许满兴1 张天启2
(1.北京科技大学 2.铜陵市旋力特殊钢有限公司)
摘要:本文介绍了新世纪以来我国铁前生产的年产量和能耗指标、炉料结构、入炉矿品位和渣铁比、还有烧结矿和球团矿主要质量指标的系统数据。对建国以来铁前生产的炉料结构和炉料质量进行了分阶段的特征介绍和评述。对我国新时代的炉料结构和炉料质量提出了高质量发展的目标。本文最后对我国新时代铁前生产的高质量发展提出了有信心的展望。
关键词:炉料结构的未来 烧结矿球团矿高质量发展目标
1.新世纪我国铁前生产发展的数据与变化趋势评述
铁前生产包括高炉炼铁和烧结矿、球团矿生产;新世纪以来我国生铁年产量、烧结矿和球团矿的年产量,高炉炉料结构入炉矿品位、渣铁比、燃料比和烧结矿球团矿的主要质量指标列于表1。由表1可见,我国铁前生产跨入新世纪22年来,生铁年产量与烧结矿、球团矿生产及炉料结构呈现逐年快速发展进步的状态,由于入炉矿品位和渣铁比的变化以及高炉操作的进步,引起入炉焦比、喷煤比和燃料比的变化,还可见烧结矿和球团矿主要质量指标的逐年变化状态,新世纪我国铁前生产发展与变化态势,列于图1~图4。
图1 2000~2022年生铁、烧结矿、球团矿年产量增长态势图
图2 2000~2022年入炉矿品位、渣铁比与燃料比变化态势图
图3 2000~2022年烧结料层厚度与固体燃耗变化态势
图4 2000~2022年球团矿生产膨润土用量与工序能耗变化态势
由图1可见,我国高炉炼铁和烧结球团生产2005~2020年呈高速发展的态势,2020年后生铁和烧结球团产能呈适度调节的态势;由图2可见,新世纪以来,入炉矿品位呈稍下降的趋势。渣铁比呈上升的趋势,燃料比呈两头高中间低的趋势,2009~2011年燃料比最低,2012~2022年的近10年间,燃料比没有下降,一直徘徊在530kg/t到540kg/t的状态,这与近10年入炉矿品位下降,渣铁比升高直接相关。
由图3可见,新世纪以来22年数据呈现烧结生产料层厚度一直在提高,固体燃耗2000年~2012年,随料层厚度提高呈下降趋势;由于碱度进入最佳碱度范围,料层接近700mm,固体燃耗实现了大幅度下降,由53kg/t下降到44.8kg/t,下降了8.2kg/t,2013年以后,当料层厚度达到700mm后,固体燃耗不再下降。
由图4可见,我国球团生产从2000年到2021年,膨润土配比基本呈下降趋势。由2001年的28.78kg/t下降到2021年的17.74kg/t,20年下降了近11kg/t,球团矿生产的工序能耗也逐年呈下降趋势,由2000年的39.55kgce/t下降到2021年的26.06kgce/t,下降了13 kgce/t。
由表1的数据和图1~图4的变化趋势,可直观看到我国铁前生产的高速发展,高炉炼铁随入炉品位的变化,渣铁比呈现的状态和燃料比的变化规律,烧结生产由于料层的自动蓄热效应,固体燃耗呈下降趋势,但当烧结料层厚度提高到700mm以后,由于料层阻力的增加,燃料燃烧的条件没有得到改善,固体然耗反而有所增加。图4直观反映了新世纪以来,我国球团矿生产膨润土耗量和工序能耗呈逐年下降的趋势,以上这些数据和变化趋势说明,数据来源于生产,精准的数据可以指导生产质量的改善和能源消耗的降低。
2. 炉料结构和炉料质量数据是决定铁前生产的关键因素与评述
2.1 建国以来炉料结构发展的三个不同阶段数据与评述
建国70余年来,我国铁前生产发生了翻天覆地的变化,特别是2000年~2013年更是高速发展,年产量每年递增超过3000万吨,由2000年的1.31亿吨增加到2013年的7.089亿吨,这些数据的变化都与炉料结构密切相关。依据高炉冶炼的指标和我国建国以来七十余年的数据特点,可将炉料结构的发展分为三个阶段,三个阶段的具体特征列于表2。
由表2可见,不同阶段炉料结构的高炉冶炼的利用系数和燃料比有着很大的差别,第三阶段的炉料结构对我国钢铁工业的快速发展发挥了重要作用,这一炉料结构它既发挥了高碱度烧结矿的优良冶金性能和质量的优势,同时也发挥了酸性炉料高品位低渣量的优势,极大的满足了我国国民经济高速发展的需求。随着时代的发展和双碳目标的要求,我国现行的高炉炉料结构与国外先进工业发达国家的炉料结构相比,还需要进一步发展和创新。
2.2 我国烧结矿、球团矿生产发展的三个阶段数据与评述
我国烧结矿和球团矿生产的发展与高炉炉料结构的发展的三个阶段是相一致的,建国70余年来烧结矿生产经历了低碱度烧结矿、自熔性烧结矿和高碱度烧结矿三个阶段。球团矿生产建国初期到上世纪80年代发展缓慢,为慢速起步阶段,80年代到上世纪末为起步发展阶段,跨入新世纪以来,我国球团矿生产获得了突飞猛进的发展,进入快速发展阶段。我国烧结矿、球团矿生产发展的三个阶段特征,主要质量指标和能耗指标列于表3和表4。
3. 新时代我国铁前生产高质量发展的未来
2000~2021年我国铁前生产的数据证明,新时代铁前生产高质量发展的未来,炉料结构和炉料质量是决定高炉炼铁主要技术经济指标的关键性因素,这也与低碳炼铁和节能减排紧密相连。
3.1 新时代我国高炉炼铁炉料结构的未来
我国高炉炼铁的燃料比进入新世纪20年来的平均值一直徘徊在530kg/t到540kg/t,宝钢和京唐公司的先进值达到480kg/t的水平,但比起西方一些工业发达国家的水平,还存在较大的差距;瑞典等国的高炉炼铁燃料比10多年前已突破450kg/t的大关。这种差距最主要最关键的问题在于我国的炉料结构以高碱度烧结矿为主,他们的炉料结构则以高品质球团矿为主,这种不同炉料结构的冶炼效果对比列于表5。
由表5可见,我国高炉炼铁要解决近20年来燃料比居高不下俳徊的问题,应对炉料结构进行调整,由以传统的烧结矿为主的炉料结构调整为以高品质球团矿为主的炉料结构;实现以高品质球团矿为主的炉料结构,是新时代铁前高质量低碳绿色发展的一项关键技术。
3.2 新时代我国烧结矿生产高质量发展的未来
炉料质量是决定铁前生产高质量发展的关键所在,鉴于目前烧结矿是我国高炉炼铁的主要炉料,因此生产高质量的烧结矿是铁前生产高质量发展的关键一环。由表1可见,我国烧结生产近20年来料层厚度已由不足500mm提高到近800mm,但固体燃耗自2012年以来一直停留在45kg/t到50kg/t,烧结矿的质量也处于停滞不前的状态,究其原因在于随着料层厚度的进一步提高,料层阻力增大,透气性变差,燃料燃烧的条件没有得到改善,因此改善超高料层的透气性,改变燃料燃烧条件,是降低烧结生产固体燃耗和工序能耗的关键。怎么才能改善超厚料层的透气性和燃料燃烧的条件,实现真正低碳厚料层均质烧结生产呢?梅钢在198m2烧结机的生产实践中,采取二次分加工艺成功将45%~55%的燃料进行分加,取得了降低固体燃耗,提高了烧结矿产,质量的效果[8]。济南银能冶金科技公司在济钢和江苏兴达钢铁公司进行新工艺实践:改变传统的内配碳制粒,采用外配炭新工艺,实现了固体燃耗平均降低10kgce/t,固体燃耗低于35kg/t的佳绩,同时产量提高了5%~7%。内返矿降低了10%~12%,由于低碳厚料层均质烧结的实现,烧结矿的冶金性能也得到了全面改善,900℃还原性提高了4%~6%,RDI-3.15粉化率降低了8%~10%[9],笔者认为这就是未来烧结矿生产高质量发展的。
3.3 新时代我国球团矿生产高质量发展的未来
长期以来我国球团矿的质量大多数处于比较差的水平,其表现为含铁品位低,SiO2含量高,球的粒径大小不匀,球的表面粗糙,这样质量的球团配入高炉炼铁往往会给高炉下部造成难行不顺等影响。品质高的球团矿与烧结矿相比具有多方面的优势,它不仅含铁品位高,SiO2含量低,渣铁比低,高炉炼铁的燃料比低,而且在改善环保,降低排放和净化烟气等方面均具有无可比拟的优势。球团矿生产与烧结生产的优势对比列于表7。
由以上数据对比可见,新时代低碳炼铁节能减排,应大力发展高品质球团矿生产,新时代我国球团矿生产高质量发展的目标列于表8.
4. 对我国新时代铁前生产高质量发展的展望
我国铁前生产由表1可见,近10年高炉炼铁的入炉矿品位低于57.5%,渣铁比高于350kg/t,燃料比在530kg/t与540kg/t间徘徊,烧结矿的含铁品位低于55.5%,在料层厚度平均接近800mm的条件下,固体燃耗处于45kg/t到50kg/t的水平,球团矿的含铁品位低于63.5%,SiO2含量基本高于5.5%,膨润土配比基本高于17kg/t。这些数据不符合新时代高质量发展的要求,表5表6和表7提出了我国新时代铁前生产的高质量发展目标,笔者相信全国炼铁工作者都会按新时代铁前生产高质量发展的目标,推进高炉炼铁和烧结球团生产的高质量发展,我国球团矿生产的质量相对高炉炼铁和烧结生产,距新时代高质量发展的目标差距比较大,但近10年来,我国已有多家企业球团生产的质量已经接近国外的先进水平,其具体数据列于表9。
依据以上这些数据,笔者相信我国广大的炼铁工作者一定会受到启发和鼓舞,以实际行动推进我国铁前生产取得高质量发展。
主要参考文献
[1] 杨天钧 中国炼铁工业70年的发展《2019年全国高炉炼铁学术交流年会论文集》。贵州贵阳。2019.11(1-5).
[2] 姜涛主编 我国铁矿造块的发展《烧结球团生产技术手册》冶金工业出版社2014.6(8-14).
[3] 全国烧结球团信息网 全国钢铁企业烧结球团厂技术经济指标汇编 1997-1998,1996.6.
[4] 张天启. 竖炉球团技能300问[M].北京:冶金工业出版社,2013,附录4.
[5] 秦洪来等 竖炉球团矿层状结构的产生和抑制 《烧结球团》1980年 NO.5(37-42).
[6] 全国烧结球团信息网 全国钢铁企业烧结球团厂技术经济指标汇编 2001.4(82-91).
[7] 许满兴 冯根生等 论我国高炉炉料结构的未来与高品质球团矿生产 《2019年全国烧结球团技术交流年会论文集》 2019。(1-5).
[8] 李和平 梅钢低碳低排放烧结技术与应用 《烧结球团》2022.NO.1(112-118).
[9] 许满兴 代汝昌 超低碳高能效均质烧结新工艺 《2021年全国“碳达峰,碳中和”形势下烧结球团关键技术发展高峰论坛论文集》河北省等八省市金属学会2021。10湖南湘潭(37-39).
[10] 许满兴 绿色发展,高质量发展我国高炉炼铁的必由之路 《2018年全国烧结球团技术交流年会论文集》2018.5. 成都(1-5).
[11] 姜涛 烧结球团环境保护技术《烧结球团生产技术手册》工业出版社 2014.6(713-727).