鐵前一體化降本技術(shù)的應(yīng)用探析

馮廣斌

1.前言

2017年，首鋼長鋼公司在去產(chǎn)能的大背景下，以鐵水成本為切入點，立足“三個一體化”生產(chǎn)運行組織與管理模式（鐵燒焦生產(chǎn)組織一體化、優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)一體化、設(shè)備計劃檢修一體化），實現(xiàn)物質(zhì)流、能量流、成本流的全流程系統(tǒng)配置和相互間有機耦合，做到事前計劃精準、事中反應(yīng)快速和事后分析到位，提高各工序各環(huán)節(jié)運行效率，確保高爐穩(wěn)定生產(chǎn)，降低鐵水成本。

對于鋼鐵流程來說，鐵前系統(tǒng)最大的任務(wù)就是降低鐵水成本和提高鐵水質(zhì)量。目前，首鋼長鋼的鐵前系統(tǒng)現(xiàn)狀是：（1）豎爐停產(chǎn)，沒有自產(chǎn)球團供應(yīng)；（2）兩座高爐生產(chǎn)均處于爐役中后期，處于常態(tài)化護爐冶煉階段；（3）燒結(jié)機生產(chǎn)能力較大，能滿足高爐需求；（4）新?lián)v固焦爐先后投產(chǎn)，焦化生產(chǎn)能力加大；（5）自發(fā)電量少，外購用電量大。

在現(xiàn)有條件下，如何協(xié)調(diào)供應(yīng)、焦化、煉鐵三個工序步伐，通過工藝制度升級優(yōu)化來實現(xiàn)高性價比礦煤的使用及高爐的長期穩(wěn)定順行，在有限的投入條件下進行局部設(shè)備升級改造，實現(xiàn)相對客觀的經(jīng)濟效益回報，成為長鋼鐵前系統(tǒng)最為關(guān)鍵的問題。為解決這些問題，首鋼長鋼公司提出：以鐵前一盤棋為原則，有序推進鐵前工序一體化的冶煉控制模式，從選礦選煤、采購、庫存管理、工藝優(yōu)化等角度出發(fā)，開展一體化管控攻關(guān)。

2.鐵前一體化降本模式的技術(shù)核心

通過配礦、配煤，獲取高性價比的燒結(jié)礦和焦炭，在現(xiàn)有裝備條件下深化挖潛，合理配置爐料結(jié)構(gòu)，在高爐中完成相互耦合反應(yīng)，生產(chǎn)出產(chǎn)量、質(zhì)量和成本都能滿足下游工序需求的鐵水。

配礦：以適當(dāng)提高堿度（從1.6提高至1.7以上）改善質(zhì)量和冶金性能為基礎(chǔ)，規(guī)范Zn、P、S、Mn等有害元素控制原則，結(jié)合高爐護爐加鈦，通過成分、粒度、燒結(jié)性能互補，充分挖掘高性價比新資源（低鈦南非精礦粉、中鈦新西蘭海砂、智利精粉、低P黎城精粉等），最大限度利用各種固廢（鋼渣、鐵皮、鐵屑、磁選鐵、高爐除塵灰、煉鋼污泥、焦化灰等）。

配煤：利用搗固焦炭特點，使用30%的強粘結(jié)煤（主焦煤+1/3焦煤+肥煤）+70%的弱粘結(jié)煤（貧瘦煤+氣煤）的配煤結(jié)構(gòu)，逐漸提高干熄率和發(fā)電能力，提升焦炭冷強度（M40和M10），保持CRI和CSR熱性能指標，在確保高爐現(xiàn)有焦炭負荷基礎(chǔ)上，進一步利用好干熄優(yōu)勢，通過改善高爐指標提升焦炭性價比。

高爐穩(wěn)定操作：一方面以努力適應(yīng)現(xiàn)有原燃料變化為前提，控制好入爐有害元素負荷（Zn、P、Mn），堅持高爐操作制度一貫性和定量調(diào)劑適度性相結(jié)合，維持穩(wěn)定的煤氣分布；另一方面通過實施提高燒結(jié)礦基礎(chǔ)鈦量、減少高鈦塊礦的階段性低成本護爐策略，堅持爐溫控制在0.4%-0.55%范圍，改善鈦分配，提高鐵水[Ti]，提高護爐效率，并控制好護爐對爐缸活躍性的影響，平衡好產(chǎn)量和爐缸長壽之間的沖突。

3.鐵前一體化降本模式的技術(shù)內(nèi)容

3.1 建立鐵前流程一體化降本模型

以成本流為目標，研究整個鐵前的物質(zhì)流、能量流將有利于提高資源、能源利用效率，促進鐵水成本的進一步降低。三位一體的物理模型：將物質(zhì)、能量和成本三種要素的輸入、遷移、轉(zhuǎn)化、輸出過程以及相互關(guān)系進行物理上的描述和定量或半定量化的分析，掌握特點和重點，尋找降低成本的突破口。

鐵前流程一體化，就是要以成本流為中心，優(yōu)化物質(zhì)流和能量流，并通過物質(zhì)流和能量流之間建立有機關(guān)系達到降低成本目的。結(jié)合物質(zhì)流和成本流分析降本的要點：高性價比資源應(yīng)用，合理利用固廢，護爐資源利用方式；結(jié)合能量流和成本流分析降本的要點：降低燒結(jié)固體燃耗，燒結(jié)提高余熱發(fā)電，焦化提高發(fā)電，高爐TRT發(fā)電等等；結(jié)合物質(zhì)流、能量流相互關(guān)系分析降本的要點：改善燒結(jié)礦和焦炭質(zhì)量，降低焦比燃料消耗。

3.2 開展高性價比資源開發(fā)與合理使用攻關(guān)

長鋼以現(xiàn)貨采購為模式，大力開發(fā)高性價比資源，積極拓展固廢資源的回收利用渠道。

3.2.1 低成本配礦技術(shù)

以鐵水成本最低為目標和采購原則，對燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)進行動態(tài)調(diào)整，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，提高高性價比礦粉的使用比例。根據(jù)測算，智利燒結(jié)粉和澳混合粉的性價比居于中等偏上的水平，結(jié)合燒結(jié)優(yōu)化配礦軟件測算結(jié)果，在保證燒結(jié)礦化學(xué)成分穩(wěn)定的前提下，將澳混合粉作為主礦種，配合一部分智利燒結(jié)粉，可獲得最低的燒結(jié)成本，同時保證燒結(jié)礦化學(xué)成分穩(wěn)定，可獲得最低的鐵水成本。

3.2.2 低堿度高比例褐鐵礦燒結(jié)技術(shù)

開展堿度對長鋼燒結(jié)礦質(zhì)量影響研究，主要是開展燒結(jié)杯實驗，定量化進行比較分析，摸索規(guī)律；開展高褐鐵礦燒結(jié)技術(shù)應(yīng)對分析，通過比較其他企業(yè)的使用經(jīng)驗和應(yīng)用結(jié)果，結(jié)合燒結(jié)杯實驗，進行研究，掌握信息；開展低堿度條件下優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)研究，在高褐鐵礦燒結(jié)情況下，使用石灰石粉替代部分活性粉灰，增加燒結(jié)熔劑絕對加入量，研究低堿度條件下大比例配加石灰石粉適宜水碳控制及對燒結(jié)過程、成品質(zhì)量指標的影響；開展燒結(jié)適度提堿度搭配酸性料入爐改善高爐指標工業(yè)試驗，適當(dāng)提高燒結(jié)礦的堿度，改善燒結(jié)礦質(zhì)量，進而比較高爐順行度、技經(jīng)指標的變化情況。

3.2.3 開發(fā)選擇塊礦資源

針對長鋼所處氣候特點，在高爐用塊礦資源的開發(fā)選擇上，不僅要考慮礦石本身的化學(xué)成分、冶金性能，以及經(jīng)濟價值，同時還要考慮礦粉的含粉率在雨季對高爐篩分系統(tǒng)的影響。對兩種成分接近，但含粉率差異較大的澳塊資源PB塊和羅伊山塊進行基礎(chǔ)性能對比分析，為長鋼高爐塊礦的選擇提供依據(jù)。

3.2.4 合理利用固廢資源

目前，長鋼燒結(jié)回收的含鐵固廢種類包括高返、燒結(jié)機頭除塵灰、高爐重力除塵灰、高爐布袋灰、高爐礦槽灰、煉鋼壓濾泥、煉鋼篩下礦灰、水渣鐵、磁選鐵、氧化鐵皮、粗顆粒、鋼渣粉和焦化灰等，主要開展高磷鋼渣粉與低磷地方精粉搭配，提高鋼渣粉配比和含鋅含鐵除塵灰應(yīng)用研究；高爐噴吹焦化灰研究，主要是通過對焦化灰進行工業(yè)分析，測算性價比，分析其使用的利弊，結(jié)合制粉、噴吹、高爐反應(yīng)的具體變化過程，動態(tài)調(diào)整配用比例和優(yōu)化工藝。

3.3 高爐穩(wěn)定高效操作技術(shù)

3.3.1 提高入爐焦炭質(zhì)量性能

高爐使用100%新區(qū)搗固干熄焦炭，從現(xiàn)有入爐指標上看似有所進步，但從高爐反應(yīng)來看并未體現(xiàn)出應(yīng)有的優(yōu)勢。從配煤結(jié)構(gòu)看，新區(qū)搗固焦炭的強粘結(jié)煤比例為30%，焦炭成本與外購焦相比雖然大幅度降低，但進步不大，高爐焦炭負荷基本維持在4.5左右。以目前的高爐冶煉燃料成本為衡量基礎(chǔ)，如果提高焦炭的強粘結(jié)煤比例，焦炭成本相應(yīng)提高，那么高爐必須通過降低焦比來消化這部分提高的成本。

3.3.2 多料種含鈦物料低成本護爐技術(shù)

通過在燒結(jié)工藝配加一定量的含鈦礦粉，確保燒結(jié)礦質(zhì)量性能不劣化的前提下，使燒結(jié)礦含有適當(dāng)?shù)腡iO2，提高高爐入爐的基礎(chǔ)鈦量，從而減少購買價格相對高的鈦球或高鈦塊礦，降低護爐成本。主要開展：燒結(jié)配加含鈦資源，通過配加新西蘭海砂提高基礎(chǔ)鈦含量，新西蘭海砂因配比低于2%，因此與雜料一起混勻造堆后配加，以便改善配加控制精確性和均勻性。根據(jù)高爐護爐要求和資源庫存情況，兩種含鈦礦粉可以互備，既單獨使用也可混合使用；開展含鈦燒結(jié)礦代替部分鈦礦護爐技術(shù)研究。

3.3.3 主要應(yīng)對措施的制定

基于高比例機燒礦爐料結(jié)構(gòu)的高爐操作對策有：（1）在爐料平衡和爐渣堿度平衡基礎(chǔ)上，仍要適當(dāng)提高燒結(jié)礦堿度（例如堿度從1.6提高至1.7），盡可能改善燒結(jié)礦質(zhì)量性能，減小對高爐透氣性的影響；（2）可考慮適當(dāng)?shù)闹行募咏沽?，確保中心煤氣通道，并控制合理的邊緣煤氣通道。新焦爐投產(chǎn)以后自產(chǎn)干熄焦?jié)M足高爐的需要，從而替代外購二級焦炭；（3）在合理風(fēng)速動能下建議進一步提高高爐頂壓，減少實際爐腹煤氣量，從而降低阻損和壓差。（因熱風(fēng)、煤氣管道限值實際操作不可行）；（4）在合理風(fēng)速動能下適當(dāng)降低風(fēng)量，有條件可提高富氧率，控制合適的爐腹煤氣量和合理的冶煉強度，從而降低壓差。

高爐基本制度及攻守退定量調(diào)劑措施制定，結(jié)合高爐的實際反應(yīng)和原燃料條件，從爐溫、負荷、壓量關(guān)系、料線走勢等方面著手，制定相應(yīng)的調(diào)劑手段，實現(xiàn)定量化的調(diào)劑應(yīng)對。包括穩(wěn)定充沛的爐溫基礎(chǔ)、穩(wěn)定的裝料制度和煤氣利用率、提高富氧率和頂壓控制爐腹煤氣量、穩(wěn)定渣鐵制度和控制爐渣合適鎂鋁比、穩(wěn)定的裝料制度和煤氣利用率。

3.4 余熱利用節(jié)能技術(shù)

3.4.1 燒結(jié)提高余熱發(fā)電量

燒結(jié)—環(huán)熱余熱發(fā)電相關(guān)參數(shù)分析主要包括：噸礦發(fā)電量與燒結(jié)料批對比、噸礦發(fā)電量與焦粉配比對比、噸礦發(fā)電量與活性石灰配比對比、噸礦發(fā)電量與燒結(jié)終點溫度對比、噸礦發(fā)電量與燒結(jié)總管溫度對比、噸礦發(fā)電量與燒結(jié)返礦配比對比、噸礦發(fā)電量與燒結(jié)終點位置對比、噸礦發(fā)電量與余熱發(fā)電循環(huán)風(fēng)機頻率對比、噸礦發(fā)電量與余熱發(fā)電煙氣進口溫度對比。

3.4.2 焦化提高發(fā)電量

采用干熄焦工藝對于改善焦炭質(zhì)量和提高焦化工序能源利用率均具有重要意義。長鋼焦化廠干熄焦項目于2017年3月4日開始烘爐，于3月23日開始裝紅焦投產(chǎn)，4月5日發(fā)電并網(wǎng)，焦化廠干熄焦工序正式投入使用。摸索工藝制度、操作制度與發(fā)電量之間的關(guān)系，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行和維護，提高發(fā)電量成為核心。

3.5 建立高爐質(zhì)量標準體系

根據(jù)長鋼鐵前工藝條件和原燃料狀況制定了高爐質(zhì)量標準體系，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了高爐質(zhì)量標準體系管控軟件，實現(xiàn)鐵前系統(tǒng)質(zhì)量標準體系的一體化管控。該管控系統(tǒng)以高爐質(zhì)量體系總體目標為核心，圍繞該目標對高爐、燒結(jié)、原料，以及采購工序進行質(zhì)量標準管控。

3.5.1 高爐質(zhì)量標準體系構(gòu)建

高爐質(zhì)量標準體系包括體系總體目標、高爐工序支撐指標、燒結(jié)工序支撐指標、原料工序支撐指標以及采購工序支撐指標，各個工序指標之間按上下游關(guān)系互為支撐和管控，包括高爐工序支撐指標、燒結(jié)工序支撐指標、原料工序支撐指標、采購工序支撐指標

3.5.2 高爐質(zhì)量標準體系管控軟件開發(fā)

在高爐質(zhì)量標準體系數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上開發(fā)出高爐質(zhì)量標準體系管控軟件，軟件所使用的開發(fā)工具為VB6.0。具有用戶界面友好、操作方便、運行穩(wěn)定等特點，主要用于鐵前質(zhì)量標準體系的一體化管控

3.5.3 高爐質(zhì)量標準體系應(yīng)用

異常事故情況下保高爐穩(wěn)定措施。鐵前系統(tǒng)是一個錯綜復(fù)雜的工藝體系，涉及多個工序和子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)既獨成體系，又相互影響和關(guān)聯(lián)。如何在子工序或子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，在異常事故狀態(tài)下保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行就成為高爐穩(wěn)定操作需要考慮的一個重要環(huán)節(jié)。在異常事故狀態(tài)下，堅持穩(wěn)定即效益的理念，所有應(yīng)對措施以高爐穩(wěn)定為宗旨和底線，將異常事故對高爐操作的影響降至最低；異常事故下應(yīng)對措施分析。

3.6 加強鐵前成本一體化管理

3.6.1 低庫存管理，降低財務(wù)費用

為了保證生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，制訂了生產(chǎn)庫存預(yù)警管理制度，該制度適用于各生產(chǎn)單位及相關(guān)管理部門對大宗原燃料、輔料、自產(chǎn)中間產(chǎn)品庫存、成品庫存的預(yù)警管理。主要包括：設(shè)定生產(chǎn)庫存預(yù)警線和生產(chǎn)庫存預(yù)警管理流程。

3.6.2 推行“三個一體化”生產(chǎn)運行組織模式

發(fā)揮鐵燒合并后的生產(chǎn)組織運行優(yōu)勢，徹底消除鐵燒界面影響。在推行大宗原燃料“低庫存”生產(chǎn)運行現(xiàn)狀下，推行“三個一體化”生產(chǎn)組織運行模式，保障高爐長期穩(wěn)定順行，為降本增效奠定基礎(chǔ)。推行“鐵燒生產(chǎn)組織一體化”。以高爐需求為燒結(jié)生產(chǎn)標桿，通過高爐日均產(chǎn)量和爐料結(jié)構(gòu)確定燒結(jié)生產(chǎn)，并通過優(yōu)化燒結(jié)單雙機生產(chǎn)模式，降低低產(chǎn)階段燒結(jié)加工成本。推行“優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)一體化”。探索高爐低鎂鋁比運行，減少燒結(jié)熔劑消耗，同時減少九高爐護爐期間高鈦塊消耗。推行“設(shè)備計劃檢修一體化”。高爐燒結(jié)機實現(xiàn)同步，提高了現(xiàn)產(chǎn)燒結(jié)使用率，降低了燒結(jié)倒搬費，在給高爐順行創(chuàng)造條件的同時降低了物料運輸費用。

4．鐵前一體化降本模式的技術(shù)創(chuàng)新

4.1 立足“三個一體化”生產(chǎn)運行組織與管理模式

通過配礦、配煤，獲取高性價比的燒結(jié)礦和焦炭，深化挖潛，合理配置爐料結(jié)構(gòu)，通過實施提高燒結(jié)礦基礎(chǔ)鈦量、減少高鈦塊礦的階段性低成本護爐策略，堅持爐溫控制在0.4-0.55%范圍，改善鈦分配，提高鐵水[Ti]，提高護爐效率，兼顧了高爐護爐狀態(tài)下產(chǎn)量、爐缸活躍性和爐缸長壽三者之間的平衡，以及通過建立并執(zhí)行高爐質(zhì)量標準管控體系等技術(shù)和管理措施，高爐連續(xù)穩(wěn)定運行800天，鐵水成本不斷縮差，行業(yè)排名第六位。

4.2 堅持了高爐大比例燒結(jié)礦冶煉的工藝路線

根據(jù)長鋼燒結(jié)產(chǎn)能富余，無自產(chǎn)球團生產(chǎn)線的產(chǎn)能配置特點以及自身資源狀況，長鋼選擇并堅持了高爐大比例燒結(jié)礦冶煉的工藝路線。通過基礎(chǔ)試驗以及生產(chǎn)實踐，摸索出了大比例燒結(jié)礦搭配生礦和少量酸性球團礦的高爐爐料結(jié)構(gòu)，即發(fā)揮了高比例燒結(jié)礦的低成本優(yōu)勢，又避免了燒結(jié)礦堿度落在1.6的燒結(jié)礦質(zhì)量低洼區(qū)（燒結(jié)礦堿度由1.6提高至1.75），燒結(jié)礦強度提高1個百分點，RDI+3.15低溫還原粉化指數(shù)由54%大幅度提高至60%，為高爐低成本穩(wěn)定運行提供了原料和結(jié)構(gòu)保障。

5.鐵前一體化降本模式的應(yīng)用效果

長鋼立足“三個一體化”生產(chǎn)運行組織與管理模式，通過配礦、配煤，獲取高性價比的燒結(jié)礦和焦炭，深化挖潛，合理配置爐料結(jié)構(gòu)，開展了原燃料提質(zhì)降耗、低成本階段性護爐、高爐穩(wěn)定操作等技術(shù)研究和應(yīng)用實踐，實現(xiàn)了長鋼高爐長期順穩(wěn)和鐵水成本大幅度降低。選取2016年1-12月為基準期，2017年1月-12月為工業(yè)應(yīng)用期，通過高性價比資源采購，原燃料提質(zhì)、節(jié)能、降耗，采用符合長鋼產(chǎn)能配置特點以及資源條件的大比例燒結(jié)礦爐料結(jié)構(gòu)，強化高爐質(zhì)量標準管控體系，穩(wěn)定高爐操作等一系列技術(shù)措施的實施，長鋼高爐實現(xiàn)了長期順穩(wěn)，鐵水成本大幅度降低。

（1）鐵成本排名創(chuàng)造歷史，全年生鐵成本完成1896.74元/噸，比行業(yè)平均好112.68元/噸，行業(yè)排名第8名，較上年相比前進31名,成本與行業(yè)平均差距與上年相比縮差154.51元/噸。

（2）積極克服原燃料市場波動加劇、環(huán)保監(jiān)管壓力驟增、高爐爐役后期生產(chǎn)等不利因素，全年生鐵產(chǎn)量完成221.63萬噸，同比增加2.32萬噸，為公司擴大規(guī)模效益奠定基礎(chǔ)。

（3）主要技術(shù)經(jīng)濟指標持續(xù)進步，高爐燃料比完成540kg/t，同比降低5kg/t，燒結(jié)固體燃料消耗完成50.5kg/t，同比降低1.3kg/t，燒結(jié)礦余熱噸礦發(fā)電量14.89度，達到行業(yè)先進水平。

通過一系列降本措施的實施，不但實現(xiàn)了長鋼鐵水成本的大幅度降低，而且取得了高爐長期穩(wěn)定運行，其中的高爐穩(wěn)定操作技術(shù)、低成本護爐技術(shù)、高爐質(zhì)量標準體系管控技術(shù)，以及“三個一體化”生產(chǎn)運行組織模式等技術(shù)和管理模式，均具有較高的推廣和借鑒價值。