明名  张新天  周磊

（江苏永钢集团有限公司）

摘要：2021下半年，国内各大钢铁厂陆续控产，根据不同的控产目标，大多采用减风、减氧等控冶强措施，或检修、焖炉、停炉等减产措施。此次国内B钢控产力度非常大，大部分高炉检修或停炉，仅保留6座高炉低冶强生产，并大幅度减氧、控制冶强，入炉品位下降幅度大，降冶强和品位后，高炉操作随之调整，探索出低Si、低品位、低碳耗和低成本操作模式。

关键词：冶炼强度 燃耗 控产 低硅 低成本炼铁

1  引言

2019年至2022年，在全球持续疫情、局部战争导致经济低迷等各种因素影响下，钢铁行业上游矿、焦等原燃料价格居高不下，下游需求持续萎缩，多重因素严重挤压企业利润空间，导致钢铁企业经营举步维艰。中国钢铁产能由2020年10.64亿吨下降到2021年10.32亿吨，下降0.32亿吨。据中钢协统计，2022年重点统计钢铁企业累计生产钢材8.02亿吨，同比下降0.50%。从当前国内和全球经济环境看，钢铁行业将临产能全球过剩和双碳目标压力，并成为企业新常态，低碳、低成本冶炼是炼铁人必须重点思考和解决的问题。

B钢从2021年下半年开始大幅采取控产措施，在使用极低品位条件下，燃料消耗和吨铁成本大幅下降，其实践经验对我永钢及国内同行均有重大的借鉴意义。

2  B钢铁厂冶炼实践

国内B钢铁厂作为国内知名大型钢铁企业，因其低品位，高产量，低Si冶炼和较低的燃料比和炼铁成本水平在国内一直处于行业前列，B钢属典型的沿海企业，具备港口运输物流条件好，矿石靠近物流中转港，矿、焦物流价格低的区域优势。经过多年发展，到2008年，B钢形成16座500—1000m³高炉，产能超千万的大型长流程钢铁企业。除先期建成的部分单铁口高炉外，后期10余座1000m³以下高炉均为双铁口高炉，有利于生产组织和技经指标提升，这些高炉经过大修，后续基本改造扩容到1000m³左右，公称炉容1080m³。

如下表1所示，2014年到2021年6月份，B钢炼铁高炉入炉品位一般保持在55.5-57.3%，总体与我公司相当或略低。进入2021年7月份，因政策限制导致指令性控产，B钢大多数高炉检修或焖炉，仅保持6座高炉生产，这些高炉在生产实践中摸索出了低Si、低品位、低消耗和低成本的生产模式，在新常态下，对永钢，对国内其他企业实施炼铁低成本冶炼以有益的启发。

表1  B钢近年来主要生产指标

从上表可见，B钢炼铁生产组织有以下几个特点：

（1）炼铁规模持续提升

多年来，B钢在保持高产、高冶强生产的同时，坚持低Si冶炼，低Si有利于高炉和炼钢降低燃耗和物料消耗，提高炼钢生产效率，有利于铁-钢系统整体增效；

（2）高产高冶炼强度

近年来，B钢炼铁在14-16座高炉生产的情况下，炼铁产能持续提升。从2020年到今年上半年，B钢14座高炉生产，产量达到或超过以往16座高炉的产量，利用系数持续提升；从2016年到2021年6月份以前，B钢为提高产量，高炉利用系数提高到3.767-4.424t/(m³·d)，冶强也提升到1.92-2.35t/(m³·d)，利用系数和平均日产量保持较高水平；

（3）坚持低[Si]冶炼

B钢铁水平均硅均0.30-0.35%，个别月份低于0.30%，并呈逐年下降的趋势；2020年到2021年6月份以前，B钢通过提高高炉富氧，冶强、产量和利用系数得到大幅提升。

（4）低品位冶炼

B钢炉料入炉品位总体较低，也会根据市场行情，以高品位提高铁水产量；

（5）大富氧提产量

提升富氧，强化冶炼是B钢产能提升的主要原因：2015年到2020年，B钢炼铁富氧量和富氧率由不足5.0%提升到超过10.0%，高炉产量大幅提升；

（6）控冶强降燃耗

从2021年7月份开始，由于政府强力控产措施的实施，B钢开始停炉控产，仅保留9#、10#、11#、12#、13#、14#6座1000m3级高炉生产，炉容1100m3左右，生产的高炉也大幅降低了富氧量，生产的6座高炉通过大幅降低品位和冶炼强度，实现了大幅降低燃料比和极低[Si]冶炼。

3  B钢炼铁控产前后技经指标变化情况

3.1  控产前后高炉操作和指标变化

表2  B钢目前生产的6座高炉与去年同期指标对比

3.2  B钢控产操作特点

（1）控产措施：此次B钢控产，为降低铁水产量，B钢炼铁除采取停炉措施以外，现有的生产高炉还采取了降品位、降富氧、降低风量风压等措施，铁水产量大幅下降；

（2）煤比下降：控产后，因高炉减氧，风口前理论燃烧温度下降，因此，高炉煤比也下降22kg/t，下降幅度12.1%；

（3）燃料比下降：B钢控产，在品位和冶强大幅下降的同时，其燃料比也有所下降，较去年同期，其燃料比下降8.0kg/t，下降幅度1.53%；

（4）镁铝比提高：B钢以低品位、低Si冶炼炉和高镁铝比，获得较好的经济效益。2013年，B钢炉渣镁铝比一度高达0.75-0.80，近年来，B钢炉渣镁铝比有所下降，但依然保持在0.65-0.70。此次控产，B钢高炉炼铁在入炉品位下降的同时，镁铝比提高到0.70-0.75。

（5）铁水Si含量降低：此次控产，B钢铁水物理热由去年同期1491℃下降到1480℃，物理温度下降11℃，但铁水[Si]含量由去年同期0.323%下降到0.259%，[Si]含量下降，有利于降低高炉燃料比，并降低炼钢渣量和热量消耗，提高炼钢效率。

（6）冶强降低，煤气利用率提升：此次控产，冶炼强度由去年同期2.29 t/(m³·d)下降到今年8月份1.14 t/(m³·d)后，高炉煤气利用率由去年同期44.33%提高到45.95%，煤气利用率上升1.62%，按照提高煤气利用率1.0%降低燃料比5.0kg/t铁算，因煤气利用率提升导致其燃料比理论下降8.1kg/t铁。

（7）下部送风制度变化：B钢此次控产，除富氧量大幅度降低外，高炉风量较也有所降低，为保证下部有足够的鼓风动能，B钢采取了缩小风口面积的操作，以保持炉缸活跃性，如表3～4所示。

表3  2021年8月B钢生产高炉送风参数

表4  2020年8月B钢生产高炉送风参数

与同期比较，此次B钢高炉控产，入炉风量平均减少19.11%，所有高炉均采取了缩小风口面积的措施，这6座高炉缩小风口面积1%-3.6%，标准风速和鼓风动能反而高于去年同期，足够的风速和鼓风动能保证了炉缸的活跃性。

（8）上部装料制度变化：B钢大幅度降冶强后，富氧量大幅减少，因此，吨铁煤气发生量增加，顶温明显上升。各高炉普遍采用了拓展矿焦平台、提高矿石角度的措施，抑制边缘气流，提高煤气利用率，如表5所示。

表5  B钢控产高炉装料制度

（9）上部调整特点：a.高炉全部走正角差，即矿石角度大于焦炭，正角差1°-3°；b.拓宽布料平台，矿石档位拓宽到8°-10.5°的5个或6个环位，焦炭档位拓宽到10°-12°的6个或7个环位；c.矿石大角度，以充分抑制边缘气流，提升煤气利用率；d.焦炭小角度最小26°，减少中心焦量，煤气利用率更好。

4  燃料比下降原因

表6  不同阶段B钢控产前后主要技经指标对比

由表6可见，B钢控产是全方位的，降冶强是高炉控产的主要措施，也是其品位下降而燃料比也下降的根本原因。

（1）品位上升影响燃料比：以B钢今年8月份B钢指标和去年同期对标，此次B钢品位下降3.25%，燃料比理论上升：3.25%×1.5×524=25.55kg

（2）炉温下降影响燃料比：B钢炉温下降0.06%，燃料比理论下降：0.06÷0.1×4.5=2.7kg

（3）冶强下降影响燃料比：2020年8月份，B钢高炉吨铁风量928m³/t，吨铁富氧87m³/t。因为控产，大幅度控氧，富氧降低到40m³/t，吨铁风量增加到1082m³/t，经计算，综合冶炼强度由2.29t/(m³·d)下降到1.14 t/(m³·d)，下降幅度50.22%。

（4）燃料比与冶强的关系：根据国内外高炉炼铁生产经验，高炉冶炼强度（焦炭冶强）有一个合理的区间，即著名的“U”形曲线或称“锅底曲线”，即，当高炉冶炼强度在1.05～1.20 t/(m³·d)，高炉燃料比较低，冶强过低或过高都会导致燃料比升高。越过合理焦炭冶炼强度区间，燃料比会大幅上升。

图1  冶强与燃料比变化关系（“锅底”形曲线）

由图1可知：

a.    冶炼强度在0.90-1.30t/(m3·d)之间，燃料比处于最低，即锅底处；

b.    超过“锅底”后，随着冶强的上升，燃料比大幅上升；反之，冶强向“锅底”处下降，燃料比大幅下降；因此，冶强不能无限提升；

c.    B钢历年冶强均较高，一般为2.0 t/(m3·d)以上，早已超过最低燃料比区域，因此，B钢高冶强为其贡献了高产量，但其燃料比较高；

d.   此次B钢控产，冶炼强度由2.29降低1.14 t/(m3·d)，冶炼强度重回“锅底”处，导致燃料比大幅度下降，抵消了品位下降带来的燃料比上升因素，最终燃料比低于控产前高品位条件下的燃料比，这是此次B钢控产下，B钢降低品位，燃料比也下降的最根本因素。

5  永钢炼铁降本方向

近年来，在产量效益驱动下，国内各炼铁厂普遍采用提冶强达到提产量目的，多座1000m³级高炉系数突破4.0t/(m³·d)，日产超过4100t/d。B钢2018年至今年上半年，利用系数4.1-4.4 t/(m³·d)，这些高产高炉成为我们对标学习的目标单位。

永钢炼铁厂一般8—10座高炉生产，产量保持在日产25000t左右。永钢炼铁高炉提产的主要手段和B钢、河北等国内指标先进企业技术路线基本相同，即，提高富氧和冶炼强度，所以近年永钢所有高炉冶炼强度普遍在1.75~1.85t/(m³·d)，甚至更高，超出经济冶强50%以上，导致炉内煤气流速过快、煤气在炉内停留时间短、煤气利用率下降，高炉燃比上升。

表7  国内1000m³级高炉2014年上半年主要指标对比

随着冶强上升，产量提升的同时，燃料比也大幅上升。从表7也可以看到，冶炼强度与永钢高炉相近的高炉，其燃料比均比较高，冶强在1.20t/(m3·d)左右的高炉，燃料比较低。

根据永钢和国内多家炼铁成本构成，焦炭矿石是炼铁生产必须的原燃料，矿、焦两种主要原燃料成本在成本中占比一般为90%左右，其余为风、水、电、气消耗成本，以及人工工资和固定资产分摊。而矿石、焦炭在总成本的90%中，根据各企业原燃料条件和操作水平，焦炭和矿石成本一般各占45%左右，互有增减。因此，在产能需求不足条件下，炼铁高炉大幅度降低入炉品位，通过降低冶强提高煤气利用率，降低燃料消耗，由于矿石价格降低和燃料消耗下降，也能在一定程度上降低铁水生产成本。

表8  永钢9#高炉2021年1-8月份主要指标

永钢9#1080m³高炉于2011年8月18日开炉后保持高冶强生产状态，其冶炼强度大多保持在1.75t/(m3·d)以上，2021年7月份出现炉缸温度超标后，采取降冶强护炉措施，虽然8月份入炉品位有所降低，但燃料比依然较之前还有降低，其铁水成本较也其他高炉更低。

6  结论

（1）高炉碳素消耗与焦炭质量、入炉品位、铁水Si含量、冶强等多种因素相关，在原燃料（焦炭、煤粉）质量不变的情况下，影响燃料比的重要因素是冶炼强度。因此，降燃耗可采取以下几方面措施：

（2）在产量压力不是太大或市场需要控制产量时，高炉可以以1.05-1.30t/(m³·d)为目标降低冶强，降低煤气流速，提高煤气在炉内的滞留时间，压缩高温区，提高间接还原度，扩大块状带区域，提高煤气利用率，将燃料比做到该原燃料条件下最低；

（3）控冶强必须和高炉上、下部制度、热制度及造渣制度综合配套使用，才能实现低成本冶炼目标。其主要调整手段有以下几方面：

a.矿、焦走同角或正角差，拉开矿石焦炭角差1°-3°，抑制边缘气流，提升煤气利用率；在保证炉况顺行的前提下，上部装料制度可以采取进一步抑制边缘气流，降低矿焦角差，减少中心焦炭，以获取更高的煤气利用率，降低燃料消耗

b.下部送风制度调整：冶强降低，下部调整应逐步缩小风口面积，保证风速和动能充足和炉缸活跃；

c.热制度调整：降冶强后，煤气利用提升，渣铁温度明显上升，在保证渣铁流动性和炉缸活跃前提下，实现[Si]≤0.30%的低硅目标；

d.造渣制度调整：降冶强后，可通过降低品位以降低用矿成本。由于煤气利用率提升，铁水物理热充沛，为配合低[Si]冶炼，炉渣R2碱度可适当提高0.02-0.03，提高镁铝比，保证炉渣流动性和炉缸活跃。