近年来中国炼铁工业得到快速发展,2009年产铁5.43亿吨,占世界总产量的60.53%,2010年上半年中国产铁3.037亿吨,比上年增长16.90%。高炉生产技术也取得了长足的进步。2010年上半年全国重点钢铁企业高炉焦比为69kg/t,喷煤比为148kg/t,热风温度为1152℃,创造出历史最好水平。首钢、宝钢等企业的一批高炉技术经济指标已达到国际领先水平。但是,中国仍有一批落后的小高炉在生产。这说明,中国炼铁技术发展是不平衡的。随着高炉大型化的发展,高炉对焦炭质量的要求日益提高。主焦煤的短缺,已制约了中国高炉大型化的进程。中国在大力推广捣固炼焦、干熄焦、煤脱湿等技术,以缓解我国主焦煤的短缺,并满足高炉的需求。
一、中国炼铁工业发展现状
近5年来,中国炼铁工业处于高速发展阶段,全国铁生产量从2005年的3.43亿吨,增长到2009年的5.43亿吨,增长了2.00亿吨,增幅达58.18%。在这5年期间,中国炼铁生产技术也取得了长足进展。表1为全国重点钢铁企业高炉技术经济指标。
表1 重点钢铁企业高炉技术经济指标
中国炼铁企业发展不平衡,是处于不同结构、不同层次、不同生产技术水平共同发展阶段。目前,中国有1370多座高炉,其中大于1000M3的高炉有227座,大高炉中约有三分之一的高炉已达到国际水平,京唐公司曹妃甸5500M3的高炉指标达到国际领先水平。但是,约有四分之一的产能属于应淘汰的设备。
1、重点钢铁企业高炉焦比不断下降
从表1可看出,近5年高炉焦比下降了38 kg/t。2010年上半年重点钢铁企业高炉焦比为369 kg/t,比上年度下降4kg/t。入炉焦比较低的企业有:宝钢299kg/t,京唐305kg/t,长治327 kg/t,太钢325 kg/t,青钢332kg/t,唐钢332 kg/t,鞍钢332 kg/t,沙钢和兴澄均为334kg/t,首钢340 kg/t,邯钢3342kg/t,柳钢343 kg/t。
支撑焦比下降的重要技术条件是:
(1)焦炭质量改善是焦比下降的重要支撑
炼铁精料技术水平对高炉生产指标的影响率在70%,高炉操作水平的影响仅占10%,炼铁企业管理水平占10%,设备因素占5%,外部条件(供应,动力,上下工序等)占5%。在高炉在高冶炼强度和高喷煤比条件下,焦炭质量水平对高炉指标的影响率在35%左右。焦炭质量变化对炼铁生产影响见表2。
表2 焦炭质量变化对高炉生产的影响
从表2可看出焦炭质量指标中M10变化量,对高炉生产指标的影响比例最大。这表明,炼铁工作者要十分关注M10数据的变化。M10指标是个焦炭抗碎指标,它是反应出焦炭在高炉冶炼过程中的破碎程度的指标。焦炭M10指标不好,在高炉冶炼过程中会易粉化,产生较多的粉末。焦炭粉末多会造成高炉炉料透气性变差,压差升高,风量减少,不允许多喷吹煤粉;同时,粉末增多,也容易被高炉煤气带出炉外,造成高炉除尘灰中含碳量增加,也就造成焦炭的高炉利用率的下降,焦比升高;焦炭易粉化,会造成炉缸内焦炭粒度变小,甚至会有较多的焦末,就会造成炉缸不活跃,直接使高炉鼓的风吹不透炉缸中心,还会促进炉缸中心堆积;一些中小高炉有过使用M10指标差的焦炭,会出现高炉休风后,不易恢复风量,延长炉况处理时间的案例。也曾出现过某座小高炉全使用土焦炼铁,休风后,就吹不进风的现象。就是因为焦炭粉化后,炉缸内焦炭之间没有多少空隙(正常的应有0.4的空间)。表3为历年重点钢铁企业焦炭指标。
表3 重点钢铁企业焦炭质量
从表3可看出,近5年来我国重点钢铁企业焦炭质量得到改善(只有含硫升高)。2008年上半年因市场需求火爆,钢、铁、材、焦产量增幅较大,造成煤炭供应紧张,焦炭质量呈下降态势,这是属于不正常生产状态。
通过表2和表3的数据进行综合分析,可以得出焦炭M40在5年中升高2.20%,可使炼铁焦比下降:5kg/t 2.2﹦11kg/t;M10下降0.18%,可使焦比下降7kg/t (0.18 0.20)﹦6.3kg/t;灰份下降0.27%,可使焦比下降412kg/t 1% 2.7﹦11.12kg/t;硫升高0.06,造成焦比升高3.7kg/t。综合计算11+6.3+11.12-3.7﹦23.72kg/t。从表1知,近5年炼铁焦比下降38kg/t,其中焦炭质量改善给高炉焦比下降的贡献为23.72kg/t。
2、重点钢铁企业喷煤比得到提高
提高高炉喷煤比是炼铁系统结构优化的中心环节,是世界炼铁技术发展的主流。高炉喷吹煤粉是节约焦炭、降低炼铁成本的重要措施之一,同时可以改善钢铁工业能源结构,缓解我国主焦煤资源短缺的矛盾。多喷煤,少用焦炭,就可以少建焦炉,从而降低炼铁系统的建设投资和生产运行费用,并减少焦炉生产过程中对环境的污染,还可大大提高钢铁企业的劳动生产率和市场竞争力。
2010年上半年重点钢铁企业喷煤比为148kg/t,比2005年提高24kg/t,达到历史最好水平。喷煤比较高的企业有:德龙183kg/t,长治180kg/t,莱芜174kg/t,武钢为173kg/t,宝钢171kg/t,唐钢170kg/t,太钢168kg/t,鞍钢168kg/t,天铁167kg/t,湘钢167kg/t。2009年全国重点钢铁企业喷煤总量达6443万吨,为降低我国焦炭消耗量作出了贡献。实现高炉喷煤比大于200kg/t的技术措施有:
●实现高风温(>1200℃)
●低渣量(渣铁比80%,燃烧性、流动性、可磨性均好,发热值高,含有害杂质少等)。
3、重点钢铁企业热风温度不断提高
从表1可看出,重点钢铁企业高炉热风温度是连年提高,且增幅较大,有力地促进炼铁焦比的不断降低。热风温度在950~1050℃区间时,升高100℃,可降低炼铁焦比约15kg/t;风温在1050~1150℃区间时,升高100℃,可降低炼铁焦比约10kg/t。高风温是降低焦比的有效手段。
热风温度提供的热量是由用45%高炉煤气燃烧换来的,且钢铁企业内拥有大量的高炉煤气。所以说热风是个炼铁廉价的能源,要得到充分利用。高炉炼铁所需要的热量有78%是由碳素(焦炭和煤粉)燃烧提供,有19%是由热风来提供,约3%是由炉料化学热提供。我们炼铁工作者要珍惜高风温有降焦比的作用!
2010年上半年重点钢铁企业高炉热风温度为1152℃,比上年下降38℃,出现近年的反常现。热风温度较高的企业有:京唐1227℃,太钢1218℃,宝钢1214℃,攀钢1204℃,三钢1191℃,鞍钢1185℃,唐钢1180℃,津西1179℃,河北敬业1178℃,济源1174℃,天管1166℃。
2010年首季,首钢京唐钢铁联合公司曹妃甸5500m3高炉,采用煤气干法除尘,顶燃式热风炉,热风温度达1300℃,达到世界领先水平。
4、中国加快了高炉大型化进程
据统计,中国现有高炉均为1370多座,大于1000 m3以上容积的高炉约有227座。具体高炉不同容积的比例结构见表4。
表4 中国不同容积高炉情况
我国已能自主设计、设备制造、施工、投产4000 m3以上容积的现代化大型高炉。特别是2009年5月21日投产的曹妃甸5500 m3高炉,采用了水冷气封并罐式无料钟炉顶设备、四座顶燃式热风炉,使用铜冷却壁等综合长寿技术,可实现高炉25年的长寿设计,煤气全干法除尘,干式TKT系统,先进的喷煤系统和出铁场合理布局,以及高标准的环保系统等先进的技术装备水平,达到国际先进水平。该高炉2010年3月份的设计和生产指标见表5。
表5 曹妃甸5500m3高炉指标
表5的数据表明,巨型高炉是有多方面的优势。
2008年1月国家建设部和质量监督检验检疫总局联合发布的《高炉炼铁工艺设计规范》GB50427-2008号文件中,规定 高炉一代炉役的工作年限应达到15年以上 ,并提出了高炉设计年平均利用系数、燃料比和焦比等指标,祥见表6。
表6高炉设计年平均利用系数、燃料比和焦比
要认识到,大高炉在生产成本、折旧费用、吨铁能耗、维修费用、人工成本、高炉长寿、劳动生产率等多方面比中小高炉是有较大优势。如在同等生产条件下,一般大高炉的燃料比要比中小高炉低50~80kg/t。
目前,中国炼铁工业是处于多种层次、不同结构、不同生产技术指标共同发展阶段。由于多种原因,现在大高炉的优势尚未完全发挥出来。加上一些地方的保护主义存在,致使我国淘汰落后小高炉工作进程缓慢。目前,认为小高炉利用系数高,实际是一种错觉和误导。
现在,小高炉在设计上是采用小炉容、大炉缸的方式建设。这就使利用系数失真。科学评价高炉利用系数要改变过去只用炉容来进行计算。应当采用,将高炉炉容除以炉缸面积得出的数值再进行科学计算高炉系数。也就是,铁产量 (炉容 炉缸面积)=高炉利用系数。用这种计算办法可知,450 m3高炉的4.0系数,也就相当于宝钢4350 m3高炉的2.2系数。所以,我们不能再宣传小高炉的优势了。
要坚定我国高炉要大型化的决心,这是国内外炼铁技术发展的大方向。大高炉的吨铁风耗要比效高炉低200~400m3/t,,燃料比要比小高炉低50~80kg/t,在生产成本、维护费用、劳动生产率等方面均有优势。
1、资源紧缺和不断涨价已严重影响我国炼铁工业的发展
2009年中国进口铁矿石6.27亿吨,对外依存度超过了60%。进口铁矿石连年涨价,我国对外铁矿石贸易话语权低,给我国造成巨额经济损失。我国已成为炼焦煤进口国。2009年进口焦煤3449.3万吨,消耗44.26亿美元。2010年上半年进口2234.39万吨,平均单价145.96美元/t,比上年升高17.56美元/t。
去年我国大量进低品位铁矿石(进口低于55%品位的铁矿石月6000万吨),造成炼铁能耗上升,污染物排放增加,进口量增加,对我国产生较大负面影响。我们应当限制60%以下品位铁矿石进口。
巨型高炉对焦炭质量的要求还是比较苛刻。所以要适度控制4000 m3以上容积高炉的建设,可缓解主焦煤的短缺,也可抑制进口煤的涨价。
2、炼铁系统工序能耗不断下降
表7 重点钢铁企业各主要生产工序能耗情况 单位:kgce/t
说明:
●2005年能源统计中电力折标煤系数为0.404kgce/kwh,而2006年以后为0.1229kgce/kwh,致使两年的能耗数值出现差距大。
●焦化工序能耗统计不规范,有些企业没有将化产部份能耗统计在内,造成焦化工序能耗数值偏低,正常焦化工序能耗应在150kgce/t左右。
●我国电炉冶炼使用热铁水比逐年增多,出现了年度之间的能耗有不可比性。
总体评述,近5年我国重点钢铁企业节能工作取得了较大成绩,表现在吨钢综合能耗,烧结、球团、焦化、炼铁等工序能耗的全面下降。
表8 各工序能耗占联合企业总能耗比例