鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝優(yōu)化問題研究

張俊杰

中天鋼鐵集團有限公司，江蘇常州 213011

0 引言

伴隨著近代全球化市場競爭越來越激烈，我國的鋼鐵企業(yè)要面臨的挑戰(zhàn)越來越嚴峻。2008 年美國爆發(fā)的經(jīng)濟危機對全球經(jīng)濟產(chǎn)生了巨大的影響，從而導(dǎo)致我國鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展陷入艱難的境地。鋼鐵企業(yè)現(xiàn)階段面臨的主要挑戰(zhàn)包括：煉鐵原材料的價格持續(xù)增長，但是鋼鐵產(chǎn)品的價格卻降低，這樣企業(yè)的利潤空間不但減小，并且現(xiàn)在的顧客需求大多是小批量的，訂貨要求的交貨期限越來越短。如此的現(xiàn)狀，鋼鐵企業(yè)必須適應(yīng)發(fā)展的要求，迫切需要進行技術(shù)革新，對煉鐵的工藝進行優(yōu)化，加強鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)管理，對企業(yè)的管理理念進行創(chuàng)新，必須在面向庫存生產(chǎn)和訂單生產(chǎn)的混合情況下，逐步提高鋼鐵企業(yè)的核心競爭力。而鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工序多，生產(chǎn)設(shè)備也比較昂貴。雖然我國許多大型鋼鐵企業(yè)的煉鐵技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，對煉鐵的工藝參數(shù)也進行了優(yōu)化。但是，現(xiàn)在仍有一些鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝落后，影響了企業(yè)煉鋼的正常發(fā)展，導(dǎo)致企業(yè)煉鐵的生產(chǎn)效率低，使得企業(yè)的煉鐵工藝離市場的高檔次、高附加值產(chǎn)品的要求越來越遠。因此，尋求速度快質(zhì)量高的煉鐵工藝技術(shù)是鋼鐵企業(yè)在激烈的競爭中制勝的關(guān)鍵。

優(yōu)化鋼鐵企業(yè)的煉鐵流程，使煉鐵的生產(chǎn)流程更加順暢、合理，能夠快速響應(yīng)鋼鐵市場的需求和需求變化，增強鋼鐵企業(yè)的市場競爭力；優(yōu)化鋼鐵企業(yè)的煉鐵工藝，能夠保證鋼鐵企業(yè)內(nèi)部協(xié)調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)，保證鋼鐵企業(yè)充分利用主要生產(chǎn)設(shè)備，不斷提高各生產(chǎn)工序產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短煉鐵生產(chǎn)工序間的時間，減少生產(chǎn)過程中的余材量，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，增強顧客的滿意度。總之，優(yōu)化鋼鐵企業(yè)的煉鐵工藝具有重要的意義。本文就現(xiàn)在鋼鐵企業(yè)較為普遍的煉鐵工藝問題進行優(yōu)化，進而優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增強鋼鐵企業(yè)活力，提高企業(yè)國際競爭力，順應(yīng)市場需求的問題進行探討。

1 鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝優(yōu)化現(xiàn)狀

1.1 鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝的發(fā)展

1.1.1 高爐煉鐵工藝優(yōu)化

目前，我國鋼鐵企業(yè)主要使用高爐煉鐵，根據(jù)相關(guān)資料報道，2006 年世界產(chǎn)生鐵量為10.6 億t，其中高爐煉鐵占總量的95%以上。高爐煉鐵流程是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程的龍頭，中國2006 年產(chǎn)鐵4.2 億t，2007 年產(chǎn)鐵4.69 億t。

高爐煉鐵雖然有熱效率高、技術(shù)完善，煉鐵工藝設(shè)備大型化、長壽化的優(yōu)點，但是高爐煉鐵工藝也有其缺點，最主要的缺點就是污染環(huán)境，特別是燒結(jié)的SO2粉塵的排放、焦爐的水污染物以及粉塵排放，高爐的CO2排放很高（如圖1），因此，鋼鐵企業(yè)在煉鐵工藝優(yōu)化過程中應(yīng)該高度重視高爐煉鐵流程的優(yōu)化，達到降低煉鐵能耗、節(jié)省煉鐵原料、改善煉鐵環(huán)境的目的。

1.1.2 技術(shù)經(jīng)濟指標不斷優(yōu)化

我國煉鐵工藝技術(shù)進步主要體現(xiàn)在各項技術(shù)經(jīng)濟指標的不斷優(yōu)化。煉鐵技術(shù)進步主要體現(xiàn)在： 完善濺渣護爐的工藝，提高轉(zhuǎn)爐爐齡；推廣強化供氧的技術(shù),提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率；推廣長壽復(fù)吹的工藝,進一步降低鋼鐵料消耗并提高以終點控制為核心的轉(zhuǎn)爐自動化控制水平。鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟效益伴隨著煉鐵工藝的技術(shù)經(jīng)濟指標的優(yōu)化而增長。根據(jù)2007 年93 家的大中型企業(yè)統(tǒng)計，企業(yè)年利潤達1 479.8 億元,比上年同期增長49.78%。

1.1.3 建立現(xiàn)代化煉鐵生產(chǎn)流程

重點鋼鐵企業(yè)煉鐵、球團、燒結(jié)、焦化工序的能耗在2010 年均有所下降，表1 進行了詳細的介紹。

表1 重點鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)工序能耗，kgce/t

2010 年，我國重點鋼鐵企業(yè)重視煉鐵工藝優(yōu)化，重點加強節(jié)能優(yōu)化，采取綜合優(yōu)化措施，以達到國家規(guī)定的節(jié)能減排目的，為“十二五”節(jié)能目標的實現(xiàn)做出卓越貢獻。據(jù)調(diào)查，我國鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝最高能耗值遠遠高于最低能耗值，充分說明我國鋼鐵企業(yè)存在充足的節(jié)能空間。另外，我國鋼鐵企業(yè)還要加快先進設(shè)備的引進力度。

1.1.4 生鐵產(chǎn)量逐年提高

2010 年，我國生鐵產(chǎn)量59021.8 萬t，比2009 年增長7.42%；其增幅比鋼產(chǎn)量低1.84%，相對于上一年，我國的鐵剛比下降了0.0139%，這種狀況促進了我國噸鋼綜合能耗的降低，為我國鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排作出了貢獻。

我國重點鋼鐵企業(yè)2010 年產(chǎn)生鐵50834.8 萬t，比2009年增長9.8%；我國其他鋼鐵企業(yè)2010 年產(chǎn)鐵8187.4 萬t，比2009 年降低5.17%。這顯示我國煉鐵企業(yè)正在走上集中化、專業(yè)化的道路。相比于2009 年，我國在2010 年產(chǎn)鐵量增幅較大的省份有：重慶產(chǎn)鐵量增長28.5%，新疆產(chǎn)鐵量增長23.5%，湖南產(chǎn)鐵量增長22.7%，湖北產(chǎn)鐵量增長19.2%，江西產(chǎn)鐵量增長15.7%，廣西產(chǎn)鐵量增長14.7%，天津、江蘇、浙江產(chǎn)鐵量均增長12%以上。

河北在2010 年產(chǎn)生鐵13705.4 萬t，比2009 年減少1.48%，但河北省仍然是我國產(chǎn)鐵量最大的省，占全國產(chǎn)鐵總量的23.22%；位居第二位的是山東，其生鐵產(chǎn)量相比于上年下降0.07%，產(chǎn)量為5515.6 萬t，占全國產(chǎn)鐵總量的9.35%；位居第三的是遼寧省，遼寧省2010 年產(chǎn)生鐵5470.6 萬t，比2009 年增長0.07%，占全國產(chǎn)鐵總量的9.27%；其次就是江蘇省產(chǎn)生鐵比較多，在2010 年產(chǎn)生鐵5221.3 萬t，比2009 年增長0.42%，占全國產(chǎn)鐵總量的8.83%。

全國有13 個鋼鐵企業(yè)在2010 年的產(chǎn)鐵量超過1000 萬t。表2 詳細介紹了這些鋼鐵企業(yè)以及其產(chǎn)鐵量。

表2 我國13 個產(chǎn)鐵量超過1000 萬t 的鋼鐵企業(yè)

1.1.5 節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展

近年來，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)高度重視節(jié)能減排工作的開展，研究開發(fā)各種節(jié)能環(huán)保的煉鐵工藝。目前我國煉鐵工藝能耗逐年降低，但是與國際水平相比，仍有較大的差距，說明我國煉鐵工藝節(jié)能空間很大。目前煉鐵渣和煙塵的回收與循環(huán)利用受到充分的重視，鋼鐵企業(yè)自己研發(fā)的滾筒法連續(xù)處理和轉(zhuǎn)爐渣悶渣處理等新工藝，在實際生產(chǎn)中取得較好的應(yīng)用效果。加強鋼鐵企業(yè)的鐵渣和煙塵回收利用技術(shù)的研究與推廣工作，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)固體廢棄物“零”排放，提高了資源的利用率。煉鐵工藝中的燒結(jié)煙氣優(yōu)化排放（EOS）技術(shù)促進節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，如表2，表3，有助于減少煉鐵過程中SOx/NOx 以及燒結(jié)廢氣的排放，其中的熱廢氣抽回重用工序可使固體燃料消耗減少20%，并在對現(xiàn)有生產(chǎn)過程影響較小的情況下，改造現(xiàn)有煉鐵設(shè)備，保證了燒結(jié)礦產(chǎn)品的質(zhì)量。

成分 常規(guī)燒結(jié)EOS 工藝 減排量（質(zhì)量分數(shù)）/%流量/（m3·h-1） 1100000 580000 47 SO2/（mg·m-3） 527 715 28

表3 燒結(jié)煙氣排放優(yōu)化技術(shù)對比現(xiàn)有燒結(jié)機排放量對比

表4 燒結(jié)煙氣排放優(yōu)化技術(shù)降低排放量的比例

1.1.6 裝備大型化與設(shè)備國產(chǎn)化

目前，煉鐵生產(chǎn)設(shè)備的大型化和設(shè)備國產(chǎn)化率逐漸提高。我國鋼鐵企業(yè)2003 年以后大力建設(shè)100t 以上的大、中型冶煉設(shè)備，到現(xiàn)在大型設(shè)備已經(jīng)相當多。隨著鐵的潔凈度與品種質(zhì)量的提高，二次精煉要求精煉設(shè)備國產(chǎn)化。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)掌握了大型二次精煉設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試能力，在煉鐵精煉設(shè)備的工藝布局、工序銜接以及不同產(chǎn)品的精煉工藝等方面已有了豐富的經(jīng)驗,而且還加強了技術(shù)創(chuàng)新。

1.2 鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝存在問題

總結(jié)我國鋼鐵企業(yè)在煉鐵生產(chǎn)過程中，在有煉鐵技術(shù)進步的同時，還必須注意煉鐵工藝目前存在的技術(shù)問題，總結(jié)如下：

1）鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝的能耗跟國際煉鐵水平相比差距還是比較大的；

2）鋼鐵企業(yè)的煉鐵工藝中的廢棄物回收利用和環(huán)境治理跟國際煉鐵水平相比差距還是比較大；

3）鋼鐵企業(yè)的煉鐵工藝管理還是不夠精細，對輔料、耐材和鐵合金的分類管理不夠規(guī)范，為實現(xiàn)煉鐵工藝的精料管理，需進一步減少渣料，減輕煉爐的回量，降低生產(chǎn)工藝的成本；

4）鋼鐵企業(yè)的煉鐵工藝中碳成分控制度偏低，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性相比國際水平較低；

5）煉鐵工藝設(shè)計方法與設(shè)計理論不夠創(chuàng)新，鋼鐵廠的平面布置不夠合理，對于生產(chǎn)設(shè)備的差異化選型不夠精準，應(yīng)該深入研究煉鐵工藝的模式，達到經(jīng)濟合理的要求。

2 鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝優(yōu)化措施

1）鋼鐵企業(yè)要加強研究煉鐵生產(chǎn)過程中的技術(shù)經(jīng)濟問題，特別注重經(jīng)濟效益的研究，應(yīng)用全面系統(tǒng)的優(yōu)化方法分析鋼鐵企業(yè)的煉鐵工藝，杜絕主觀片面的優(yōu)化判斷，加強優(yōu)化過程中的調(diào)查研究，掌握鋼鐵市場的最新信息，并做出準確科學(xué)的優(yōu)化判斷。

目前，煉鐵原料價格不斷增長，一些鋼鐵企業(yè)為了降低煉鐵成本，在煉鐵過程中使用低價品位礦，致使煉鐵焦比和燃料比降低，一方面導(dǎo)致鐵產(chǎn)量下降、排放的污染物增多，另一方面，鐵產(chǎn)量的減少間接影響我國煉鋼和軋鋼的生產(chǎn)。根據(jù)資料統(tǒng)計，我國在2009 年進口的鐵礦中，品位低于52%的鐵礦高達6000多萬噸，這樣的進口情況導(dǎo)致我國進口鐵礦石量大大增加，造成進口鐵礦石的漲價，消極的影響了我國經(jīng)濟的發(fā)展，最終導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)綜合效益的下滑。為了緩解這種情況，鋼鐵企業(yè)要用科學(xué)、經(jīng)濟的技術(shù)方法進行優(yōu)化，確保鋼鐵企業(yè)進口合理經(jīng)濟的品位礦。同時鋼鐵企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)層要認識到，高爐煉鐵的基礎(chǔ)是精料，其生產(chǎn)指標受精料技術(shù)水平的影響率在70%，企業(yè)購買低價低品位的礦要有個限度。

2）鋼鐵企業(yè)要堅持精料方針政策，不斷提高高爐煉鐵原料的質(zhì)量。根據(jù)煉鐵工藝中用料雜的特點，關(guān)于燒結(jié)用礦粉問題上，對于供用量較大的礦點以單燒品位堆料原則供用，對于供用量較小并且礦粉品位相對低的礦點，要專門設(shè)立精礦雜配，進行礦粉的二次混配，這樣大大提高了燒結(jié)礦的堿度以及品位穩(wěn)定性；在煉鐵工序中焦炭供用上，根據(jù)焦炭上料系統(tǒng)特點以及焦炭供應(yīng)量及質(zhì)量的情況，推行“堆新用舊、供戶至爐”的原則，從而保證各高爐焦炭供用的穩(wěn)定性；煉鐵過程中用的酸性料，應(yīng)用電子稱配料實現(xiàn)精確混配的目標，保證了配料粒度組成。對煉鐵焦炭入爐上，實行切分后分級入爐工藝，并對二區(qū)的燒結(jié)礦系統(tǒng)進行優(yōu)化，實行燒結(jié)礦分級入爐，在強度上下功夫，同時要在凈料入爐上下功夫。建成球團礦、塊礦篩分系統(tǒng)，同時增加燒結(jié)礦的冷返礦篩工序，從而入爐粉末率大大下降。

3）提高煉鐵工藝基礎(chǔ)管理水平。建立、完善煉鐵過程中五大體系的管理標準，五大體系包括：標準體系、指標體系、參數(shù)體系、成本體系、信息體系。確保隨時監(jiān)控煉鐵系統(tǒng)的原料投入、控制參數(shù)、指標變化、生產(chǎn)成本以及事件發(fā)生，能夠及時扼制系統(tǒng)波動。

4）加強焦炭煉焦工藝技術(shù)的優(yōu)化。為降低煉焦的成本，緩解主焦煤短缺的現(xiàn)狀，我國焦化界要重視優(yōu)化配煤的推廣。我國鋼鐵企業(yè)煉鐵要推廣干熄焦炭和搗固焦炭的使用，小的高爐不可片面追求煉鐵中焦炭的熱性能，而要通過科學(xué)有效的方法來降低焦炭用量，如提高噴煤比和降低燃料比的方法就相當有效。

我國鋼鐵企業(yè)特別是有焦化廠的聯(lián)合企業(yè)，若采用搗固煉焦技術(shù)，可明顯的提高煉鐵的焦炭質(zhì)量，進而降低高爐焦比20～30kg/t。而對于獨立的焦化廠，若使用搗固煉焦技術(shù)，必然導(dǎo)致主焦煤比例大大降低，從而降低了搗固焦炭在高爐里的反應(yīng)性能，升高了高爐的燃料比，致使鐵產(chǎn)量下降，因此，鋼鐵企業(yè)煉鐵過程中不愿使用獨立焦化廠的搗固焦炭。這就需要使用新的搗固焦炭指標體系以及檢驗指標的方法，主要以焦炭的粒度組成和性能來評價焦炭的質(zhì)量。

3 結(jié)論

本文簡單闡述了鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的煉鐵工藝發(fā)展以及存在的問題，針對煉鐵工藝存在的問題提出了一些切實可行的解決措施，并比較了我國與其他發(fā)達國家之間存在的差距，探討了我國鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝的發(fā)展前景。當前，鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝中，熱效率已經(jīng)很高，工藝技術(shù)設(shè)備也已完善，大型化、長壽化的高爐煉鐵工藝作為我國主要煉鐵設(shè)備，將繼續(xù)在煉鐵領(lǐng)域占統(tǒng)治地位。因此，鋼鐵企業(yè)煉鐵工藝優(yōu)化過程中要重視高爐煉鐵工序的優(yōu)化，使高爐煉鐵

面向低能化，并要節(jié)省煉鐵資源、改善煉鐵環(huán)境。其次，國家要大力提高煤炭界的洗煤技術(shù)，將焦煤灰份降到最低，此措施即能減少煤炭的運輸量，還能降低運輸費用，最重要的是使我國煉鐵工藝達到節(jié)能減排的目的。最后，要鼓勵創(chuàng)新研究，開展非高爐煉鐵技術(shù)，發(fā)展有中國特色的煉鐵工藝，促進我國鋼鐵企業(yè)煉鐵技術(shù)的進步，創(chuàng)造領(lǐng)先世界的新煉鐵流程。

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