低成本炼铁及技术保障

低成本炼铁及技术保障来源：本站 作者：匿名 发布：2010-5-18 修改：2010-5-18隶属：炼铁技术资料 点击：2沙永志（钢铁研究总院 北京 100081）摘 要：本文结合我国炼铁生产状况，提出应建立全面低成本炼铁的指导思想。降低炼铁成本的 主要措施包括使用廉价铁矿、经济炉料结 构、降低焦炭和喷煤成本、降低固定投资等。围绕低 成本炼铁，需要系统的技术保障，如加强烧结过程的控制、采用废气循环烧结、喷吹烟煤及系统 改进、加强高炉监控、生产镁基球团及高炉混喷焦炉煤气等。关键词：炼铁 成本 技术1 前言2008年，尽管受到全球金融危机的影响，我国炼铁产量仍达到 47亿吨，占世界总产量的 50. 8%,见图1。而钢铁行业经济状况的严重下滑，使大家更充分认识到炼铁成本在钢铁产品最 终价格中的重要地位和对企业效益的决定作用。日前，我国钢铁产能已严重过剩，并有进一步恶 化的趋势。 （在建炼铁产能6840万吨）。钢铁产品价格的竞争已进入白热化，并将长期惨烈地持 续下去。因此，实现低成本炼铁是钢铁企业今后能否生存和发展的重要决定因素。而围绕炼铁生 产流程采取全面系统的技术改造则是实现这一低成本目标的基本保障。2 建立全面低成本炼铁的指导思想 长期以来，我国炼铁的生产强调高效节能，各项技术指标取得了长足的进步。见表 1。由技 术指标的改善带来的成本降低也取得了显著的效果。然而，由于对精料方针理解上的偏差，加之 外部巨大的钢铁需求市场吸引，以及一些行业技术指标评比的诱惑，企业往往追求优质原燃料带 来的效果，对其带来的成本影响未予以足够重视。这在钢铁形势好的情况下是能够被容许的。然而，在产能严重过剩，价格竞争日益激烈的今天，必须建立以低成本生产为核心的炼铁指 导思想。最大程度地降低炼铁生产成本以帮助维持整个企业的基本效益。需要进一步明确的是， 当技术指标的改进与经济指标发生矛盾时，技术指标应服从于经济指标。必要时，为保经济指标 要允许牺牲技术指标。事实上，在渡过目前的这场危机中，大多数企业也都不同程度地采取了这一战略，并取得 相应的效果。作为使用大量进口矿和外部资源的我国炼铁工业，必须长期坚持低成本的战略方针。当然，在低成本前提下，要利用一切技术和管理手段，维持生产的稳定和技术指标的现状及改善。 这是企业综合竞争力的体现。3 实现低成本炼铁的措施炼铁的成本由原料成本，燃料成本，动力消耗，辅助材料消耗，设备折旧，以及人工成本等 组成。其中最主要的铁矿原料和燃料成本，也是降低炼铁成本最重要的方面。31 降低铁矿原料成本(1)烧结增加使用廉价矿的比例 铁矿资源的多样化导致价格的大幅度变化。廉价矿一般是当地矿、进口褐铁矿、高 Al2O3 矿 等。我国企业的廉价矿使用比例相对不高。相比之下，一向重视技术指标的日本则普遍在烧结中大量配加褐铁矿，甚至高达 50。铁矿 资源丰富的澳大利亚某钢铁厂仍使用高A12O3矿,高炉渣中A12O3为17.5%。印度国营的Durgapur 钢厂使用本地高Al2O3矿，炉渣含Al2O3达23%。乌克兰使用本国资源，典型烧结矿的品位是 55%, SiO2：10%，碱度：1. 31.4。球团品位 60%, SiO2：9.6%,碱度：0.30.4。所有这些都是因为经济效益的驱动力所致。对我国来说，扩大廉价矿的使用比例最终也能有效地降 低高品质进口矿的价格。(2)经济炉料结构 经济炉料结构是在一定时期和一定资源条件下，合理搭配烧结矿、球团矿和天然块矿，使 炼铁获得最佳的经济效益。 图2和3反映了国外炉料结构的多样性。而川崎千叶6号高炉容 积：5153m3，其块矿：42. 7%,烧结矿：57. 3%。其做法会给我们重要的启示。据报道，济 钢烧结配加经济料比例达到5 0 %以上，高炉入炉块矿比例达到3 0 %左右。 6月份，吨铁成本比 2008年末降低37 . 99%，大大高于行业同期19. 34%的平均降幅。3. 2 降低焦炭和喷吹用煤的成本焦炭的成本主要体现在配煤上。减少焦煤配加量是有效的措施。日本开发的 SCOPE21 新型焦 炉的非焦煤配加量达到 50。另外，接受适当高灰分的低价焦炭也是可以考虑的一个选择。印度多家企业的焦炭灰分达到 1720。虽生产指标稍差，但效益很好。在降低喷吹用煤的成本方面主要是提高低价烟煤的比例，甚至是 100喷吹烟煤。需要指出的 是，正常的喷煤系统对煤的挥发分没有限制。另外，只要能够经济地替代焦炭，任何煤都可以进 行喷吹。报刊上所谓“喷吹煤”的概念及相应的价格是不客观的，会误导企业增加采购成本。 33 降低燃料消耗、动力消耗、及其它各种消耗虽然原燃料质量的下降使降低高炉的燃料比的难度加大，但仍是不断努力的重点。此外，降 低烧结固体燃耗和球团能耗等也是需要改进的方面。炼铁过程有大量的动力消耗设备，如众多的风机系统等。这些设备存在着大量节能改造潜力 如风机的变频控制等。这些潜力都应为降低总成本作出贡献。同样，炼铁过程的大量辅助原料和材料也都应成为降低消耗的对象，如风口、喷枪等易损件 钻头钻杆等消耗件，炮泥，铁沟辅料等。34 降低固定资产投资费用在高炉大型化过程中，要重视对固定资产投资的控制。任何投资最后都要以折旧的方式转化 到产品成本中。充分利用已有的基础设施，合理地进行高炉大型化，使用廉价的国产设备，这些 都能有效地降低同定投资，从而有效地降低铁水成本。4低成本炼铁的技术保障41 褐铁矿及高铝矿烧结褐铁矿烧结时，一般要求混合料的水分和配碳量要增加，且对水分和配碳量的变化更敏感。 因此，在工业实际应用之前，必须通过烧结杯试验确定不同配比的烧结指标和最佳水碳比。在实 际生产中，要进一步提高对烧结混合料配碳和水分的控制精度。提高配碳控制精度的方法之一是通过对烧结矿FeO含量的在线测量，对配碳量进行闭环控制。 国外已有多个企业采用该方法，取得了良好的效果。提高混合料水分控制精度的方法之一是采用微波水分在线测量仪，见图 4。该测量仪通过测最 微波穿过料层后的衰减和项位移来测量水分含量，其突出特点是测量整体物料的水分，抗干扰能 力强，运行稳定。此外，应在配料室等岗位设置水分快速分析仪（见图 5）保证对各种来料水分变 化的及时检测。在高铝矿烧结时，为解决高炉渣的流动性，要配加一定比例的MgO,由此引起烧结矿质量的 下降。解决的方法之一是将部分MgO转移到球团中，使烧结矿MgO2%。提高烧结终点控制精度，是配加褐铁矿和高铝矿后保证烧结矿质量的必要措施。除了传统的 终点控制方法外，应以混合料透气性为监测参数，对烧结终点变化进行预判。42 废气循环烧结 废气循环烧结是将来自全部或选择部分风箱的烟气收集，循环返回到烧结料层。其作用是： 废气中的有害成分将在再进入烧结层中被热分解或转化，二恶英和NO会部分消除，粉尘和SOxx会被烧结层捕获。烟气中的CO作为燃料使用，可降低固体燃耗。另外，循环减少了烟囱处排放 的烟气量，降低了终端处理的负荷。国外开发了多种工艺流程，并在多家烧结厂得到应用。其中 的低排放能量优化烧结工艺（见图6）自称能减少燃料消耗13，减少污染物排放80。43 镁基球团生产技术生产镁基球团可以部分提供高炉冶炼时所需的MgO，解决在烧结中加MgO所带来的烧结矿 质量下降问题（强度降低，还原度下降），更重要的是改善球团本身的性能（降低还原膨胀率，提高 软化温度，缩小软化区间，提高熔滴温度），从而组成新的炉料结构（低镁烧结矿+镁基球团），改 进高炉操作，节能降耗。镁基球团生产的关键是如何配加含镁原料，以保证在球团生球和焙烧球强度不下降，同时高 炉的入炉品位不降低。为此，新的镁基添加剂正在研究开发中，并取得初步成果。44 高炉喷吹烟煤 如前所述，高炉喷吹烟煤的动力在于烟煤和无烟煤差价。国内外有许多喷吹高挥发分烟煤的实例。如瑞典SSAB长期喷吹39%挥发分的烟煤，煤比：150 160kg/t,印度Durgapur喷30% 挥发分的烟煤未出现任何安全问题。我国八钢也长期喷吹 27左右挥发分， 60同定炭的煤， 且取得很好的指标。当然，喷吹烟煤必须保证制粉系统的安全性。主要是控制系统o2含量、消除系统积粉现象和 严格杜绝火源。在设计中，布袋出口的O2含量上限是12%。在实际生产中，为更保险起见，一些企业将该值 控制在8%，或10%。控制o2含量的措施包括：降低系统各设备的漏风率、控制烟气炉的助燃空气比例、监测热风 炉废气的o2含量，设置烟气白循环系统等。喷吹烟煤会带使煤粉燃烧率增加，而且带入炉内的氢含量增加，改善还原过程。但同时，烟 煤会使风口分解耗热增加，造成理论燃烧温度下降，而且喷煤的热滞后周期延长。这些都需要高 炉采取相应的操作进行控制。需要澄清的一个概念是，喷吹烟煤后，应当允许高炉燃料比升高。原因在于，一般烟煤的热 值比无烟煤低，其与焦炭的置换比要降低。因此，只要高炉消化的好，综合经济合理，就应当坚 持喷吹烟煤。45 高炉混喷焦炉煤气焦炉煤气的成分大致为：5060%H2，25%CH4，10%CO,是优质的还原气体。高炉喷吹焦 炉煤气的优点在于：节约焦炭、改进炉内还原、减少炼铁CO2排放、提高焦炉煤气的利用价值、 降低炼铁成本。高炉喷吹焦炉煤气在国外已有多年的历史。如美国钢铁公司（US STEEL）MON VALLEY厂的 两座高炉（工作容积1598m3和1381m3）自1994年起一直喷吹焦炉煤气，见图7。2005年的喷吹 总量为14. 16万吨，吨铁喷吹量约65kg（150m3 / t）。该厂曾报道喷吹焦炉煤气后，降低了天燃 气喷吹量，消除了焦炉煤气的放空燃烧，减少了能源成本，年节省开支超过 610万美元。在我国高炉只喷煤的情况下，各厂可根据可使用的焦炉煤气量，采取与煤混合喷吹的方式， 即设置某些风口喷焦炉煤气，其余仍喷煤。焦炉煤气来源可以是来自附近独立焦化企业的富裕焦 炉煤气，更多是联合钢铁企业内部平衡出的焦炉煤气。虽然在企业内部焦炉煤气普遍存在供应紧 张的情况，但有节约用于高炉喷吹的潜力：如焦化烘炉的焦炉煤气（用高炉煤气置换），烧热风炉 的焦炉煤气（用预热的方法弥补），烧结点火焦炉煤气（用高炉煤气替换），烧加热炉可替换的焦炉 煤气，燃烧发电的焦炉煤气（价值低，停止使用）等。4. 6 加强高炉监测控制（1）鼓风湿分的监测与控制鼓风湿分控制是高炉下部调剂的有效手段。它使用的副作用小，有利于炉况顺行和保持高煤 比操作。鼓风湿分的作用和价值正在得到企业的重视。需要注意的是要保证湿分测量的准确，调 节范围要小，并需要严格连锁保护，以防止使用不当造成炉凉。为此开发了三种湿分控制模式：自然湿分操作、恒湿操作、调湿操作.见图 8。对于高炉是否脱湿鼓风的问题，虽理论上有脱湿的必要，但仍存在若干实际问题，其真实的 运行效果和综合效益有待深入研究。（2）铁口连续测温铁口连续测温是用特殊的测温方法，在出铁过程中，连续测量铁口处的铁（渣）流体的温度及 变化过程。与铁沟插入式测温和铁沟连续测温相比，铁口连续测温不仅测量了铁水温度，还测量了熔渣 的温度。而且，在铁口处测量能及时、准确、和全面反映炉缸热状态及炉缸渣铁均匀性，这点尤 其是对储铁式主沟的大高炉更为重要。见图 9。（3）风口监测风口监测能够监测风口工作状态（焦炭活跃程度、风口亮度）；监测喷煤情况（喷煤均匀性、煤 粉燃烧状况、喷枪位置及状态）；准确测量风口内燃烧温度；监测大量下生料、涌渣、喷枪及风 口磨损等异常炉况。其作用和价值正在得到越来越多高炉操作者的认可，并逐渐从锦上添花型转 变为生产必备型。6结语在当今乃至今后相当时期，低成本炼铁是我国钢铁企业生存和发展的关键因素。实现低成本 炼铁的主要措施是降低原燃料成本、降低燃料比和动力及易损件消耗，降低固定投资费用。积极 采用各种新工艺新技术和加强生产过程控制对实现稳定的炼铁低成本生产是至关重要的。