南京南鋼產業發展有限公司 張春育
摘 要：我國目前正處于發展中階段,對鋼鐵產量有著非常高的需求,這使得我國鋼鐵行業逐漸向好發展,同時必須將鋼鐵生產的產量進行提升。高爐高產低耗技術通過采取相應的技術措施,能夠將鋼鐵產量切實提升,降低鋼鐵生產所需要花費的人工和材料的成本,降低燃料的投入,使得鋼鐵廠人均鋼鐵產量可以提升,更好的實現降低成本,提高生產效率的目的。在我國可持續發展的戰略下,有些型鋼煉鐵廠的高爐工作效率低,存在燒結礦品質低,綜合品味低的問題亟需進行解決。本文將結合高爐高產低耗技術,淺析如何提高型鋼煉鐵廠高爐煉鋼的綜合品味,提高生鐵的產量,降低生產生鐵所需要投入的成本。在目前及未來長時期內高爐—轉爐流程仍是鋼鐵工業生產的主要工藝流程,高爐煉鐵是實現節能減排和可持續發展的關鍵。在目前環保形勢更為嚴峻的條件下,高爐煉鐵面臨巨大挑戰,全球范圍內一些創新煉鐵技術得到實際應用,介紹了國內外高爐煉鐵低碳化和智能化新技術的發展現狀,提出了我國高爐煉鐵節能減排的方向,以期促進我國高爐煉鐵技術的進步。
關鍵詞：高爐生產;高產低耗技術;技術管理;生產管理
我國生鐵主要是通過高爐煉鐵實現的，這是一門傳統的學科，但是當前國內高爐煉鐵水平和發達國家相比還存在著一定的差距，總體技術仍跟不上國際先進水平。鋼鐵生產行業是能耗大戶，占全國能耗總量的約1/6，而煉鐵優勢鋼鐵生產行業消耗能源的大頭，占據鋼鐵企業能源消耗的近6成，并且占煉鐵成本的將近三成。降低煉鐵所消耗的能量，不單是為了提高鋼鐵生產企業的需要，也是為了能夠更好的保護環境，是實現可持續發展戰略的必經之路。南鋼公司為了將企業的發展，將產品結構進行了調整，將落后的煉鐵工藝進行淘汰，改善了生產環境，相應國家可持續發展的戰略，將傳統的300m3 高爐逐步進行淘汰，建設全新的1000m3 高爐，實現煉鋼高爐向著大型化進行轉變，提高煉鋼的設備，改善了南鋼公司煉鐵系統全部是小高爐的現狀，積極使用高爐高產低耗技術，確保新高爐在投入使用之后能夠切實提高生產效率，降低能源消耗。
一、原燃料條件的基本情況概述
高爐煉鐵對原燃料有著較高的要求，煉鐵行業有“七分原料，三分技術”的俗語，正說明了燃料對煉鐵工藝的重要性。想要保證高爐能夠穩定的高產低耗，必須保證原燃料供應的穩定，尤其是對于大高爐來說，對生產原燃料質量提出了提出了更多、更高的要求。
近些年國內煉鐵廠都面臨著降本增效的壓力，由于礦種較多，煉鐵廠不得不面臨著頻繁調整堆料配比的問題，這使得燒結礦經常會存在化學成分不穩定，生鐵品質低，燒結礦中雜質較多、成分不均勻等質量通病。由于原燃料供應的穩定性不足，導致高爐煉鋼產業操作增加了很多困難。
二、采取的主要技術管理措施
（一）加強原燃料管理
1、加強槽上打料管理
在礦石倉進行打料的時候不能出現空倉或者低倉位打料的情況，應該堅持半倉打料，如果遇到特殊情況需要陪加落地料，應該將料打入專用倉內，利用專用倉篩分效果好的優勢，降低入爐的粉末量。如果打料需要摻入大量的落地料，就需要將料打入到中間倉內，防止小顆粒的度料影響邊緣氣流和中心氣流。
球團在爐內滾動會對煤氣流造成影響，為了避免這一現象的發生，通常情況下不得使用球團倉，球團放料之后，要放一到兩個燒結倉，阻止球團向爐中心滾動。為了保證中心氣流能夠穩定，最后一個燒結倉應該穩定保持在20噸以上的配制。應用一些先進的燒結環保技術，主要包括:活性炭煙氣凈化技術：該技術的應用實現了多污染物綜合凈化處理，大大降低燒結外排煙氣中的污染物濃度。其中，脫硫率98%以上，脫硝率 80% 以上 ，脫二英 80% 以上 ，與主機同步率幾乎達到100%。液密封環冷機技術：該技術使用后漏風率由 35%降低至5%以下，基本消除粉塵外逸，從而改善了現場環境。節能環保燒結機技術。該技術的使用實現了料層厚度由600mm 提高到900mm，固體燃料減少3kg標煤，漏風率由35%降低到20%以下，燒結礦成品率提高2%。環冷廢氣綜合治理技術：采用梯級循環利用余熱資源，減少了粉塵的無組織排放。直聯爐罩式余熱利用技術。同時利用高溫燒結礦的輻射熱和零溫降的對流熱進行發電，發電量提高約12.9%。其他技術：如大功率風機變頻運行技術、粉塵氣力輸運技術、高度集中式燃料破碎篩分工藝、燒結生產集中控制、粉塵制粒高效利用技術等。環保技術應用近一年來，設備穩定運行，粉塵污染基本根除，主要廢氣排放指標均遠低于國家標準，環保指標達到國際領先水平。
2、加強入爐焦炭管理
在過去高爐配吃備焦的時候，會經常發生爐況不穩定的情況，導致燃料比提升。造成這種情況的主要原因在于備焦存放的時間過長，使得備焦指標不穩定，還由于備焦不固定倉位，使得布料的時候，備焦總是位于爐邊緣或是中心的位置。為了讓備焦在爐喉內分布的位置情況得到改善，可以采用一些適當的措施，讓質量穩定的備焦分布在爐喉兩側的位置，質量不穩定的備焦在中心位置。
首先可以加強對材料的管理，記錄備焦的使用情況，將備焦熱入場時間、備焦的冷熱強度指標都進行詳細的記錄，通過翻看記錄就可以對備焦使用的具體情況進行了解；其次，可以設置一個備焦的專用倉，改變備焦不固定倉的現狀，防止備焦混入到其他倉內；最后還需要將備焦的使用比例進行確認，如果自產備焦不能滿足生產的時候，需要加入專用倉中的備焦，避免由于焦炭倉位較低而大量增加備焦的情況。在加入備焦的時候，應該根據實際情況將高爐進行負荷降低，使得加焦過程高爐可以穩定的進行過度。
（二）優化高爐的操作制度
1、高爐裝料制度
高爐高產低耗技術應用的過程中，將中心氣流進行疏通是一件非常關鍵的事，應該將傳統的送風制度進行優化，煤氣流在高爐中的初始分布情況適宜。想要保證煤氣流能夠合理的再次分布，其要點在于對裝料制度進行合理的調整。通過長時間的研究，型鋼煉鐵廠針對不同規格的高爐，研制出了適合在低品位高渣比情況之下合理的布料矩陣。布料矩陣采用中間檔，讓礦焦的圈數能夠保持一致，只有礦焦分布能夠更加均勻，料柱的透氣性才能得到有效的保障。此外，應該將礦石角度和焦炭角度之間的關系處理好，讓第五檔的礦石角度略大與焦炭角度，這樣可以讓小粒度的燒結和球團運動受阻，不再向著料柱中心位置滾動，這能保證中心位置氣流可以通常排放，對于爐況的穩定運行來說是有利的。
對于布料操作的制度應該進一步進行完善，采用時間布料法，在β信號開始后進行計時到布料結束位置，布料圈數所使用的時間應該是7.5的整數倍，對于超過或者少于7.5秒的部分不進行記錄。時間布料法是根據爐頂煤氣流溫度曲線以及爐頂紅外成像顯示，對調整料制布料的總時間進行控制，將布料圈數技術進行修改，調整為時間計數的方式，從而降低布料產生的時間誤差，這樣就能夠在布料的過程中對中心焦炭量進行靈活的控制，準確的實現對中心氣流的調整。在崗位工人進行操作的時候，必須根據批重的變化對料流開度進行調整，保證布料時間和控制時間之間的差值不得大于2秒。
2、高爐送風制度
首先應該根據高爐頂壓，建立風量頂壓合理的比例參數模型。正常爐況下，高爐采用的頂壓都是222kPa，頂壓和風量都能適中，可以將爐頂的壓力按照頂壓為 0.036Q 進行設置。在爐頂的壓力升高之后，爐內的煤氣體積就會被壓縮，和外界的壓差降低，這樣能夠有效提高風量，讓煤氣流動的速度降低，使得煤氣可以在爐中保持更長的停留時間，讓煤氣利用效率可以提高，降低燃料比，讓爐況運行更加順利。設置爐頂壓力的時候要注意，壓力不能太高，除了影響設備運行之外，過高的頂壓會讓風壓快速上升，對實際風速和鼓風動能有著不利的影響，讓爐缸內均勻程度遭到破壞。因此在爐況正常的情況下，應該對頂壓進行合理的限制，如果爐頂中心的氣流有所降低，爐缸內部的活躍性下降，應該將爐頂壓力調整到0.035Q，保證缸內鼓風動能，讓中心氣流更加充足，是爐缸可以保持活躍。
三、采取的生產管理措施
（一）爐前管理
合理的進行爐前操作能夠對爐況進行制約，保證高爐能夠穩定的運行。高爐在低品位高渣比的條件下運作時，爐前管理行為非常的重要。爐前采用零間隔的出鐵方式，需要時刻對鐵水的流速進行控制，為高爐穩定的運行創造有利條件。車間根據冶煉強度大小的變化，應該及時的對鉆頭規格進行調整。鐵口應該有專人進行負責，對鐵口做好日常的維護工作，嚴格實行三班倒政策，統一操作方法，嚴格控制鐵口的深度在3800-4000mm之間，確保鐵口具有高合格率。爐前出鐵速度應該進行考核，保證出鐵速度在每分鐘6-8噸之間，防止出現高爐憋渣鐵。
（二）改善爐缸活度操作
進行低硅冶煉的關鍵在于保證爐缸內的狀態能夠穩定，需要保證爐缸的活躍并且熱量必須充分。如果出現了爐缸中活躍度持續較低的情況，可能是由于下部風壓風壓較高產生的。爐缸活躍度可以通過爐缸內溫度控制模型進行反映，根據模型顯示的情況，可以對爐況進行合理的調節，將上下限風量進行合理的控制，對爐溫堿度進行控制之后，就能保證爐缸始終保持活躍的狀態。如果要高爐煉鐵過程中發現爐缸活躍度較差，可以將爐內爐渣的堿度進行適當的調整，降低堿度，使鐵中硫的含量達到二類品的水準，讓鐵水流動性可以得到提升，從而讓爐缸內部的活躍水平得到提升。
（三）數字化篩分管理
高爐篩分效果會通過返礦和入爐粉末進行反應。返礦和入爐粉末應該控制在一個合理的范圍之內，如果返礦較多的時候，應該將入爐粉末數量適當的減少，這樣能夠讓高爐透氣性得到增加，但是也會讓高爐運行的成本上升。如果返礦的數量較低，則說明了入爐的粉末數量增多，高爐內的風壓就會提高，使得高爐透氣性有所下降。根據經驗來看，如果能夠將返礦比控制在每噸 120-130kg，將入爐粉末數量保持在 1% 以下的時候，高爐篩分效果最好。對此，型鋼煉鐵廠可以開發數字化篩分模型，改變原有的按照時間計算振篩方式，而是通過進礦量進行計算，在日常操作中通過不同篩網的通礦量進行合理的搭配使用，使得返礦和入爐粉末的指標都能夠保持穩定。
目前，高爐數學模擬主要基于計算流體力學（CFD）和離散元方法（DEM）。前者主要用于描述連續相行為，而后者主要評價非連續相行為。鑒于離散元方法更合理地描述非連續相行為，再加上近年來計算能力的提升和建模方法的進步，高爐數學模型的最新研究成果大多趨向于兩種建模方法有機融合而形成的CFD－DEM數學模型。在CFD－DEM方法中，采用CFD方法對流體部分進行預測，采用DEM方法對顆粒部分進行求解，將兩者耦合即可解決流—固兩相流動的數值仿真。了解高爐內部現象對實現高爐穩定順行具有重要意義。為實現高爐操作可視化，新日鐵住金鋼鐵公司利用高爐的500個冷卻壁熱電偶和20個爐身壓力傳感器的數據開發了1套可視化評價和數值分析系統VENUS。2004年二維VENUS 被開發出來用于收集數據信息，2007年三維VENUS成功名古屋廠應用，后來在其他廠推廣。三維VENUS系統能夠對高爐爐身壓力波動和料層結構的變化給出空間上和時間上明確而清晰的顯示，有助于指導高爐操作，實現穩定運行和降低燃料比。為實現高爐自動化生產，奧鋼聯工程技術公司（VAI）和奧鋼聯鋼鐵公司林茨廠（VASL）共同開發了 VAiron 高爐專家系統。VAiron 是先進的工藝模型、人工智能、閉環專家系統和增強的軟件應用功能的有機組合，允許操作人員能“觀測到”高爐內部的現象和工藝過程。
（四）高爐休復風控制
高產低耗冶煉技術中，大型高爐休復風的操作對爐缸內部活性的影響非常明顯，在復風之后，如果不能快速的提高爐缸內活性狀況，高爐將不具備低硅冶煉的條件。型鋼煉鐵廠應該對高爐休復風時爐況運行情況進行分析調查和總結，編制出完善的休風標準化流程，通過實行標準化的方案讓高爐可以在長期休風復風之后，可以快速的恢復爐缸的活性，使得高爐高產低耗技術能夠有條件展開。
四、基本應用效果
型鋼煉鐵廠通過開發和使用高爐高產低耗技術，建立了煤氣流控制模型，改善了爐缸內的活性條件，建立了高爐生產的管控模型，使得高爐生產的主要技術和經濟指標都能夠維持在穩定的狀態，使得高爐高產低耗冶煉在生產中成為可能，達到了較好的使用效果，與此同時，通過應用該技術，煉鐵廠還取得了良好的技術經濟指標，經過多年的實踐和探索，高爐的主要經濟指標已經可以達到先進的水平，真正實現了大型高爐的經濟環保高效冶煉。
五、技術創新點研究
南鋼集團第一煉鋼廠在煉鋼生產的過程中采用了先進的技術，使得鼓風漏風率得到了顯著的降低。首先，在熱風主管上加設了波形的伸縮節，通過伸縮節可以將熱膨脹進行收縮，將熱風圍吊管掛繼續擰了改進，新增加了橫向的拉緊拉桿，這種拉桿能夠讓圍管被固定起來，固定后熱風支管就不會出現亂動的情況。在圍繞著熱風支管的結構進行相關改進，可以幫助支管間的波形伸縮節彼此聯系，避免管道和管道之間的漏風情況出現。其次在每座的熱風爐只管兩旁位置，可以安裝相關的波紋補償裝置，這樣就可以減輕拉桿伸長對管道的影響。最后圍繞著分段式短拉桿進行替換，將其更換為一體式長桿，這時候就可以降低支架交點位置在運行過程中產生的振動。通過以上措施，可以實現鼓風漏風率能夠有效的降低。
六、結束語
南鋼集團第一煉鐵廠通過嚴格控制燃料的品質，加強對倉位的管理，將爐礦石的品味和批重之間的關系通過量化的方式表現出來。通過不斷的對高爐高產低耗技術進行研究，攻克產量大關，使得高爐的利用系數有了顯著的提升，通過對原有老舊設備的重建、不斷引入新式高爐，強化對高爐煉鋼過程的控制，采用標準化、模型化的煉鋼流程，將上下部調劑質量進行調整，使得本煉鐵廠在使用高爐高產低耗技術的時候取得了突破，讓本廠在實現高效生產的同時降低了生產成本和對環境的污染，真正實現了煉鐵廠的可持續發展。
參考文獻：
[1] 王云術,安進博.鋼3200m3 高爐高產低耗技術的研究與應用[J].冶金管理,2019（03）:66-67.