燃料比

鋼鐵工業節能減排的工作重點是在鍊鐵系統。因為鍊鐵系統的能耗佔鋼鐵聯合企業總能耗的70%左右。節能減排的工作思路是首先要抓好減量化用能,體現出節能要從源頭抓起其次是要提高能源利用效率第三是提高二次能源回收利用水平。降低高爐鍊鐵燃料比就是體現出企業節能工作是要從源頭抓起,對企業的節能工作是有着重大意義 ^[1]  。

鍊鐵學理論上是高爐利用係數二冶煉強度令燃料比。也就是説,提高利用係數有兩個辦法。一個是提高冶煉強度,另一個是降低燃料比。我國中小高爐實現高利用係數主要是採用提高冶煉強度的辦法。

採用配備大風機,大風量操作高爐, 進行高冶煉強度生產,來實現高利用係數。這種做法就帶來高爐的能耗高, 不符合鋼鐵工業要節能降耗的工作思路,應當予以糾正。目前大型高爐噸鐵所消耗的風量在1200m³以下, 寶鋼為950m³左右。而一些小高爐的噸鐵風耗是在1400m³左右, 甚至有大於1500m³的現象。燃燒標準煤要2.5m³的風, 鼓風機產生1m³風要消耗0.85kg標準煤。大風量, 高冶煉強度操作的高爐, 燃料比就要升高。所以説小高爐的燃料比要比大高爐高30-50kg/t。

鋼鐵工業要實現“ 十一五” 期間GDP能耗要降低20%,主要工作方向就是要在降低燃料比下功夫，因為高爐鍊鐵工序的育蹄腰佔聯合企業總育流的50%左右。

國際先進水平的鍊鐵燃料比是在500kg/t以下, 領先水平是在450kg/t左右。2007年我國重點鋼鐵企業高爐爐鍊鐵的燃料比為529kg/t,首鋼為464kg/t,寶鋼為484kg/t,太鋼為491kg/t,武鋼為488 kg/t,鞍鋼為500kg/t,最高的企業達到673kg/t。這説明,我國已掌握了先進的高爐鍊鐵技術, 但是鍊鐵企業發展不平衡, 尚有較大的節能潛力。

高爐鍊鐵的燃料比是入爐焦比+噴煤比+小塊焦比。噴煤比是不計算量換比。這樣企業之間進行對比才合理科學。但是, 個別企業沒有計入小塊焦用量, 失去了企業的能源平衡。

1.貫徹精料方針, 努力實現原燃料質量的穩定

鍊鐵精料水平對高爐鍊鐵技術經濟指標的影響率在70%。所以説高爐鍊鐵要以精料為基礎。鍊鐵精料的主要內容是:“ 高”--入爐礦含鐵品位要高, 原燃料轉鼓強度要高, 燒結礦鹼度要高。高品位是精料技術的核心, 入爐品位提高1%, 燃料比下降1.5%,生鐵產量升高2.5%。但是目前全世界鐵礦石品位在下降, 價位不斷攀升。所以鍊鐵不能完全追求高品位。當前我國鍊鐵生產存在的最大問題還是原燃質量不穩定。精料技術要求原燃料質量要“ 穩” 。入爐礦含鐵品位波動從±1.0%降到±0.5%, 鍊鐵焦比下降1.0%，鹼度波動由±0.1降到0.05, 鍊鐵焦比會下降1.3%。

當前, 焦炭質量變化時高爐鍊鐵生產的影響突出顯現, 特別是一些高噴煤比的高爐反映非常突出。大高爐提出了對焦炭熱反應性和反應後強度的要求, 這是總結多年來生產實踐的結論, 要予以重現。寶鋼提出焦炭熱反應性CRI≤26%, 反應後強度CSR≥66%。

精料技術內容還包括：熟料比要高, 原燃料粒度要偏小, 粒度細成要均勻, 含有害雜質要少, 冶金性能要好等。

2.要實現高風温

熱風帶入高爐鍊鐵的能量佔總能量的16%-19%。熱風是廉價的能源, 應當充分利用。熱風温度升高100℃, 可降低鍊鐵燃料比15-25kg/t, 提高風口理論燃燒温度60℃, 允許多噴煤30kg/t。所以高風温會給高爐鍊鐵帶來多方面效應包括風温高軟焙下降,軟熔區間變窄, 提高爐料透氣性等, 應當努力提高風温。2007年全國重點鋼鐵企業熱風温度為1125℃, 寶鋼等企業的大型高爐均可實現大於1200℃的風温, 但仍有一批企業的風温低於1050℃。實現高風温的技術措施是, 要將熱風爐拱頂温度大於1400℃。熱風爐結構要合理（拱頂用耐高温硅磚, 拱頂不要座落在大牆上, 採用大蓄熱面積格9-30孔磚等）, 燒爐和送風時拱頂温度差控制在100-150℃, 送風管道要能承受高風温等。使用低熱值高爐煤氣中採用空氣, 煤氣雙預熱技術等。

3.進行脱濕鼓風

將鼓風濕度降至6g/m³並保持穩定會有提高產量,降低焦比的效果。濕度降低1%, 可降焦比0.9%, 增加產量3.2%。鼓風濕度降低1g/m³,風口前燃燒温度可提高5-6℃,可允許多噴煤粉1.5-2.0kg/t。

對於暫時不能噴煤的高爐來説, 如果要使用高風温, 可以通過加濕鼓風, 將高風温用上, 既可以提高生鐵產量, 又有降低焦比的作用。因加濕1%鼓風,會使焦比升高4-5kg/t, 但是風温升高100℃, 下降焦2.5kg/t, 兩數相加後, 仍有降低20kg/t焦比的作用。

無噴吹使用高風温冶煉會使高爐內理論燃燒温度升高,硅還原加快, 高爐順行變差, 加濕鼓風可降低風口前理論燃燒温度。

4.冶煉強度時鍊鐵燃料比的影響

生產實踐表明, 高爐冶煉強度在低於1.05t/m³·d時, 提高冶煉強度是可以降低燃料比。但是在冶煉強度大於1.05t/m³·d時, 提高冶煉強度是會使燃燒比升高, 而且在冶冶強度大於1.15t/m³·d時以上, 提高冶煉強度, 會使燃燒比大幅度升高。所以説, 控制冶煉強度在1.05-1.15t/m³·d區間操作高爐是會較低的燃料比。我國大型高爐操作的冶煉強度一般是在1.15t/m³·d咖以下, 而一些小高爐的冶煉強度是在1.50t/m³·d以上。這也是小高爐燃料比高的內在原因。

寶鋼高爐冶煉強達到1.15 t/m³·d時要想提高冶煉強度、增加產量, 應通過提高富氧率來實現, 而不是採用提高鼓風風量的方法。這樣做的好處是, 提高冶煉強度後, 不會使鍊鐵燃料比升高。另一方面使爐腹煤氣量保持9800m³/min, 這是高爐生產穩定的基礎。

5.提高爐操作水平, 降低燃料比

對降低鍊鐵燃料比有較大作用的高爐操作技術主要是提高煤氣中CO₂含量, 冶煉低硅鐵和提高爐頂煤氣壓力等方面。

（1）提高煤氣中CO₂含量的操作手段主要是進行合理布料, 優化煤氣流分佈, 使熱風所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料, 增加高爐內鐵礦石的間接還原度。

煤氣中的CO₂含量提高0.5%, 鍊鐵燃料比下降10kg/t, 鍊鐵工序能耗會下降8.5kgce/t。鐵礦石間接還原是個放熱反應, 而直接還原是個吸熱反應。所以, 我們要努力提高礦石的間接還原反應。

採用合理的裝料制度和送風制度,能夠解決煤氣流和爐料逆向運動之間的矛盾,煤氣流分佈均勻合理, 會促進高爐生產順行,有降低燃料比的效果。

採用無料鍾爐頂裝料設備,可以實現多種形式的布料。小於1000m³高爐的流槽傾角檔位數選5-7個檔位, 1000m³左右高爐選用8-10個檔位,大於2000m³級高爐選用10-12個檔位,最終使爐喉煤氣曲線形成邊緣CO₂含量略高於中心的“平峯” 式曲線。綜合煤氣CO₂含量是小於1000m³高爐為16%-20%, 1000m³左右高爐CO₂含量在18%-21%, 大於2000m³高爐含量在22%-24%。

採用大批重上料, 可以穩定上部煤氣流。我們希望焦批的層厚要大於0.5m, 寶鋼4000m³, 級高爐焦批大, 層厚在800-1000mm。在生產過程中調整焦炭負荷時, 最好穩定焦批, 調整礦批。以使焦炭層相對穩定, 有“ 透氣窗” 作用, 高爐內煤氣流也穩定。

當料線提高時, 爐料堆尖會向中心移動, 有疏鬆邊緣煤氣的作用。一般料線選擇為1-2m。

高爐煤氣流是進行三次分佈從風口送風是對煤氣流的第一次分佈, 採用調整風口徑和風口長度來實現。我們希望風速要高, 小高爐要大於100m/s, 大高爐是在180-220m/s。以保證風能夠吹透爐缸中心。

高爐內煤氣流二次分佈是在軟熔帶。軟熔帶是呈倒型, 寬窄是受風温和礦石的冶金性能等方面所決定的。我們希望礦石的軟熔温度要高, 區間要窄, 減少軟熔帶時煤氣的阻力還希望初渣和初鐵的粘度低, 流動性, 滴落性能好, 初成渣含FeO要低是保證高爐順序的條件。軟熔帶以上的爐料是對大煤氣流的第三次分佈。這全要是通過爐頂科學布料來實施的。為提高料柱的中心部位煤氣流順暢, 大型高爐均採用中心加小塊焦的手段。近年來, 為提高燒結礦的透氣性和還原性, 將小塊焦與燒結礦進行混裝, 有好的節焦效果。

高爐操作的原則之一是要煤氣在邊緣和中心存在“兩道煤氣流”。高爐煤氣曲線呈“ 展翅” 或“ 喇叭花” 型。

（2）低硅鐵冶煉

高爐冶煉低硅鐵有較好的經濟效益。生鐵含Si降低0.1%, 可降低鍊鐵焦比4-5kg/t, 生鐵產量提高。同進減少了鍊鋼脱Si的工作量。

高爐冶煉低硅鐵的條件是原燃燒質量要穩定,選擇適宜的爐渣鹼度減少在爐温波動時出現短渣現象,波動範圍要窄,生產設備運行狀態良好,高爐處於穩定順行狀態。如果外界條件不穩定, 易造成低硅鐵冶煉高爐的爐缸凍結, 後果嚴重。高爐操作採取降低風口前理論燃燒温度, 鐵水的物理熱要充沛（温度在1450℃左右）,而化學熱低, 含Si在0.3-0.4%。

（3）高壓操作技術

高爐爐項煤氣壓力大於0.03mpa時,即稱為高壓。爐頂煤氣壓力提高10kpa, 高爐可增產1.9%, 焦比約下降3%, 有利於冶煉低硅鐵。隨着頂壓的提高, 增產的效果會遞減。提高頂壓之後, 高爐的明顯反應是促進高爐順行, 波動減少, 使鐵礦石進行間接還原是向有利CO向CO₂發展。高壓操作是有利於向方向反應, 進而有節焦效果。高壓後爐內煤氣流的流速會降低,有利於熱風中的熱量向爐料傳遞,爐塵的吹出量也降低,可有效地提高TRT的發電量。

高爐爐頂煤氣壓力大於120kpa時, 均應配備TRT裝置, 而不是按爐容大小來判定。TRT可回收高爐鼓風動能的30%, 採用煤氣幹法除塵時, 還可提高發電量30%。一般煤氣濕法除塵的TRT發電量可達到36Kwh/t以上。

近年來, 我國高爐爐頂煤氣壓力得到不斷提高,產生了較好的經濟效益。

（4）降低高爐熱量損失

高爐內熱負荷最大的部位是爐腹和爐腰,分別佔高爐總熱負荷的20%-30%和15%-25%。減少這部分熱量損失的辦法是要保持高爐生產順行,避免爐內耐火磚或冷卻壁的渣皮脱落選擇好隔熱和導熱性能優化的耐火磚,以及冷卻系統的冷卻温度進行優化控制。高爐操作抑制煤邊緣氣流過份發展,可以有效地減少高爐的熱損失。控制冷卻水的流量和水温差,就是對爐體熱負荷實行有效控制,對爐體磚襯的維護具有極其重要作用, 同時也關係到高爐的壽命, 還可避免高爐結瘤。

現代化大型高爐要建立科學的高爐熱負荷監管制度,主要是冷卻系統的水流量和水温差。可以對收集的上百個數據及時進行分析、判斷,掌握高爐內合理爐型的變化,給高爐工長們提供準確的信息,以利及時進行調整。這樣做不但有利於降低燃料比,而更重要的是確保高爐生產穩定順行,這也是精細化操作高爐的重要內容 ^[2]  。

影響鍊鐵燃料比的因素有數百個,但歸納起來是在三個方面一是企業管理水平二是鍊鐵技術升級和結構優化三是量大而廣的單項先進技術、工藝、裝備等。這三個方面是有相互關聯的作用。鍊鐵企業要用系統工程的思路來研究、實施本單位降級燃料比的工作。

1.管理現代化可實現降低燃料比

鍊鐵企業管理層面上的內容有, 要有專門職能部門來管, 主要負責人要從技術上的明白人向專家型方向發展。企業內儀器儀表、計量器具配備要齊全。其配備率、完好率、周檢率要在95%以上。確保數據的真實、及時、穩定、科學、可靠。這是保證鍊鐵企業耗能的家底要清楚、準確。要建立企業內能源消耗的管理制度, 實施定額管理辦法, 建立企業內的獎懲制度。調動全體員工降低燃料比的積極性、主動性和創造性。對於企業管理者, 要制訂企業的降燃料比發展規劃, 有目標, 有措施, 有期限地組織實施,提高管理水平, 可有節約企業總用能5%的效果。

2.對產技術、工藝、裝備進行優化

要積極採用先進的生產技術、工藝、裝備,淘汰落後設備。高爐爐料結構優化工作的重點是要提高球團礦配比, 適當增加高品位天然塊礦。不但可有效地提高入爐礦含鐵品位, 而且可以減少鍊鐵系統的工序能耗。

高爐噴煤是鍊鐵系統結構優化的中心環節,要努力提高噴煤比,不但有鋼鐵企業優化用能結構的效果,而且還可大幅度降低鍊鐵生產成本,還可減少煉焦過程對環境的污染。

3.單項技術

煉結、球團、焦比、高爐鍊鐵工序均有大量的節能技術, 鋼鐵企業要做大量細緻的工作。要結合企業的實際情況, 分析出每個單項技術對企業適用的條件和經濟效果, 分批分階段地組織實施 ^[3]  。