当代高炉炼铁技术若干问题的认识

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1、当代高炉炼铁技术若干问题的认识张福明（北京首钢国际工程技术有限公司，北京100043）摘 要:进入21世纪以来，高炉炼铁取得了显著的技术进步。面对当今原燃料资源短缺且价 格攀升的现状，应实现钢铁厂结构优化条件下的高炉大型化，通过技术装备水平的提高带动炼铁技术发展。结合资源和能源的支撑条件，进一步提高精料水平，采用合理炉料结构，提高焦炭质量。积极采用燃烧高炉煤气获得高风温技术，推广应用高效长寿顶燃式热风炉及高效格子砖，优化热风炉操作，采用 无过热一低应力”热风管道设计体系， 预防热风炉晶间应 力腐蚀，以实现热风炉高效长寿的目标。关键词：高炉；炼铁；结构优化；精料；高风温19世纪初第一次工业革命以

2、后，高炉炼铁工艺经历近200年的创新发展与不断完善，已成为当今炼铁工艺的主流技术。进入21世纪以来，高炉炼铁工艺再次受到自然资源短缺、 能源供给不足以及环境保护等方面的制约，面临着较大的发展问题。面对当前严峻的形势和挑战，21世纪高炉炼铁如何实现可持续发展，在高效低耗、节能减排、循环经济、低碳冶 金、清洁环保等方面取得显著突破，是当今炼铁工作者普遍关注的热点问题。1高炉大型化与高炉合理容积的确定1. 1国内外高炉大型化的发展现状高炉大型化和长寿化是当今世界高炉炼铁技术的主要发展趋势，高炉大型化的技术优势主要体现在高效集约、节能减排、低耗环保等方面。大型高炉具有劳动生产效率高、能源消 耗低、生产

3、成本低、污染物排放少、环境治理效果好等诸多综合优势，大型高炉更有利于实现高炉低碳冶炼和循环经济，更有利于实现优质铁水生产和高效能源转换。因此，大型高炉可以有效地提高炼铁工业的综合技术装备水平，具有可持续发展的优势和技术装备竞争力， 高炉大型化是实现高炉炼铁高效、优质、低耗、长寿、清洁”的必由之路。随着装备制造、计算机信息化和新材料产业等相关产业的快速发展，世界范围的高炉大型化进程加快。20世纪70年代，以日本为代表的工业发达国家，相继建成了一批容积 5000m3以上的巨型高炉，引领了国际高炉炼铁大型化发展的潮流。由于大型高炉具有单位投资省、 生产效率高和运行成本低等技术经济优势，因此高炉大型化

4、已成为当今国际炼铁技术发展最显著的技术特征。高炉大型化使单座高炉的产量大幅度提高，提高单炉产量则提高了劳动生产率，从而提高了高炉的竞争力。 近20年来，日本运行高炉的数量由1990年的65座减少到28座，高炉数量降低了 56. 9%,高炉平均容积由1558m3提高到4157m3,增长幅度达到166. 8%,平 均单炉产量达到 350万t/a。欧洲运行高炉的数量由1990年的92座减少到2008年的58座，高炉数量降低了 37 %，高炉平均工作容积由1630m3提高到2063m3,增长幅度为26.6 %, 平均单炉产量由104万t/a增加到154万t/a,增长幅度为48% 2。日本和欧洲高炉数量

5、 及高炉平均容积的演变，基本代表了工业发达国家近20年高炉大型化的发展进程和现状。20世纪90年代，中国钢铁工业发展迅猛，钢铁产量持续增长，在高效连铸、高炉喷煤 等关键共性技术取得重大突破的同时，中国钢铁厂整体流程结构优化、高炉大型化的发展进程也随之加快。进入 21世纪以来，中国高炉大型化进程加快，重点钢铁企业的高炉构成发 生了巨大变化。2000年2000m3以上的高炉仅有 18座，至U 2010年2000m3以上的高炉已发 展到109座，其中20003000m3高炉为74座，3000m3以上高炉为35座。宝钢、太钢、 马钢、本钢、鞍钢鲅鱼圈、首钢迁钢等一批新建的4000m3级高炉相继投产，首

6、钢京唐2座5500m3高炉也分别于2009年5月和2010年6月建成投产，沙钢 5800m3高炉于2009年10 月建成投产，这些特大型高炉的建成投产，标志着中国高炉大型化已经步入国际先进行列。1. 2钢铁厂流程结构优化与高炉大型化钢铁厂生产能力的选择要适应社会发展和市场需求，根据区域需求和钢铁市场结构需求，结合企业实际情况，因地制宜、科学决策，合理确定钢铁厂的产品定位和生产规模。应 根据钢铁厂整体流程结构的合理性、高效性、经济性考虑顶层设计，综合考虑轧机组成并评 估钢铁厂合理产能，进而再据此确定与之相对应的高炉产能、数量和容积，同时必须兼顾企 业投资取向和企业发展的远景目标。国内外高炉炼铁技

7、术进步与高炉大型化发展密不可分， 在钢铁厂流程结构优化条件下的高炉大型化，是当代高炉炼铁技术的发展方向。考虑到物质 流、能量流和信息流网络结构的优化，一个钢铁厂配置23座高炉是适宜的选择，应当以钢铁厂整体流程结构优化为前提，科学合理配置高炉，同时不应片面强调高炉越大越好，盲目攀比第一。对于当代钢铁厂，高炉的功能不仅是通过还原反应过程而获得优质的炼钢生铁，而且伴随着大量的能量转换和信息的输入/输出。因此，应当运用冶金流程工程学理论，从更高、更宽的视野进行分析， 也就是从铁素物质流、 能量流和信息流等方面，综合评价钢铁厂的流程结构优化和高炉大型化。高炉大型化是钢铁厂流程结构优化的重要内涵，关系到整

8、个钢铁厂的物质流、能量流和信息流动态运行的优化。在整个钢铁厂生产流程的尺度上，综合考虑钢铁厂物质流、能量流和信息流网络结构优化的高炉大型化，是当代钢铁厂流程结构优化的必然抉择。对于高炉产能、数量以及高炉容积的确定，必须因地制宜，不能千篇一律，应统筹考虑钢铁厂流程结构的合理性和高效性，科学确定钢铁厂的产品定位和生产能力。对于已有的钢铁厂，高炉数量和高炉容积的选择，还要结合具体条件，综合考虑原燃料条件、物流运输、 炼钢、连铸以及轧钢的设备能力和产品结构等各方面因素。笔者认为，推动实施中国高炉大型化，要实现以钢铁厂整体流程结构优化为前提的大型化，既不提倡一个钢铁厂有过多数量的高炉，也不主张高炉越大越

9、好，应当按照钢铁厂流程优化的原则择优确定高炉数量、产能和容积。值得指出的是，高炉产能和容积的确定绝不能不顾钢铁厂流程结构的合理性，而盲目追求所谓的高炉大型化；同时更不能因循守旧、 仅顾当前利益而建造数量过多的小型高炉。总而言之，高炉大型化不是简单的大型化，是钢铁厂功能、结构、效率协同优化条件下的大型化，不能不顾原燃料条件、生产操作和管理水平， 为追求高炉大型化而大型化，实践证实，盲目追求高炉大型化后果适得其反5。2精料技术2. 1资源和能源条件精料是当代高炉生产实现 高效、低耗、优质、长寿”的基础，是高炉炼铁工艺中最重要 的支撑技术，也是实施高炉生产减量化”的重要措施。进入 21世纪以后，中国

10、钢产量的快速增长导致进口矿石量大幅攀升，由2000年的69. 90Mt增长到2010的618 . 64Mt，增长了近8倍；进口铁矿石生产的生铁量由2001年的39%增加到2010年的62%。由此可见，进口铁矿石在中国炼铁工业发展进程中发挥了重要作用。与此同时，中国炼铁工业对进口铁矿石的依赖性日益增加， 在国内优质矿石资源短缺、 进口铁矿石价格攀升的情况下，使炼铁生产成本大幅度提高。尽管中国煤炭资源丰富，但经济可开采储量不足，2003年公布的中国煤炭经济可开采储量为1450亿t,优质炼焦煤资源相对短缺，可开采储量为662亿t,且分布极不平衡。近年来，不少钢铁企业从国外进口优质主焦煤，主焦煤进口比

11、率正在逐年递增。铁矿石和优质炼焦煤资源的短缺，制约了中国钢铁工业的持续发展。进口矿石和主焦煤价格的大幅攀升， 使炼铁制造成本加大，在资源、能源条件制约日益严重的情况下。高炉炼铁应积极应对当前形势，通过实施减量化”精料技术，提高资源与能源的利用效率，降低高炉炼铁过程含铁物质和能量的耗散。2. 2采用合理炉料结构采用合理炉料结构对当代高炉生产作用重大，是保障高炉生产稳定顺行的关键要素。多 年以来，中国高炉炉料结构形成了以高碱度烧结矿为主，适量配加酸性球团和少量块矿的模 式。当前，国际上主要产钢国在注重改善入炉矿石冶金性能的同时，提高综合入炉矿品位和成分稳定性，结合矿石资源条件和造块生产工艺，以实现

12、资源减量化和最佳化利用为目标， 确定经济合理的炉料结构。在优质矿石价格日益攀升的条件下，当前国内外先进高炉炉料结 构的一个显著变化趋向，是降低了烧结矿的使用比率，而不同程度地增加了球团矿和块矿使 用比率。进入21世纪以来，日本和韩国的钢铁厂开始调整高炉炉料结构，将烧结矿比率降 低到66%80%，增加了块矿使用比率。日本为了降低原料成本， 开发并应用了 MEBIOS（嵌 入式铁矿石烧结）等一系列低品质矿石利用技术。近年来，欧洲高炉的炉料结构也发生了显 著变化，1990年烧结矿比率约为 80%，块矿比率低于10%; 2008年，欧洲主要产钢国的高 炉平均炉料结构为烧结矿 66. 2%,球团矿23.

13、 4%,块矿10. 4%,烧结矿比率大幅度下 降，球团矿使用比率显著提高。荷兰艾莫伊登厂6号、7号高炉的炉料结构为烧结矿 44%,球团矿52%,块矿4%;瑞典SSAB公司的高炉采用100%球团矿；2011年末，芬兰罗德洛 基厂2座高炉的炉料结构，由烧结矿70%75%、球团矿25%30%改变为采用100%球团矿；欧洲还有部分高炉的块矿使用量已达到20%左右。表1列出了亚洲部分大型高炉炉料结构，表2为2008年欧洲部分国家高炉炉料结构。毋庸置疑，经济合理的炉料结构是保障当代高炉炼铁技术持续发展的关键要素。在当今条件下，炉料结构的确定要兼顾资源可获取性、技术可行性和经济性，通过择优比较，探索适宜企业

14、条件的炉料结构。值得指出，开发低品质矿的利用技术，并不是简单地降低入炉矿品位，而是采用新技术实现低品质资源的合理利用。另外还应提高球团矿使用比率，球团矿作为优质原料应当进一步扩大使用量。在保障高炉生产稳定顺行的前提下，适度增加块矿比率也可以使炉料成本下降，但这需要统筹考虑块矿比率增加后，对高炉燃料比和辅助原料消耗的影响。企业应建立基于运筹学数学规划的炉料结构优化模型，通过数学模型择优确定合理炉料结构。表】亚洲部仆大型髙炉炉料结构A 炉人炉品毡/嚅堤站矿/%球31矿/压坟矿許钢京唐1号55005.8869.22L29.6酋钳M唐1号550059-39&3-324.410.3眇钢华遵】号58005

15、9.2020-714.2宅钢3号453063.421.616.0生卅4号4747旳165.718.316. Q些樹2罟400D58.467J.821.44.8肖闸迁诩3 V408058.9270, I23 . 26.7鞍钢就贡愿1号5975.714.BIL54-74759.2275.019.06.0本齣新1殆474759.9172.223.54.3FI牛大彷号5775=81-04.01S.0日木君KU号S55558.0080.010.0io, a日車隔山3号5500ID.0 -5.024.0帏阖评茁1号527060.0080.05.015,0聲国光阳2号4350-7S.0022.0韩国比阳4号0.0060.012.08.0軒国光阳5号3950-82.05.017.0