南京南钢产业发展有限公司 张春育
摘 要：我国目前正处于发展中阶段,对钢铁产量有着非常高的需求,这使得我国钢铁行业逐渐向好发展,同时必须将钢铁生产的产量进行提升。高炉高产低耗技术通过采取相应的技术措施,能够将钢铁产量切实提升,降低钢铁生产所需要花费的人工和材料的成本,降低燃料的投入,使得钢铁厂人均钢铁产量可以提升,更好的实现降低成本,提高生产效率的目的。在我国可持续发展的战略下,有些型钢炼铁厂的高炉工作效率低,存在烧结矿品质低,综合品味低的问题亟需进行解决。本文将结合高炉高产低耗技术,浅析如何提高型钢炼铁厂高炉炼钢的综合品味,提高生铁的产量,降低生产生铁所需要投入的成本。在目前及未来长时期内高炉—转炉流程仍是钢铁工业生产的主要工艺流程,高炉炼铁是实现节能减排和可持续发展的关键。在目前环保形势更为严峻的条件下,高炉炼铁面临巨大挑战,全球范围内一些创新炼铁技术得到实际应用,介绍了国内外高炉炼铁低碳化和智能化新技术的发展现状,提出了我国高炉炼铁节能减排的方向,以期促进我国高炉炼铁技术的进步。
关键词：高炉生产;高产低耗技术;技术管理;生产管理
我国生铁主要是通过高炉炼铁实现的，这是一门传统的学科，但是当前国内高炉炼铁水平和发达国家相比还存在着一定的差距，总体技术仍跟不上国际先进水平。钢铁生产行业是能耗大户，占全国能耗总量的约1/6，而炼铁优势钢铁生产行业消耗能源的大头，占据钢铁企业能源消耗的近6成，并且占炼铁成本的将近三成。降低炼铁所消耗的能量，不单是为了提高钢铁生产企业的需要，也是为了能够更好的保护环境，是实现可持续发展战略的必经之路。南钢公司为了将企业的发展，将产品结构进行了调整，将落后的炼铁工艺进行淘汰，改善了生产环境，相应国家可持续发展的战略，将传统的300m3 高炉逐步进行淘汰，建设全新的1000m3 高炉，实现炼钢高炉向着大型化进行转变，提高炼钢的设备，改善了南钢公司炼铁系统全部是小高炉的现状，积极使用高炉高产低耗技术，确保新高炉在投入使用之后能够切实提高生产效率，降低能源消耗。
一、原燃料条件的基本情况概述
高炉炼铁对原燃料有着较高的要求，炼铁行业有“七分原料，三分技术”的俗语，正说明了燃料对炼铁工艺的重要性。想要保证高炉能够稳定的高产低耗，必须保证原燃料供应的稳定，尤其是对于大高炉来说，对生产原燃料质量提出了提出了更多、更高的要求。
近些年国内炼铁厂都面临着降本增效的压力，由于矿种较多，炼铁厂不得不面临着频繁调整堆料配比的问题，这使得烧结矿经常会存在化学成分不稳定，生铁品质低，烧结矿中杂质较多、成分不均匀等质量通病。由于原燃料供应的稳定性不足，导致高炉炼钢产业操作增加了很多困难。
二、采取的主要技术管理措施
（一）加强原燃料管理
1、加强槽上打料管理
在矿石仓进行打料的时候不能出现空仓或者低仓位打料的情况，应该坚持半仓打料，如果遇到特殊情况需要陪加落地料，应该将料打入专用仓内，利用专用仓筛分效果好的优势，降低入炉的粉末量。如果打料需要掺入大量的落地料，就需要将料打入到中间仓内，防止小颗粒的度料影响边缘气流和中心气流。
球团在炉内滚动会对煤气流造成影响，为了避免这一现象的发生，通常情况下不得使用球团仓，球团放料之后，要放一到两个烧结仓，阻止球团向炉中心滚动。为了保证中心气流能够稳定，最后一个烧结仓应该稳定保持在20吨以上的配制。应用一些先进的烧结环保技术，主要包括:活性炭烟气净化技术：该技术的应用实现了多污染物综合净化处理，大大降低烧结外排烟气中的污染物浓度。其中，脱硫率98%以上，脱硝率 80% 以上 ，脱二英 80% 以上 ，与主机同步率几乎达到100%。液密封环冷机技术：该技术使用后漏风率由 35%降低至5%以下，基本消除粉尘外逸，从而改善了现场环境。节能环保烧结机技术。该技术的使用实现了料层厚度由600mm 提高到900mm，固体燃料减少3kg标煤，漏风率由35%降低到20%以下，烧结矿成品率提高2%。环冷废气综合治理技术：采用梯级循环利用余热资源，减少了粉尘的无组织排放。直联炉罩式余热利用技术。同时利用高温烧结矿的辐射热和零温降的对流热进行发电，发电量提高约12.9%。其他技术：如大功率风机变频运行技术、粉尘气力输运技术、高度集中式燃料破碎筛分工艺、烧结生产集中控制、粉尘制粒高效利用技术等。环保技术应用近一年来，设备稳定运行，粉尘污染基本根除，主要废气排放指标均远低于国家标准，环保指标达到国际领先水平。
2、加强入炉焦炭管理
在过去高炉配吃备焦的时候，会经常发生炉况不稳定的情况，导致燃料比提升。造成这种情况的主要原因在于备焦存放的时间过长，使得备焦指标不稳定，还由于备焦不固定仓位，使得布料的时候，备焦总是位于炉边缘或是中心的位置。为了让备焦在炉喉内分布的位置情况得到改善，可以采用一些适当的措施，让质量稳定的备焦分布在炉喉两侧的位置，质量不稳定的备焦在中心位置。
首先可以加强对材料的管理，记录备焦的使用情况，将备焦热入场时间、备焦的冷热强度指标都进行详细的记录，通过翻看记录就可以对备焦使用的具体情况进行了解；其次，可以设置一个备焦的专用仓，改变备焦不固定仓的现状，防止备焦混入到其他仓内；最后还需要将备焦的使用比例进行确认，如果自产备焦不能满足生产的时候，需要加入专用仓中的备焦，避免由于焦炭仓位较低而大量增加备焦的情况。在加入备焦的时候，应该根据实际情况将高炉进行负荷降低，使得加焦过程高炉可以稳定的进行过度。
（二）优化高炉的操作制度
1、高炉装料制度
高炉高产低耗技术应用的过程中，将中心气流进行疏通是一件非常关键的事，应该将传统的送风制度进行优化，煤气流在高炉中的初始分布情况适宜。想要保证煤气流能够合理的再次分布，其要点在于对装料制度进行合理的调整。通过长时间的研究，型钢炼铁厂针对不同规格的高炉，研制出了适合在低品位高渣比情况之下合理的布料矩阵。布料矩阵采用中间档，让矿焦的圈数能够保持一致，只有矿焦分布能够更加均匀，料柱的透气性才能得到有效的保障。此外，应该将矿石角度和焦炭角度之间的关系处理好，让第五档的矿石角度略大与焦炭角度，这样可以让小粒度的烧结和球团运动受阻，不再向着料柱中心位置滚动，这能保证中心位置气流可以通常排放，对于炉况的稳定运行来说是有利的。
对于布料操作的制度应该进一步进行完善，采用时间布料法，在β信号开始后进行计时到布料结束位置，布料圈数所使用的时间应该是7.5的整数倍，对于超过或者少于7.5秒的部分不进行记录。时间布料法是根据炉顶煤气流温度曲线以及炉顶红外成像显示，对调整料制布料的总时间进行控制，将布料圈数技术进行修改，调整为时间计数的方式，从而降低布料产生的时间误差，这样就能够在布料的过程中对中心焦炭量进行灵活的控制，准确的实现对中心气流的调整。在岗位工人进行操作的时候，必须根据批重的变化对料流开度进行调整，保证布料时间和控制时间之间的差值不得大于2秒。
2、高炉送风制度
首先应该根据高炉顶压，建立风量顶压合理的比例参数模型。正常炉况下，高炉采用的顶压都是222kPa，顶压和风量都能适中，可以将炉顶的压力按照顶压为 0.036Q 进行设置。在炉顶的压力升高之后，炉内的煤气体积就会被压缩，和外界的压差降低，这样能够有效提高风量，让煤气流动的速度降低，使得煤气可以在炉中保持更长的停留时间，让煤气利用效率可以提高，降低燃料比，让炉况运行更加顺利。设置炉顶压力的时候要注意，压力不能太高，除了影响设备运行之外，过高的顶压会让风压快速上升，对实际风速和鼓风动能有着不利的影响，让炉缸内均匀程度遭到破坏。因此在炉况正常的情况下，应该对顶压进行合理的限制，如果炉顶中心的气流有所降低，炉缸内部的活跃性下降，应该将炉顶压力调整到0.035Q，保证缸内鼓风动能，让中心气流更加充足，是炉缸可以保持活跃。
三、采取的生产管理措施
（一）炉前管理
合理的进行炉前操作能够对炉况进行制约，保证高炉能够稳定的运行。高炉在低品位高渣比的条件下运作时，炉前管理行为非常的重要。炉前采用零间隔的出铁方式，需要时刻对铁水的流速进行控制，为高炉稳定的运行创造有利条件。车间根据冶炼强度大小的变化，应该及时的对钻头规格进行调整。铁口应该有专人进行负责，对铁口做好日常的维护工作，严格实行三班倒政策，统一操作方法，严格控制铁口的深度在3800-4000mm之间，确保铁口具有高合格率。炉前出铁速度应该进行考核，保证出铁速度在每分钟6-8吨之间，防止出现高炉憋渣铁。
（二）改善炉缸活度操作
进行低硅冶炼的关键在于保证炉缸内的状态能够稳定，需要保证炉缸的活跃并且热量必须充分。如果出现了炉缸中活跃度持续较低的情况，可能是由于下部风压风压较高产生的。炉缸活跃度可以通过炉缸内温度控制模型进行反映，根据模型显示的情况，可以对炉况进行合理的调节，将上下限风量进行合理的控制，对炉温碱度进行控制之后，就能保证炉缸始终保持活跃的状态。如果要高炉炼铁过程中发现炉缸活跃度较差，可以将炉内炉渣的碱度进行适当的调整，降低碱度，使铁中硫的含量达到二类品的水准，让铁水流动性可以得到提升，从而让炉缸内部的活跃水平得到提升。
（三）数字化筛分管理
高炉筛分效果会通过返矿和入炉粉末进行反应。返矿和入炉粉末应该控制在一个合理的范围之内，如果返矿较多的时候，应该将入炉粉末数量适当的减少，这样能够让高炉透气性得到增加，但是也会让高炉运行的成本上升。如果返矿的数量较低，则说明了入炉的粉末数量增多，高炉内的风压就会提高，使得高炉透气性有所下降。根据经验来看，如果能够将返矿比控制在每吨 120-130kg，将入炉粉末数量保持在 1% 以下的时候，高炉筛分效果最好。对此，型钢炼铁厂可以开发数字化筛分模型，改变原有的按照时间计算振筛方式，而是通过进矿量进行计算，在日常操作中通过不同筛网的通矿量进行合理的搭配使用，使得返矿和入炉粉末的指标都能够保持稳定。
目前，高炉数学模拟主要基于计算流体力学（CFD）和离散元方法（DEM）。前者主要用于描述连续相行为，而后者主要评价非连续相行为。鉴于离散元方法更合理地描述非连续相行为，再加上近年来计算能力的提升和建模方法的进步，高炉数学模型的最新研究成果大多趋向于两种建模方法有机融合而形成的CFD－DEM数学模型。在CFD－DEM方法中，采用CFD方法对流体部分进行预测，采用DEM方法对颗粒部分进行求解，将两者耦合即可解决流—固两相流动的数值仿真。了解高炉内部现象对实现高炉稳定顺行具有重要意义。为实现高炉操作可视化，新日铁住金钢铁公司利用高炉的500个冷却壁热电偶和20个炉身压力传感器的数据开发了1套可视化评价和数值分析系统VENUS。2004年二维VENUS 被开发出来用于收集数据信息，2007年三维VENUS成功名古屋厂应用，后来在其他厂推广。三维VENUS系统能够对高炉炉身压力波动和料层结构的变化给出空间上和时间上明确而清晰的显示，有助于指导高炉操作，实现稳定运行和降低燃料比。为实现高炉自动化生产，奥钢联工程技术公司（VAI）和奥钢联钢铁公司林茨厂（VASL）共同开发了 VAiron 高炉专家系统。VAiron 是先进的工艺模型、人工智能、闭环专家系统和增强的软件应用功能的有机组合，允许操作人员能“观测到”高炉内部的现象和工艺过程。
（四）高炉休复风控制
高产低耗冶炼技术中，大型高炉休复风的操作对炉缸内部活性的影响非常明显，在复风之后，如果不能快速的提高炉缸内活性状况，高炉将不具备低硅冶炼的条件。型钢炼铁厂应该对高炉休复风时炉况运行情况进行分析调查和总结，编制出完善的休风标准化流程，通过实行标准化的方案让高炉可以在长期休风复风之后，可以快速的恢复炉缸的活性，使得高炉高产低耗技术能够有条件展开。
四、基本应用效果
型钢炼铁厂通过开发和使用高炉高产低耗技术，建立了煤气流控制模型，改善了炉缸内的活性条件，建立了高炉生产的管控模型，使得高炉生产的主要技术和经济指标都能够维持在稳定的状态，使得高炉高产低耗冶炼在生产中成为可能，达到了较好的使用效果，与此同时，通过应用该技术，炼铁厂还取得了良好的技术经济指标，经过多年的实践和探索，高炉的主要经济指标已经可以达到先进的水平，真正实现了大型高炉的经济环保高效冶炼。
五、技术创新点研究
南钢集团第一炼钢厂在炼钢生产的过程中采用了先进的技术，使得鼓风漏风率得到了显著的降低。首先，在热风主管上加设了波形的伸缩节，通过伸缩节可以将热膨胀进行收缩，将热风围吊管挂继续拧了改进，新增加了横向的拉紧拉杆，这种拉杆能够让围管被固定起来，固定后热风支管就不会出现乱动的情况。在围绕着热风支管的结构进行相关改进，可以帮助支管间的波形伸缩节彼此联系，避免管道和管道之间的漏风情况出现。其次在每座的热风炉只管两旁位置，可以安装相关的波纹补偿装置，这样就可以减轻拉杆伸长对管道的影响。最后围绕着分段式短拉杆进行替换，将其更换为一体式长杆，这时候就可以降低支架交点位置在运行过程中产生的振动。通过以上措施，可以实现鼓风漏风率能够有效的降低。
六、结束语
南钢集团第一炼铁厂通过严格控制燃料的品质，加强对仓位的管理，将炉矿石的品味和批重之间的关系通过量化的方式表现出来。通过不断的对高炉高产低耗技术进行研究，攻克产量大关，使得高炉的利用系数有了显著的提升，通过对原有老旧设备的重建、不断引入新式高炉，强化对高炉炼钢过程的控制，采用标准化、模型化的炼钢流程，将上下部调剂质量进行调整，使得本炼铁厂在使用高炉高产低耗技术的时候取得了突破，让本厂在实现高效生产的同时降低了生产成本和对环境的污染，真正实现了炼铁厂的可持续发展。
参考文献：
[1] 王云术,安进博.钢3200m3 高炉高产低耗技术的研究与应用[J].冶金管理,2019（03）:66-67.