的評(píng)價(jià)結(jié)果共同來指導(dǎo)鐵礦石（粉）的科學(xué)采購，進(jìn)而確定了近遠(yuǎn)期的燒結(jié)—高爐工序配礦計(jì)劃。

1.1.2 優(yōu)化燒結(jié)工序配礦結(jié)構(gòu)緊密與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)相結(jié)合

表2  安鋼燒結(jié)工序鐵礦粉分類情況

對(duì)比高爐和燒結(jié)兩個(gè)工序的配礦結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦的配礦優(yōu)化空間和潛力更大，因此燒結(jié)配礦是燒結(jié)-高爐工序配礦的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。安鋼對(duì)燒結(jié)工序逐漸更新了配礦理念，把常用的鐵礦粉重新進(jìn)行了大致分類（如表2所示），明確了每個(gè)類別的主要作用和采購方針。3號(hào)燒結(jié)機(jī)積極而謹(jǐn)慎地探索經(jīng)濟(jì)料燒結(jié)路線，逐月不斷壓縮主流礦的使用比例，擴(kuò)大次主流礦和經(jīng)濟(jì)礦粉的使用比例，重點(diǎn)是性質(zhì)互補(bǔ)的多個(gè)礦種的組合，凸顯礦粉的科學(xué)合理搭配，例如高硅礦與低硅礦、高鋁礦與低鋁礦或者褐鐵礦與鏡鐵礦[1]等。

根據(jù)廠內(nèi)和港口原料庫存情況，制定近期配礦計(jì)劃，由實(shí)驗(yàn)室預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)。由于3號(hào)高爐的豫河球團(tuán)礦和塊礦的品種和成分相對(duì)比較穩(wěn)定，所以每次實(shí)驗(yàn)主要是評(píng)價(jià)燒結(jié)礦的配礦計(jì)劃，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行改善性的調(diào)整。實(shí)驗(yàn)室裝備主要包括燒結(jié)杯和熔滴爐等。

降低成本要以相關(guān)技術(shù)作為支撐。通過大量的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐得出燒結(jié)礦堿度和SiO2含量對(duì)燒結(jié)礦的冶金性能有很大的影響。燒結(jié)礦堿度對(duì)燒結(jié)礦的高溫熔滴性能[2]影響很大，并且隨著堿度的降低，燒結(jié)礦的熔滴性能是改善的，因此在3號(hào)燒結(jié)機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中就逐漸降低了燒結(jié)礦的堿度（如圖1所示），目前要求控制在1.80—1.90之間；在3號(hào)高爐生產(chǎn)初期，為了保證高爐較高的綜合入爐品位（>59.00%），要求燒結(jié)礦的品位較高（>57.00%），相應(yīng)地?zé)�結(jié)礦SiO2含量就會(huì)較低（<4.80%），即“高鐵低硅”燒結(jié)，但該燒結(jié)礦的強(qiáng)度等性能和成本性價(jià)比都較差，通過實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)對(duì)比總結(jié)和分析，逐漸提高了燒結(jié)礦的SiO2含量（>5.20%），相應(yīng)地?zé)�結(jié)礦品位就被迫降低了，如圖2所示。通過降低燒結(jié)礦堿度和適當(dāng)提高SiO2含量，不斷探索適應(yīng)特大型高爐要求的燒結(jié)礦，3號(hào)高爐的爐況運(yùn)行狀況逐漸趨于穩(wěn)定。

1.1.3 優(yōu)化高爐工序配礦結(jié)構(gòu)

對(duì)于高爐工序配礦結(jié)構(gòu)，初期主要是采取了降低豫河球團(tuán)礦比例，提高燒結(jié)礦比例的措施，然后是把球團(tuán)礦固定在一個(gè)較低的比例水平上，燒結(jié)礦與塊礦根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在長期的鐵礦石（粉）評(píng)價(jià)過程中，燒結(jié)礦和塊礦的評(píng)價(jià)結(jié)果一直是或多或少地優(yōu)于豫河球團(tuán)礦，所以3號(hào)高爐逐月壓縮球團(tuán)礦比例，從2014年7月開始采取把球團(tuán)礦比例控制在10%左右，而燒結(jié)礦則是逐漸增加到76%左右，充分發(fā)揮了燒結(jié)工序配礦的降本作用。

   對(duì)于某些低價(jià)格低品質(zhì)塊礦，3號(hào)高爐也大膽進(jìn)行了嘗試，采取小比例的使用原則，既不會(huì)影響爐料的整體性能，又可以部分替代主流塊礦[3]。2013年10月份就使用了約1.65%的某國外進(jìn)口經(jīng)濟(jì)塊。

1.2 燃料系統(tǒng)

表3  五煉焦焦炭主要指標(biāo)（2013.4-2015.1均值）   %

五煉焦焦炭的主要指標(biāo)基本穩(wěn)定（均值如表3所示）。水分由于受干熄焦系統(tǒng)影響不太穩(wěn)定；含硫量是逐漸增加的，為了降低焦炭成本，含硫量從初期的0.66%逐漸上升到目前的0.93%。

1.2.1 煤焦結(jié)構(gòu)

除去開爐初期（2013年3月），3號(hào)高爐燃料煤焦結(jié)構(gòu)中，煤粉的比例整體上是降低的，這是因?yàn)殡S著經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線的推進(jìn)，不利于噴煤的因素大大增加了（高爐綜合入爐品位降低和操作難度增加等）。

1.2.2 混煤比例

從整體上看，混煤結(jié)構(gòu)中價(jià)格較低的煙煤比例是逐漸提高的，而相應(yīng)的無煙煤比例是降低的，截止到2015年1月份，煙煤比例已經(jīng)達(dá)到43%，大大降低了噴煤的成本；2014年1月和2月煙煤比例較低是因?yàn)闊熋汗��?yīng)不足所致。

1.3  兩者關(guān)系的協(xié)調(diào)處理

   對(duì)于高爐冶煉而言，行業(yè)內(nèi)主要形成了兩條路線，一條是“較高的配礦成本+較低的燃料成本”，另一條是“較低的配礦成本+較高的燃料成本”。安鋼根據(jù)自己的綜合廠情，追求技術(shù)的可行性與成本的經(jīng)濟(jì)性協(xié)調(diào)一致，逐漸形成安鋼特色的經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線，即接近第二條路線，效益來源于配礦成本的降低額大于燃料成本的升高額。

2 不斷提高高爐操作水平

3號(hào)高爐是安鋼第一座也是目前唯一的一座特大型高爐，所以安鋼特別注重特大型高爐相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和研究，以保證3號(hào)高爐低成本長期穩(wěn)定運(yùn)行。

開爐初期，在相關(guān)專家的幫助下，實(shí)現(xiàn)了順利開爐并快速達(dá)產(chǎn)，并且整體上保持了爐況穩(wěn)定順行，但是3號(hào)高爐的生鐵成本卻大大高于本廠其它兩座2000m3級(jí)高爐。為了降低其生鐵成本，3號(hào)高爐邊進(jìn)行工藝探索邊逐漸放寬了對(duì)原料的“精料”要求，提高高爐操作難度和精細(xì)水平，深入貫徹“平臺(tái)+漏斗”的爐頂布料模式理念[4]，充分消化國內(nèi)外先進(jìn)高爐操作技術(shù)，分析并總結(jié)高爐渣系和爐料冶金性能的相關(guān)規(guī)律，研究和探索出適合安鋼特色的特大型高爐操作技術(shù)，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)如表4所示。

表4  3號(hào)高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和相關(guān)數(shù)據(jù)

隨著五煉焦硫含量的逐漸增加，高爐硫負(fù)荷也在增大并且高爐爐渣脫能力是下降的，導(dǎo)致鐵水質(zhì)量變差，這樣會(huì)增加后續(xù)煉鋼工序的成本負(fù)擔(dān)，這一點(diǎn)是否真正“經(jīng)濟(jì)”還需要對(duì)高爐工序和煉鋼工序統(tǒng)籌進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)來確定。

3 其他管理

3.1 逐漸完善短流程的燒結(jié)礦生產(chǎn)

3號(hào)燒結(jié)機(jī)供料系統(tǒng)由于受原料場(chǎng)場(chǎng)地狹小限制而采用單品種配料模式，即取消原料場(chǎng)二次料場(chǎng)預(yù)配料和混勻工藝，直接在燒結(jié)車間配料室完成整個(gè)配料過程。此種配料模式在國內(nèi)外燒結(jié)廠沒有先例，對(duì)于此種模式對(duì)燒結(jié)配料、燒結(jié)過程和燒結(jié)礦質(zhì)量的影響沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，而特大型高爐又對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量要求較高，所以3號(hào)燒結(jié)機(jī)積極探索單品種配料模式下提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量的方法，逐漸完善短流程的燒結(jié)礦生產(chǎn)，滿足3號(hào)高爐的實(shí)際生產(chǎn)需要。

3.2 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和完善工序銜接

設(shè)備運(yùn)行正常與否是影響高爐系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)的重要因素之一。3號(hào)高爐各系統(tǒng)積極做好設(shè)備維護(hù)和檢查工作，提高設(shè)備系統(tǒng)保障能力，減少非計(jì)劃休風(fēng)或減風(fēng)率；完善設(shè)備點(diǎn)檢制度，主動(dòng)尋找技術(shù)改造點(diǎn)來降低成本，持續(xù)開展以穩(wěn)定運(yùn)行為目標(biāo)的攻關(guān)。

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備計(jì)劃檢修及設(shè)備事故期間工序產(chǎn)品間的有效銜接，生產(chǎn)管理部門動(dòng)態(tài)加強(qiáng)計(jì)劃管理，根據(jù)3號(hào)高爐各系統(tǒng)生產(chǎn)特點(diǎn)，有效組織燒結(jié)礦、焦炭平衡計(jì)劃，合理安排焦炭外購及燒結(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，做好豫河球團(tuán)礦生產(chǎn)計(jì)劃，確保了原燃料保質(zhì)保量地滿足高爐生產(chǎn)。

3.3 樹立“低庫存”戰(zhàn)略

2013年以來，國際鐵礦石市場(chǎng)行情一路下行，普氏鐵礦石指數(shù)持續(xù)下降，普氏指數(shù)（62%）由2013年3月份的139.93美元/t降到2015年1月的67.60美元/t，礦石價(jià)格跌了約一半。面對(duì)復(fù)雜的原料市場(chǎng)，安鋼果斷采取了“低庫存”戰(zhàn)略，降低了大量的原料庫存資金的占用和相關(guān)費(fèi)用，盡可能的規(guī)避了市場(chǎng)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，使得3號(hào)高爐生鐵成本緊貼市場(chǎng)，降低了生產(chǎn)與市場(chǎng)之間的成本信息的滯后性。

3.4 做好高爐長壽管理工作

高質(zhì)量的高爐長壽要求能發(fā)揮一代爐役的高效強(qiáng)化冶煉和良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而不是靠慢風(fēng)或鈦礦護(hù)爐等措施來拖延壽命。3號(hào)高爐在積極推進(jìn)經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線的同時(shí)，嚴(yán)格貫徹高爐長壽方針，穩(wěn)定高爐操作工藝管理，建立了主要有害雜質(zhì)預(yù)警制度，對(duì)高爐的堿（K2O+Na2O）負(fù)荷、鋅（Zn）負(fù)荷和鉛（Pb）負(fù)荷等做了嚴(yán)格限制（如表5所示）。

表5  3號(hào)高爐對(duì)主要有害雜質(zhì)的要求

4 總結(jié)

3號(hào)高爐作為一座特大型高爐，面對(duì)嚴(yán)峻的市場(chǎng)形勢(shì)，主動(dòng)并逐步貫徹低成本經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線，伴隨著不斷提高的高爐操作水平和其他管理水平，生鐵成本不斷降低和效益逐漸增加。面對(duì)國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能過剩和世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢的復(fù)雜局面，3號(hào)高爐應(yīng)該繼續(xù)立足降低生鐵成本，持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研究，做好生產(chǎn)與科研的相互促進(jìn)，力保綜合效益進(jìn)入行業(yè)前列。

（1）低成本經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線的關(guān)鍵：通過燒結(jié)—高爐工序的聯(lián)動(dòng)配礦優(yōu)化來降低原料成本。

（2）不斷提高的高爐操作水平和其他管理水平是低成本經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線是否成功的重要保證。

（3）低成本經(jīng)濟(jì)料高爐冶煉路線的實(shí)施，要以熟練掌握相關(guān)降本技術(shù)和深入進(jìn)行工藝研究作支撐。

參考文獻(xiàn)

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