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高爐強(qiáng)化冶煉與能耗關(guān)系淺析
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摘要：分析近幾年杭鋼冶煉強(qiáng)度與消耗之間的關(guān)系，探索合理冶煉強(qiáng)度的范圍，同時初步論證了在不同時期增加效益的不同解決方案。
關(guān)鍵詞：冶煉強(qiáng)度；焦比；經(jīng)濟(jì)性
0 引言
杭鋼高爐近年來強(qiáng)化冶煉技術(shù)進(jìn)步較快，產(chǎn)量提高迅速。企業(yè)任何行為的最終目的都是利潤最大化，現(xiàn)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度分析近年來杭鋼冶煉強(qiáng)度(指綜合冶煉強(qiáng)度，下同)與能耗的關(guān)系及其經(jīng)濟(jì)性。
1 杭鋼強(qiáng)化冶煉的發(fā)展
1998年302m33號高爐由低壓700風(fēng)機(jī)改用高壓900風(fēng)機(jī)，拉開了杭鋼高爐強(qiáng)化冶煉的序幕。2001年1號高爐由1300風(fēng)機(jī)更換為1600風(fēng)機(jī)，加快了杭鋼強(qiáng)化冶煉的步伐。由于良好的整體效益，煉鐵的冶煉強(qiáng)度逐年提高(參見圖1)。2000年杭鋼的冶煉強(qiáng)度為1.662t/m3·d，2004年已達(dá)到1.985t/m3·d，增長了20％。
2 強(qiáng)化冶煉對消耗的影響
通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐，人們總結(jié)出冶煉強(qiáng)度與焦比存在如圖2所示的關(guān)系。在冶煉強(qiáng)度較低時(“0”點(diǎn)之前)，提高冶煉強(qiáng)度，焦比呈下降趨勢；離開“O”點(diǎn)，繼續(xù)提高冶煉強(qiáng)度，焦比將逐步上升。這是由于冶煉強(qiáng)度增大時將出現(xiàn)以下三種情況：
1)冶煉周期縮短，間接還原減少，直接還原比例擴(kuò)大，導(dǎo)致煤氣利用變差，焦比上升：
2)由于煤氣發(fā)生量較大，必須發(fā)展邊緣以穩(wěn)定爐況，難以形成邊緣稍重、中心開放的節(jié)能性氣流分布狀態(tài)，導(dǎo)致焦比上升；
3)如果冶煉強(qiáng)度過大，煤氣發(fā)生量超過了熔融帶或料柱的透氣極限，容易引發(fā)中部“液泛”和上部管道行程，導(dǎo)致塌坐料增多，順行惡化，焦比升高。
3 杭鋼目前冶煉強(qiáng)度所處的范圍
圖3是近4年來杭鋼冶煉強(qiáng)度和焦比的關(guān)系圖。顯然，隨著幾年來冶煉強(qiáng)度的不斷提高，焦比是遞增的。即在杭鋼現(xiàn)有的冶煉條件下，冶煉強(qiáng)度已經(jīng)越過了圖2所示的“O”點(diǎn)，焦比處于上升階段。當(dāng)然，引起焦比上升的因素還有風(fēng)溫水平、入爐品位、煤氣利用率等因素。現(xiàn)將2001～2004年的指標(biāo)列于表1。
表1 2001～2004年主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
|
年份 |
品位/% |
風(fēng)溫/℃ |
煤氣利用率/% |
冶煉強(qiáng)度/(t·m-3·d-1) |
綜合焦比/(kg·t-1) |
生鐵含硅量/% |
|
2001 |
60.08 |
1009 |
41 |
1.675 |
492 |
0.66 |
|
2002 |
60.24 |
1013 |
42 |
1.823 |
502 |
0.69 |
|
2003 |
60.52 |
1058 |
41 |
1.934 |
515 |
0.65 |
|
2004 |
60.94 |
1005 |
41 |
1.985 |
520 |
0.70 |
從表中數(shù)據(jù)可以看出，這幾年入爐品位均小幅度上升，它對焦比的貢獻(xiàn)是抑制其上升，而風(fēng)溫、煤氣利用、生鐵含硅量幾乎保持不變或略有波動。也就是說，上述幾個因素都不是構(gòu)成消耗增長的關(guān)鍵因素。
國內(nèi)入爐品位在60％左右的大型高爐，入爐焦比通常在350kg/t左右，綜合焦比也不足500kg/t，這些廠家的冶煉強(qiáng)度都控制得比較低，大部分在1.2t/(m3·d)左右，利用系數(shù)大多在2.5t/(m3·d)左右。杭鋼焦比快速增長，與冶煉強(qiáng)度高不無關(guān)系。
4 高冶煉強(qiáng)度下的經(jīng)濟(jì)分析
圖2所示的焦比最低點(diǎn)并非一定是最經(jīng)濟(jì)的冶煉強(qiáng)度點(diǎn)。雖然過了焦比最低點(diǎn)將引起焦比上升，燃料成本提高，但由于產(chǎn)量也隨之提高，如果市場的條件比較好，增產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃料成本提高引起的成本增量，此時提高冶煉強(qiáng)度仍然是經(jīng)濟(jì)的，其中的關(guān)系可用圖4來描述，即此時正處于圖4的利潤正增長期。杭鋼近幾年正是抓住市場條件較好這一有利因素，提高冶煉強(qiáng)度，增加產(chǎn)量，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，如果原燃料價格太高，鋼材市場又進(jìn)入低迷階段，再繼續(xù)保持高冶煉強(qiáng)度、高消耗的運(yùn)作方式，將削弱增產(chǎn)帶來的效益，即已經(jīng)進(jìn)入圖4所示的利潤負(fù)增長區(qū)，此時就應(yīng)該及時轉(zhuǎn)變操作思路，把降成本工作放在首位。
4.1 目前冶煉強(qiáng)度所處的范圍
下面通過統(tǒng)計(jì)2005年1～9月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，說明在目前的市場條件下比較合適的冶煉強(qiáng)度范圍。圖5是2005年前8個月綜合焦比、隨冶煉強(qiáng)度變化圖(因3月份2號高爐設(shè)備事故長期休風(fēng)，數(shù)據(jù)不具有代表性，不計(jì)在內(nèi))，從圖中可以看出，隨著冶煉強(qiáng)度的提高，綜合焦比呈上升趨勢。圖中綜合焦比最低點(diǎn)在冶煉強(qiáng)度為1.762t/(m3·d)處(5月份)，相對低的區(qū)域是冶煉強(qiáng)度1.70～1.97t/(m3·d)所對應(yīng)的區(qū)域。
4.2 五月份消耗較低的原因
五月份調(diào)低冶煉強(qiáng)度，各高爐爐況比較穩(wěn)定。圖6是1～9月全廠塌坐料圖，圖中反映出塌、坐料數(shù)在冶煉強(qiáng)度1.97t/(m3·d)以下時比較少，此后隨冶煉強(qiáng)度的升高大幅度攀升，爐況變得極不穩(wěn)定。五月份冶煉強(qiáng)度適宜，各高爐均在此條件下壓制邊緣，開放中心，提高煤氣利用率，同時積極開展降硅工作，消耗下降很快，經(jīng)濟(jì)效益比較好。
利用系數(shù)η、焦比K、冶煉強(qiáng)度I之間的關(guān)系：
η=I/K
可知，提高利用系數(shù)(增產(chǎn))有三種方法：
1)保持焦比不變提高冶煉強(qiáng)度，但這種方式在離開圖2所示的最低點(diǎn)“O”點(diǎn)后難以實(shí)現(xiàn)；
2)提高冶煉強(qiáng)度同時控制焦比小幅度上升，也可以增產(chǎn)，但這種粗放增長的模式在當(dāng)前的市場條件下將獲利微薄，甚至發(fā)生增產(chǎn)帶來的效益難以抵消因消耗上升引發(fā)的成本增長，導(dǎo)致虧本；
3)降低冶煉強(qiáng)度的同時焦比也明顯下降促使利用系數(shù)提高，從而實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益，五月份正是這樣的操作思路。
5 合理冶煉強(qiáng)度的確定
通過上述數(shù)據(jù)的分析可知，無論是從爐況的穩(wěn)定性還是從經(jīng)濟(jì)性的角度看，比較適宜的冶煉強(qiáng)度應(yīng)在1.70～1.97t/(m3·d)之間。在此冶煉強(qiáng)度下，通過縮小風(fēng)口直徑，維持鼓風(fēng)動能在一個合理的范圍內(nèi)，抑制邊緣，開發(fā)中心，緩解目前較大的煤氣發(fā)生量同料柱透氣性之間的矛盾，穩(wěn)定爐況，提高煤氣利用率，降低消耗，促使利潤最大化。
6 結(jié)語
當(dāng)冶煉強(qiáng)度達(dá)到一定程度時，繼續(xù)提高冶煉強(qiáng)度，將引起焦比持續(xù)升高，成本增加。如果市場條件很好，可以適當(dāng)提高冶煉強(qiáng)度，增產(chǎn)增效；如果市場條件不好，應(yīng)該及時調(diào)整操作思路，適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度，控制成本以保持效益。
在特定的冶煉條件下(指裝備條件、原燃料條件、技術(shù)人員素質(zhì)等)，通過尋找合適的冶煉強(qiáng)度來獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益雖然有效，但也很有限。如需進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，只能在不增加運(yùn)行成本的前提下提高產(chǎn)能。對于煉鐵，比較可行的方法就是增加高爐容積，國內(nèi)外大高爐的低運(yùn)行成本及明顯的規(guī)模效應(yīng)已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。
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