中国大型高炉生产现状分析及展望
张寿荣， 姜曦
摘要：4000m 3 以上大型高炉是高炉炼铁先进技术的集中体现，相对于容积小的高炉，大型高炉单位炉容投资少、能耗低、环境负荷低、劳动生产率高。2000年以来，随着钢铁需求的迅猛增加，一批4000m 3 以上大型高炉在中国相继投入运行，在炼铁工作者的不懈努力下，大型高炉的操作管理取得了突出的成绩和效果。通过分析中国4000m 3 以上大型高炉的生产现状，对存在的问题提出了改进建议，并对炼铁今后的发展进行展望，希望对中国高炉炼铁的发展有一定促进作用。
关键词：大型高炉；生产现状；生产技术指标；装备
4000m 3 以上大型高炉是高炉炼铁先进技术的集中体现，相对于容积小的高炉，大型高炉单位炉容投资少、能耗低、环境负荷低、劳动生产率高。2000年以来，随着钢铁需求的迅猛增加，一批4000m 3 以上大型高炉在中国相继投入运行。近年来，通过炼铁工作者的不懈努力，中国在大型高炉生产管理和操控技术等方面取得了突出的成绩和效果。本文通过对中国4000m 3 以上大型高炉的装备水平、原燃料指标及技术经济指标等方面进行分析，对存在的问题提出了改进建议，并对炼铁的发展进行了展望，希望对中国高炉炼铁发展有一定的借鉴意义。
1 中国大型高炉生产现状
1.1 装备水平
2000年以来，以首钢京唐5500m 3 高炉为代表的一批大型高炉在国内相继投入运行。截至2016年，4000m 3 以上大型高炉达到22座，高炉的大型化和自主创新成为这一阶段高炉炼铁发展的最主要特点。随着高炉操作和管理理念的不断改进，装备水平也取得了突飞猛进的发展，炉顶料面监控、水温差在线检测、炉缸侵蚀模型、风口监控及煤气在线检测等先进技术不断得到推广应用，传统意义上的高炉“黑匣子”逐步向“透明化”方向发展，一大批国产高炉的设备设施已经达到国际领先水平。然而，与西欧、日本等钢铁工业发达的国家和地区相比，中国在高炉大型化方面还有很大的差距。据统计，2015年中国拥有炼铁高炉近1500座，平均炉容仅770m 3 ；但是，1990年至2008年，西欧高炉平均炉容由1690m 3 扩大到2063m 3 ，日本高炉平均炉容由1558m 3 扩大到4157m 3 。
1.2 技术经济指标
近年来，中国大型高炉的操作管理水平不断提高，指标逐步优化。2015年，中国4000m 3 以上高炉的平均利用系数为2.07t/(m 3 ·d)，高于日本同期同级别大型高炉1.93t/(m 3 ·d)的利用系数。这反映出中国大型高炉的操作管理及顺行程度已经达到了国际先进水平，但是，从另一方面也反映出中国高炉操作上更追求产量，这可能是受钢铁需求大幅增加以及长期以来形成的产量至上操作思路的影响。2015年，中国4000m 3 以上高炉的平均燃料比为510.74kg/t，平均焦比为345.4kg/t，平均煤比为156.18kg/t。平均焦比较前4年增加了5.52kg/t，但是平均工序能耗却比4年前降低了12.47kg/t，达到了380.99kg/t。这反映出中国大型高炉在操作管理上更加科学，更加注重适宜煤比和能耗的控制。2016年上半年，中国大高炉的焦比较2015年增加了2kg/t，吨铁能耗则基本持平。焦比增加的原因主要还是受新投产高炉焦比高的影响。中国20座4000m 3 以上大高炉2016年上半年生产技术指标见表1 。
表 1 中国20座4000m 3 以上大高炉 2016年上半年生产技术指标
近两年，随着企业经营压力的增大，成本意识在高炉日常操作管理中逐步占主导地位，大型高炉也开始逐步尝试所谓的“经济配料”，这导致了原燃料保障能力下降，大型高炉的波动及失常也屡见不鲜，技术经济指标波动加剧。事实上，大型高炉在各个企业的经营管理以及生产组织中都处于核心地位，炉况一旦出现波动，将对整个公司的经营绩效和生产组织造成严重影响，对高炉长寿也势必造成严重影响。稳定顺行是高炉最大的效益，大型高炉尤其如此。高炉长寿创造的效益在日常操作管理中往往很容易被忽视，因此，必须坚持对大型高炉至关重要的“精料方针”。操作者在努力降低铁水成本的过程中应更加注重炉况的长期稳定顺行及长期效益，在大型高炉的具体操作及管理方面应更加精细，用精益化的思路管理和操作大型高炉。
1.3 原燃料指标
焦炭质量的优劣对高炉生产的稳定顺行、技术经济指标、产品质量和高炉长寿至关重要，对大型高炉影响更大。焦炭质量的评价包括化学成分、灰分、粒度、转鼓强度和高温冶金性能。2015年，中国大型高炉焦炭平均碳质量分数为86.53%，平均灰分为11.95%，平 均粒度为50.91mm，平均M 40 为88.98%，焦炭平均粒径比前4年减小1.04 mm；2016年1~6月，焦炭的平均灰分为11.94%，硫质量分数为0.69%，平均粒度为51.06mm，平均M 40 为89.67%。焦炭平均粒度比2015年增加2.6mm，M 40 增加1%，这说明各企业更重视焦炭质量的改善和提升。
煤粉质量对高炉喷煤操作的稳定顺行和煤焦置换效果均有重要影响。对喷吹煤粉质量的总体要求是有害元素少、灰分低、热值高、输送性能好、反应性和燃烧性高，而反应性和燃烧性与煤的挥发分呈正比。2015年，中国大型高炉的煤粉灰分平均为9.37%，比4年前有所上升，挥发分为18.33%；2016年1～6月，大高炉的煤粉灰分平均为9.37%，挥发分为18.33%。
由于钢铁产量大幅度增长，优质的铁矿石资源日趋紧张，而且质量和性能呈逐步下降趋势。中国自产的铁矿石品位较低，大部分高品位铁矿石需要从国外进口，2015年中国的铁矿石对外依存度已达到84%。大型高炉要求吨铁渣量小于300kg/t、炉料成分稳定、粒度均匀、粉末少，冶金性能良好及炉料结构合理。烧结矿作为高炉的主要含铁炉料在欧洲和亚洲盛行，而球团矿作为主要炉料则在北美更普遍。2015年，中国大型高炉的炉料结构为70.85%的高碱度烧结矿+20.9%的球团矿+8.25%的块矿，烧结矿占主导地位，因此，对烧结矿质量的管理是大型高炉精料管理的主要内容。2015年，中国大型高炉入炉铁料的平均含铁品位为59.01%，铁料的平均粒径为20.97mm，铁料的平均粒径较4年前增加了0.8mm。2016年1~6月，大高炉烧结矿、球团矿及块矿的平均比例为71.46%、19.68%和8.86%，与2015年相比，烧结矿的比例不变，球团矿的比例降低了1.5%，块矿的比例得到一定提高 。
受市场的影响，中国大型高炉的炉料结构、品种和质量标准也在不断调整，但仍需继续坚持精料技术。
1.4 主要控制参数
高炉实施低硅冶炼可达到高产、稳产、优质、低耗的目标，还可降低生铁成本。同时低硅低硫铁水可以降低炼钢渣量，提高铁的收得率，缩短冶炼时间，对开发新钢种、冶炼高级洁净钢、提高转炉生产能力及降低成本有重要意义。对于低硅冶炼的高炉，应该在保证铁水温度的情况下，尽量降低高炉生铁中的硅质量分数。2015年，中国大型高炉铁水的硅质量分数平均值为 0.43%，比4年前降低了0.01%；平均铁水温度为1503.11℃，比4年前也降低了1.36℃。2016年1-6月，大高炉铁水的硅质量分数平均值为0.42%，平均铁水温度为1502.6℃，铁水温度下降幅度不大。
高炉生铁一级品率是指硫质量分数不超过0.03%的生铁占所有生铁的比例。2015年，中国大型高炉的硫质量分数和一级品率的平均值分别为0.029%和 76.35%，铁水一级品率比4年前降低了2%；2016年1-6月，大高炉铁水的硫质量分数和一级品率、生铁的硫质量分数及一级品率的平均值分别为0.031%和74.73%，仍然呈下降趋势，这主要是受经济配料及使用低品质矿的影响。
中国大型高炉的吨铁渣量有所降低。2015年，中国大型高炉的平均吨铁渣量为301.02kg/t，二元碱度为1.19，除宝钢4座高炉以外，吨铁渣量都为300kg/t以上。2016年1-6月，平均吨铁渣量为297.73kg/t，二元碱度为1.18，大高炉的吨铁渣量比2015年降低了3kg/t。与国外的大型高炉相比，中国的吨铁渣量仍然偏高。
煤气利用率与高炉的吨铁燃料比有着直接的关系。2015年，中国大型高炉的平均煤气利用率为48.72%。2016年1-6月，平均煤气利用率为48.21%，燃料比为517.1kg/t。宝钢几座高炉的煤气利用率均高于50%，其燃料比也低于500kg/t。
2 对目前中国大型高炉生产存在问题的改进建议
（1）大型高炉的发展必须基于一定的条件和基础，大型高炉需要比中小高炉拥有更加优质的原燃料、高效的管理和综合操作技术。当前大型高炉对优质原燃料的需求越来越多，而可供使用的优质资源越来越少，这给大型高炉的稳定顺行带来巨大的挑战 。
（2）大型高炉对外围生产条件的变化非常敏感，一旦出现问题，对公司整个生产组织及经营绩效将产生严重影响，因此，要求对大型高炉的操作管理更加精细，举全公司之力提高外围保障能力，确保大型高炉的安全稳定运行。
（3）作为电炉炼钢主要原料的废钢积蓄量较少，废钢积蓄量和使用率有待提高。中国钢铁冶炼的主流程为铁前（烧结/球团）→炼铁（高炉）→炼钢（转炉）。钢铁工业的能耗总量占全国能耗消费总量的15%，占全国工业能源消费总量的23%，而全国炼铁系统能耗占整个钢铁行业总能耗的70%左右。因此，大型高炉仍要把节能降耗当作首要任务来抓。
（4）风温带入的热量占高炉冶炼热收入的将近20%。在现有高炉的冶炼条件下，风温提高100℃即可降低燃料比约8kg/t。这几年，中国高炉风温已经有了长足的进步，但是不同层次的起因发展并不平衡。2015年，中国大型高炉的平均风温为1211℃，个别高炉的风温仍然低于1200℃。因此，要继续推广高风温技术。高风温是节能减排的重要措施，是提高煤粉燃烧率的重要影响因素，对高炉稳定顺行及炉缸活跃性具有重要的意义。
3 对高炉炼铁的展望
（1）钢铁工业由大转强，增加产业集中度，因地制宜发展大高炉应是方向。大型高炉是炼铁先进技术的集中体现，中国大于4000m 3 的大型高炉数量为22座，生产的铁水产量仅占中国铁水总产量的5.5%。随着供给侧改革和去产能的深入进行以及环保压力越来越大，增加产业集中度、因地制宜发展大型高炉是促进中国钢铁工业转型升级的必经之路。虽然目前中国铁矿石等原燃料资源对外依存度较高，但随着钢铁企业国际化程度的提高，资源保障不断提升，因此，高炉大型化仍有发展空间。
（2）抓住历史机遇，推动中国钢铁工业实现“由大变强”。2015-2016年，中国钢铁产能出现下降趋势。2016年2月，国务院又印发了《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》，提出未来5年中国单位国内生产总值能耗和二氧化碳将力争分别下降15%和18%，再压减粗钢产能1亿～1.5亿t。全国性的压减钢铁产能必然对钢铁产业格局产生重要影响，这是压力也是机遇，钢铁企业要充分利用这一历史机遇，大力开展高炉的优化升级改造，推动中国钢铁工业“由大变强”的转变。钢铁企业要实现“由大变强”的转变，必须在技术力量及人才储备等方面真正向世界一流企业看齐，全面实施以技术创新为核心的创新驱动战略，加快工业化和信息化深度融合，把数字化、网络化、智能化、绿色化作为提升产业竞争力的技术基点，重塑钢铁业的技术体系、生产模式、产业形态和价值链，利用信息化技术手段，向智能制造迈进，以实现低成本与差异化以及资源的高效综合利用。