王维兴：高炉炼铁对原燃料质量的要求和影响
2011年上半年我国钢铁生产情况
2011年上半年我国钢铁生产是处于增长阶段，平均日产钢199.77万吨，已是接近年产钢7亿吨的水平，祥见表1.
表1 2011年上半年我国钢铁主要产品产量情况单位：万吨
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项目 |
钢 |
生铁 |
钢材 |
焦炭 |
铁矿石 |
铁合金 |
成品钢材 |
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11年上半年 |
35054 |
32457 |
43740 |
21037 |
57503.70 |
1401.20 |
33788.69 |
|
去年上半年 |
31988 |
29935 |
38728 |
18840 |
47132.70 |
1151.30 |
30862.55 |
|
增长，% |
9.60 |
8.40 |
12.80 |
11.70 |
22.00 |
21.7 |
9.48 |
2011年前7个月我国进口铁矿石388634万吨，比上年增长7.81%，进口焦炭36万吨，比去年下降46.37%；出口焦炭2627.21万吨，比去年增加32.4%。
我国钢铁工业发展趋势
根据我国“十二五”发展规划，GDP值增长速度在8%，我国钢铁的需求量还有发展的空间。预计我国钢产量的顶峰会在8.0亿吨左右，并要维持5~8年。主要是，我国正处在工业化时代，基本建设任务大，钢材65%是用于基本建设。农民还没开始大量使用钢材。所以说，我国钢产量还有一定发展空间。现在我国钢的生产能力已达9.2亿吨，只是其中还有部分落后的产能要淘汰，也还在建设新的钢铁设备（一部分是淘汰落后设备的替代，一部分就是扩大产能）。
2011年上半年我国铁钢比为0.9259，上年为0.9358.铁的增速低于钢的增速。但近年我国铁钢比不会有较大变化。因我国废钢短缺，电价高，短流程发展不起来。
世界炼铁界公认，目前融熔还原炼铁在能耗和成本上是竞争不过高炉。直接还原成功的案例是在特出条件下实现的。所以，高炉还是产铁的主要设备。短期内高炉是打不倒，而且还在得到不断的完善和提升。
综上所述，我国钢铁还要发展，高炉是炼铁的主要设备，对焦炭的需求也不会减弱。这是发展的大趋势。我们要有清醒的认识。三年内，我国炼铁对进口铁矿石的依存度会下降。但炼铁燃料比下降的空间不是很大了。因炼铁的生产条件很难有较大的改善（特别是矿石品位、焦炭质量等）。
3.GB50427--2008《高炉炼铁工艺设计规范》对原燃料质量的要求
2008年公布的《高炉炼铁工艺设计规范》对烧结、焦炭、球团、入炉块矿、煤粉质量均有具体要求。祥见表2~9.
表2入炉原料含铁品位及熟料率要
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炉容级别(m3) |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
|
平 均 含 铁 |
≥56% |
≥58% |
≥59% |
≥59% |
≥60% |
|
熟 料 率 |
≥85% |
≥85% |
≥85% |
≥85% |
≥85% |
表3烧结矿质量要求
|
炉容级别(m3) |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
|
铁 份 波 动 |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
|
碱 度 波 动 |
≤±0.08 |
≤±0.08 |
≤±0.08 |
≤±0.08 |
≤±0.08 |
|
铁份和碱度波动的达标率 |
≥80 |
≥85 |
≥90 |
≥95 |
≥98 |
|
含 FeO |
≤9.0% |
≤8.8% |
≤8.5% |
≤8.0% |
≤8.0% |
|
FeO 波 动 |
≤±1.0% |
≤±1.0% |
≤±1.0% |
≤±1.0% |
≤±1.0% |
|
转 鼓 指 数+6.3mm |
≥71 |
≥74 |
≥77 |
≥78 |
≥78 |
表4球团矿质量要求
表5入炉块矿质量要求
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炉容级别(m3) |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
|
含 铁 量 |
≥62% |
≥62% |
≥64% |
≥64% |
≥64% |
|
热爆裂性能 |
－ |
－ |
≤1% |
＜1% |
＜1% |
|
铁 分 波 动 |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
≤±0.5% |
表6原料粒度要求
|
烧结矿 |
块矿 |
球团矿 |
|||
|
粒度范围(mm) |
5~50 |
粒度范围(mm) |
5~30 |
粒度范围(mm) |
6~18 |
|
>50mm |
≤8% |
>30mm |
≤10% |
9~18mm |
≥85% |
|
<5mm |
≤5% |
<5mm |
≤5% |
<6mm |
≤5% |
表7焦炭质量要求
|
炉容级别(m3) |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
|
M40 |
≥78% |
≥82% |
≥84% |
≥85% |
≥86% |
|
M10 |
≤8.0% |
≤7.5% |
≤7.0% |
≤6.5% |
≤6.0% |
|
反应后强度CSR |
≥58% |
≥60% |
≥62% |
≥65% |
≥66% |
|
反应性指数CRI |
≤28% |
≤26% |
≤25% |
≤25% |
≤25% |
|
焦炭灰分 |
≤13% |
≤13% |
≤12.5% |
≤12% |
≤12% |
|
焦炭含硫 |
≤0.7% |
≤0.7% |
≤0,7% |
≤0.6% |
≤0.6% |
|
焦炭粒度范围(mm) |
75~20 |
75~25 |
75~25 |
75~25 |
75~30 |
|
大于上限 |
≤10% |
≤10% |
≤10% |
≤10% |
≤10% |
|
小于下限 |
≤8% |
≤8% |
≤8% |
≤8% |
≤8% |
表8喷吹煤质量要求
|
炉容级别(m3) |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
|
灰分Aad |
≤12% |
≤11% |
≤10% |
≤9% |
≤9% |
|
含硫St,ad |
≤0.7% |
≤0.7% |
≤0.7% |
≤0.6% |
≤0.6% |
表9入炉原料和燃料有害杂质量控制值（kg/t）
|
K2O+Na2O |
≤3.0 |
|
Zn |
≤0.15 |
|
Pb |
≤0.15 |
|
As |
≤0.1 |
|
S |
≤4.0 |
|
Cl－ |
≤0.6 |
高炉炼铁是以精料为基础
国内外炼铁工作者均公认，高炉炼铁是以精料为基础。精料技术对高炉生产指标的影响率在70%，工长操作水平占10%，企业现代化管理水平占10%，设备作业水平占5%，外界因素（动力、供应、上下工序等）占5%。在高冶炼强度、高喷煤比条件下，焦炭质量变化对高炉指标的影响率在35%左右。
精料技术的内涵：
精料技术的内容有：高、熟、稳、均、小、净,少,好八个方面
⑴高：入炉矿含铁品位高，原燃料转鼓指数高，烧结矿碱度高.
入炉矿品位高是精料技术的核心。作用：矿品位升高1%，焦比降1.0%~1.5%，产量增加1.5%~2.0%,吨铁渣量减少30公斤,允许多喷煤粉15公斤.
⑵熟：指熟料（烧结和球团矿）比要高。
⑶稳：入炉的原燃料质量和供应数量要稳定。要求含铁品位波动±<0.5%，碱度波动±<0.08（倍），合格率大于90%。
⑷均：入炉的原燃料粒度要均匀。
⑸小：入炉的原燃料粒度要偏小。
⑹.净：入炉的原燃料要干净，粒度小于5mm占总量比例的5%以下，5~10mm粒级占总量的30%以下。
⑺少：入炉的原燃料含有害杂质要少。祥见表9.
⑻.好：铁矿石的冶金性能要好：还原性高（>60%）、软融温度高（1200℃以上）、软融温度区间要窄（100~150℃）、低温还原粉化率和膨胀率要低（一级<15%，二级<20%））等。
用科学发展观来采购原燃料
用精料技术的内容来判断铁矿石的优劣。不能只看价格，要看它的化学成分和物理性能，以及使用效果。要用技术经济分析的办法进行科学计算和评价，找出合理采购铁品位的数值。算账不能只计算到炼铁，还要看对炼钢、轧钢，以致对全公司的影响。所以，买低品位铁矿石要有个度。还要研究对环境的影响。
韩国、日本和宝钢买煤，要求煤的热值要大于7400大卡。我国有些企业在买6500大卡的煤。这样，企业之间的能耗水平就不是在一个起点上的对标。我国焦炭灰分一般在12.5%左右。工业发达国家的焦炭灰分要比我国低3%左右。这样，我国与他们的燃料比就有不可比性。韩国FINIX所用的煤灰分在6~8%，入炉铁品位在61%，所消耗的煤炭为710kg/t。煤炭质量的优劣对企业的生产指标影响是很大的，特别是企业之间的吨钢综合能耗、炼铁工序能耗进行分析，要注重所用煤炭的质量。
炼焦要用主焦煤、三分之一主焦煤、肥煤、气煤、瘦煤等。现在，国内外出现采购来的煤不是单一煤种，是混煤。造成再按五种煤进行配煤炼焦，出现假象，焦炭质量下降，给炼铁产生负面影响。我们要用煤岩学的办法去分析煤的G值、Y值、反射率等指标，来判断煤的性质，进行采购和炼焦配煤。
原燃料质量对企业节能减排有重大影响
炼铁系统的能耗占企业总用能的70%，成本占60%~70%，污染物排放占70%。所以说，炼铁系统要完成企业的节能减排重任。钢铁企业用能结构有80%以上是煤炭，主要也是炼铁用焦炭和煤粉，烧结用煤量较少。2011年上半年重点钢铁企业炼铁焦比为373kg/t,煤比为147kg/t.烧结固体燃耗为55kg/t，比上年均有所劣化。
钢铁企业节能思路是：首先是要减量化用能，体现出节能要从源头抓起。第二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。减量化用能工作的重点是要降低炼铁燃料比和降低能源亏损等。目前，我国燃料比与国际先进水平的差距在50~60kg/t左右。主要原因是，我国矿石含铁品位低，热风温度低、焦炭灰分高等造成的。精料技术对高炉生产指标的影响率在70%。在高冶炼强度和高喷煤比条件下，焦炭质量对高炉的影响率将达到35%左右。也就是说，焦炭质量已成为极重要的因素。近年来，一些大型高炉出现失常，主要是焦炭质量恶化和成分波动大，高炉操作没进行及时合理的调整。影响高炉燃料比（焦比、煤比、小块焦比）的主要因素见表10.
表10影响高炉燃料比变化的因素
|
项目 |
变动量 |
燃料比变化 |
项目 |
变动量 |
燃料比变化 |
||
|
入炉品位 |
+1.0% |
-1.5% |
风温 |
>1150℃ |
+100℃ |
-8Kg/t |
|
|
烧结矿FeO |
±1.0% |
±1.5% |
1050～1150 |
+100℃ |
-10Kg/t |
||
|
烧结矿碱度 |
±0.1(倍) |
±3.0%～3.5% |
950～1050 |
+100℃ |
-15Kg/t |
||
|
熟料率 |
+10% |
-4%～5% |
950 |
+100℃ |
-20Kg/t |
||
|
烧结矿<5mm粉末 |
±10% |
±0.5% |
顶压提高 |
10KPa |
-0.3%～-0.5% |
||
|
矿石金属化率 |
+10% |
-5%～-6% |
鼓风湿度 |
+1g/m³ |
+1Kg/t |
||
|
焦炭 |
M40 |
±1% |
-5.0Kg/t |
富氧 |
1% |
-0.5% |
|
|
M10 |
-0.2% |
-7.0Kg/t |
生铁含Si |
+0.1% |
+4～5Kg/t |
||
|
灰份 |
+1.0% |
+1.0%～2% |
煤气CO2含量 |
+0.5% |
-10Kg/t |
||
|
S份 |
+0.1% |
+1.5%～2% |
渣量 |
+100Kg/t |
+40Kg/t |
||
|
水份 |
+1% |
+1.1%～1.3% |
矿石直接还原度 |
+0.1 |
+8% |
||
|
|
转鼓 |
+1% |
-3.5% |
炉渣碱度 |
0.1(倍) |
3% |
|
|
入炉石灰石 |
+100Kg |
+6%～7% |
炉顶温度 |
+100℃ |
+30Kg/t |
||
|
碎铁 |
+100Kg |
-20～-40Kg/t |
焦炭CRS CSI |
+1% +1% |
-0.5%~-1.1% -2%~-3% |
||
|
矿石含硫 |
+1% |
+5% |
烧结球团转鼓 |
+1% |
-0.5% |
||
从表10可看出，M10变化-0.2%，燃料比将变化7kg/t，比焦炭的其它指标作用都大。所以，我们应十分关注M10的变化。
用生产条件论的观点来指导企业的生产建设
企业的一切先进指标的实现，均是在一定的生产条件下完成的。支撑先进指标的条件会有许多。我们要找出其主要因素，给予优先创造条件，使企业的效益最大化。要建立适合本企业的技术支撑体系，抓住重要矛盾，进行科学对标（在相近生产条件下、相近设备容量、相近产品结构条件下进行对标）促进企业的技术进步和生产建设发展。
目前，我国有1400多座高炉，大于1000m³的高炉约有320座，4000m³以上容积的高炉有14高炉座。要承认巨型高炉所要求的原燃料质量是苛刻的。这是冶金学基本原理所决定的。为缓和原燃料供应紧张、价位的不断攀升，我们应控制再建设巨型高炉的数量。高炉大型化和提高喷煤比是在确保提高原燃料质量条件下进行的。
科学认识高炉对焦炭质量的要求
高炉炼铁所用焦炭要满足表7中的质量要求。从表7可看出容积越大的高炉，要求的焦炭质量越高。企业有多种容积的高炉，就要给大高炉使用好的焦炭，容积较小的高炉可用质量较差的焦炭。不同容积高炉，用不同质量焦炭，是科学的方法。对于小于1000m³高炉所用焦炭可以不必过分追求焦炭热性能。
要承认捣固焦指标是较高的。但因是盲肠气孔，密度大，在高炉内反应性差，发热低、产生CO2少，使铁矿石间接还原度降低。宝钢和欧洲的一些高炉使用捣固焦，出现焦比升高、产量降低现象。所以，对捣固焦指标与非捣固焦对比，要打折扣。涟钢、国丰等企业高炉100%使用捣固焦，生产指标得到改善。一批企业在部分使用捣固焦，有一定的经济效益。鞍山热能院孟庆波院长提出，焦炭质量的优劣主要取决于炼焦煤的性能，要用煤岩学来进行判断。
提高焦炭质量的技术措施
硬质煤要细破，进行风选，脱除灰分。
多配主焦煤、肥煤。
对炼焦煤进行脱湿、混均、捣固。
延长结焦时间、有闷炉时间。
进行干熄焦、或少水熄焦等。
