【技术文摘】鞍钢鲅鱼圈1号高炉高�...|无烟煤|焦炭|煤粉|鞍钢|高炉|鲅鱼圈

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（来源：中国炼铁网）

周明灿1，张南1，杨利兴1，吴官印2，刘宝奎1，张立朝1 ，李伟伟1

（1.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司；2. 鞍钢集团钢铁研究院）

摘要：鲅鱼圈1号高炉2代炉役开炉以后高炉各项经济技术指标未达到理想状态，处于低产高耗运行状态，2024年中修以后，高炉管理者以高炉高效低耗运行为目标导向，抓好原燃料结构调整及精料管理工作，强化以风为纲的操作理念，多举措提高炉缸活跃性，持续优化高压差操作，改善高炉煤气流分布，最终实现1号高炉高效低耗稳定运行。2024年三季度，1号高炉的利用系数最高达到2.56 t/(d·m3)，平均燃料比降至498 kg/t，块矿比达到22.5%，生铁成本低于2400元/吨，各项技术经济指标达到历史最好水平。

关键词：高压差；炉缸活跃性；煤气流分布；高效低耗

鞍钢股份鲅鱼圈分公司1号高炉（4038 m3）是鞍钢炉容最大的高炉之一，2018年5月至8月进行了大修，二代炉役于2018年8月8日开炉，开炉后由于受到原燃料质量、新料制探索等多方面因素制约，二代炉役期高炉各项经济技术指标未达到理想状态，除了“平台+漏斗”料制期间，高炉一直处于低产高耗运行状态，2020年以后高炉尝试高风压高压差操作，高炉日产得到一定程度提高，但由于炉身冷却壁及炉腹冷却板破损漏水增多，高炉燃料比一直居高不下，2024年2月20日-3月10日1号高炉进行了为期18天22小时中修，更换了170块炉身冷却壁和54块炉腹冷却板，高炉设备状态得到了较大改观，4月份以后，高炉管理者以高炉高效低耗运行为目标导向，抓好原燃料结构调整及精料管理工作，强化以风为纲的操作理念，多举措提高炉缸活跃性，持续优化高压差操作，改善高炉煤气流分布，最终实现1号高炉高效低效稳定运行，高炉日产、燃料比、块矿比都突破了历史最优水平，达到国内同等级高炉先进水平。

1 抓好原燃料结构优化及精料管理工作

1.1精料措施

2024年以来，随着钢材市场形势日趋严峻，分公司配煤配矿也逐渐转向低价料，原燃料质量有所下降，高炉入炉品位从58.5%下降至57.3%左右，焦炭反应后强度从最高峰72.3%下降至66%左右，在这种情况下，炼铁部严格落实好精料措施，细化原燃料各环节稳质保供工作，将烧结矿筛子改环保筛，返矿率下降1%，提高成品量；缩小焦炭筛孔距25-23cm，高炉返焦率下降2%，保证入炉干焦比例达到87.5%以上。

1.2提高煤粉固定碳

由于烟煤具有燃烧性能好、制粉容易、价格低的特点，高炉喷吹混合煤以往都是追求烟煤比例最大化，烟煤比例一度达到60%，但是鲅鱼圈所使用的烟煤固定碳和发热值较无烟煤都低，配入比例过高往往导致煤粉固定碳偏低，置换比下降，不利于高炉降低入炉焦比，其经济性需要综合考量；如表1所示，相比神华烟煤，中挥发份俄罗斯无烟煤具有固定碳含量和发热值高等优点，而相对俄罗斯无烟煤，增加中挥发俄罗斯无烟煤配比对混合煤的可磨性、安全性、燃烧性都有一定改善；以鲅鱼圈分公司2024年1至2月份作为效益计算基准期，用俄罗斯中挥发煤粉替代神华煤粉，可以降低用煤成本0.050元/kg,具有较好的喷吹性价比；因此，增加中挥发俄罗斯无烟煤配比有利于提高煤粉固定碳和置换比，降低用煤成本及高炉燃料成本；2024年3月开始将烟煤配比由60%降低至45%，提升含碳量更高的中挥发份俄罗斯煤的配比，煤粉固定碳提升至72.5%以上，打破了多年以来形成的煤粉固定碳上限固化思维，为高炉提煤降焦创造了有利条件。图1为2024年1-9月煤粉固定碳趋势统计。

1.3 高比例块矿冶炼

为了降低炉料成本，高炉需要增加使用低成本块矿替代高成本球团矿，为此，炼铁部依托科研平台对鲅鱼圈高炉常用块矿高温性能进行了系统研究，建立块矿经济性能和冶金性能评价方法，获得适合鲅鱼圈高炉冶炼的块矿品种和使用比例，在此基础上选择还原性较高且经济性中等的PB块、纽曼块矿替代球团矿，如图2所示，2024年以来块矿使用比例不断提高，9月份块矿占比已达到22.5%左右，在国内4000m3高炉中属于最高水平。

1.4 强化烧结换堆管理

为减少在混匀料条换堆过程对高炉顺行产生影响，确保高炉用料平稳过渡，炼铁部组织技术人员对混匀料堆换堆过程混匀矿质量偏析情况进行了系统分析，明确了混匀矿在堆料、取料和铺底过程对混匀矿质量偏析的影响规律，并根据分析结果提出了做好配矿和前后端部料管控、提高堆积层数以及铺底料均质化等技术措施；同时，炼铁部还出台了烧结矿换堆管理规定，全面细化了换堆过程原料、烧结、高炉等区域在生产组织、操作调整和槽位管理等方面工作，这些措施实施后整个产线稳质保供工作取得了非常显著的效果，混匀大堆层数提高到3300层，提高了10%以上；混匀矿化学成分指标TFe、SiO2稳定性大为改善，与实施前相比标准偏差分别降低0.11、0.05；换堆烧结矿质量明显好转，与实施前相比品位稳定率、碱度稳定率分别提高1.01%、2.56%；换堆期间高炉顺行稳定性得到改善，与实施前相比高炉平均入炉风量提高2.5%。

2 坚持固本培元，提高炉缸活跃性

2.1 坚持“以风为纲”，提高鼓风动能

鼓风动能决定了风口回旋区的大小和形状，对初始煤气流分布和炉料下降有着重要影响［1］，鲅鱼圈高炉在非护炉阶段采用中心加焦料制生产时，合理鼓风动能应控制在118～139 kJ/s，合理风量应控制在6246~6691 m3/min［2］；中修前1号高炉风量长期维持在6350m3/min左右，鼓风动能维持在115 kJ/s左右，两者都在合理区间的下限，针对高炉入炉风量和鼓风动能偏低的问题，高炉坚持“以风为纲”的操作理念，建立风量底线思维，风量严禁长期低于6200m3/min运行，条件允许时全力增加入炉风量，提高鼓风动能，图3为1号高炉2024年4月份以来风量、鼓风动能趋势统计，随着鼓风动能的提高，风口回旋区长度增加，始发煤气流在炉缸径向分布更加合理，高炉软融带以下压差得到降低，炉腹及炉腰冷却壁温度明显提高，高炉本体纵向温度场分布得到改善，为高炉进一步增加入炉风量和调整煤气流创造条件。

2.2 保持合理的铁水物理热和化学热指标

高炉铁水温度对于炉缸活性极其重要的，决定着炉缸内部物相(渣一铁一焦)的交互作用及其冶金性能［3］。铁水温度高，一般而言渣铁自身流动性就好，使得高炉渣铁更易穿越死料柱焦床，进而保证了炉缸活性。在日常操作制度中要求铁水物理热维持在1495-1515℃之间，铁水[Si]含量在0.35%-0.5%之间，杜绝铁水物理热长期低于1480℃、铁水硅含量长期低于0.3%操作，高炉长期坚持合理而充沛的渣铁温度有利于活跃炉缸。

2.3 提高喷煤比吹透中心

2020年鲅鱼圈1号高炉上线了智能均匀喷吹系统，该项喷煤技术应用后，单个煤粉支管日喷煤质量波动控制在2.92~4.99t·d -1，日均值4.408t·d -1（低于5t/天），各煤粉支管间相比，煤粉流量波动精度控制在-9.676~8.898%，该系统能够有效改善炉内热流环境，使高炉煤气流的初始分布更加均匀，保障高炉顺行稳定；在稳定均匀喷吹的基础上，1号高炉逐渐提高喷煤比和风温，喷煤比由156kg/t提高至170kg/t左右，喷煤量的提高不仅能够显著降低高炉对焦炭的依赖，降低了燃料成本，同时有利于初始气流吹透中心，改善炉缸径向温度分布活跃炉缸。图4为2024年4月-9月鲅鱼圈1号高炉煤比、风温趋势统计。应该说，鲅鱼圈1号高炉喷煤比与同等级高炉相比还有一定提升空间，下一步，高炉将继续深化在高富氧、高风温、高煤比均匀喷吹技术，力争喷煤比达到180kg/t以上，实现更高水平提煤降焦。

2.4 加强炉前出铁组织

保持正常的铁口深度和出铁速度的均衡、稳定，使铁水穿过死焦柱的速度能满足渣铁产生的需要，力求始终保持炉缸内渣铁液面的稳定，有利于活跃炉缸工作状态［4］，大高炉在强化冶炼的过程中，铁口维护至关重要。1号高炉在提产降焦的过程中，十分重视加强炉前出铁组织，建立了大高炉三铁口连续高效出铁模式，要求全天有效出铁时间不低于23.5h，全天标准出铁次数6-8次，使用无水炮泥，固定打泥量，保持铁口深度3.4-3.6m，严格管控渣铁出净率和二次开铁口标准，强化炮泥、钻杆等重要备品备件质量管理，针对铁口维护出现的问题，及时分析原因，并制定出相应的管控措施；维持稳定而高效的出铁模式是大型高炉实现煤气流和炉体热负荷稳定分布的基础，对提高炉缸活性和维持操作炉型的稳定有着十分重要的意义。

炉缸是高炉煤气流的始发之地，炉缸状态是高炉综合冶炼效果的具体体现，活跃的炉缸是实现高炉生产长期稳定与顺行的根本保障［5］；1号高炉始终把活跃炉缸作为高炉调控的基本目标，通过提高鼓风动能、保持合理充沛的渣铁温度、建立高效的出铁模式以及高风温、高富氧、高煤比均匀喷吹，实现高炉炉缸整体活跃，如图5所示，2024年1-10月份两个高炉炉芯温度持续升高，最高达600℃以上，创下历史最高水平。

3 持续优化高压差操作，改善煤气流分布

3.1 不断优化高压差操作参数

二代炉役开炉以后，1号高炉一直面临提产降焦的困境，为了突破高炉日产瓶颈，高炉管理者借鉴一些中小高炉高压差操作提产的经验，对4000m3级高炉高压高压差操作进行了系统论证，结合鲅鱼圈自身原燃料和设备条件，高炉操作者认为高炉有进一步提高压差操作的空间，2020年2月份开始鲅鱼圈1号高炉逐步将热风压力由420kPa提高至440kPa，顶压由245kPa降低至235kPa，压差控制由170-180kPa放宽至190-200kPa，中修后进一步将热风压力提高至445kPa左右，压差控制在200-210kPa区间，随着压差升高，气流浮力增加，为保证顺利下料，高炉料柱的有效重力也要随着增加，在批重方面，矿石批重从最初的95t/cp左右的批重逐步增加到115t/cp，入炉焦比由355kg/t降低至300kg/t，焦炭负荷由最初的4.65t/t提高到5.15t/t左右，整体料柱的堆密度由1.45kg/m³增加到1.57kg/m³左右。在料线方面，将焦矿料线由1.6/1.8m调整为1.35/1.6m，增加料柱的有效高度；另外，发展边缘气流也有利于降低炉体对料柱的摩擦力，提高料柱的有效重力。

3.2 发展边缘气流，减少中心焦占比，合理调整布料平台宽度

随着料柱重力的增加，料柱的空隙率会相应降低，对于中心加焦的高炉，随着料柱空隙率的下降，气流对中心通道的依赖会加强，造成中心焦占比居高不下，2023年8月至2024年2月中心焦占比最高时为36.8%，平均为32.4%，中心焦占比高，高炉煤气利用率偏低，是这时期高炉燃料比偏高的直接原因；为了合理分布煤气流，保障料柱透气性，提高煤气利用效率，高炉决定对布料制度进行调整。

为此，对1号高炉历年布料制度及对应炉况特征做了详细梳理，具体见表2，从表中可以看出，2022年1月-2023年7月，布料制度第11环增加一圈焦炭，次中心1圈焦炭作为灵活调剂，形成焦包矿的布料类型，矿石角位差8.7°，这一时期炉况顺行良好，煤气利用率最高达到48%左右，但由于冷却壁漏水严重需要增加入炉焦比维持气流稳定，因此燃料比依然偏高，维持在540-550kg/t左右；2023年8月-2024年2月，布料角度整体外移，边缘矿焦同角度，次中心增加1圈焦炭，矿石角位差位9.1°-10°，这一时期高炉顺行一般，风量偏低，风量维持在6300m3/min左右，入炉焦比345-355kg/t，煤气利用率降低47-42%，燃料比上升至540-550kg/t之间,高炉利用系数2.1t/(d·m3)左右，边缘负荷重及过宽的布料平台使得边缘气流受到一定程度抑制，气流主要依赖中心通道，中心焦占比最高增加至35%以上，导致煤气利用率下降至42%左右，燃料比上升至550-570kg/t之间；参考以往布料制度及炉矿运行情况，高炉决定重新发展边缘气流，将最外环布料倾角重新内移至40.5°左右，第11环重新增加1圈焦炭，形成焦包矿的布料制度，矿角差维持在8.2°-9.1°之间，保证边中两股气流通道顺畅，同时减少中心焦占比，提高矿焦平台焦炭比例，降低中间层的焦炭负荷，改善平台透气性，经过半年的调整，中心焦比例降至23%，煤气利用率提至48%以上。图6为2024年4-10月1号高炉中心焦占比和煤气利用率变化趋势。

4 运行实效

在抓好原燃料稳质保供，优化原燃料结构的基础上，通过提高炉缸活跃性，调整布料制度改善煤气流分布，1号高炉实现了高效低耗稳定运行，高炉经济指标不断优化，高炉日量、燃料比、块矿比等指标都刷新了历史记录，2024年三季度，1号高炉的利用系数最高达到2.56t/(d·m3)，煤气利用率上升至49.2%，平均燃料比降至498 kg/t，块矿比达到22.5%，生铁成本降低至2400元/吨以下，多项技术经济指标达到国内同等级高炉先进水平。表3为2024年4-9月份1号高炉技术经济指标统计。