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2023/07/28
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摘 要 天津某有限公司炼铁厂1号、2号高炉有效容积分别为730m3、630 m3，前几年受内外因素影响，产能未能得到释放，利用系数较同类型高炉偏低，为此，近两年我们围绕提产降耗工作进行了攻关，通过各项优化、改善措施，充分发挥设备潜力，提高冶炼强度，高炉铁水产能逐年攀升，各项经济技术指标均取得了较好的效果。
1 影响产量因素分析
根据我们高炉生产工艺、物料及设备情况，分析影响制约生产瓶颈问题，发挥产能需优化因素主要如下：工艺方面：富氧率、高炉顶压、风温、物料控制及标准化管理实施等。入炉原料：高铝（炉渣中16.5-17.5%），高钛（入炉Ti负荷8-10kg），高入炉块矿比20%。设备方面：卷扬上料系统、炉前液压系统、焦炭预热系统改造，及高炉定修长周期管理等一系列软件管理措施。
2 工艺改善方面的措施
2.1 增加富氧量，提高冶炼强度
由于风中含氧量增加，吨铁需要的风量减少，如果保持风量不变，冶炼强度提高，在焦比不变的前提下产量增加。富氧率1%可增加产量：（1×0.99-0.21）%/0.21=3.71%，实际上一般可增加产量约3.50%。2018年之前我公司小时富氧量仅在4000~7000m3，月均富氧率在2~4%之间，2019年1月份，为发挥产能效益，小时富氧量提高到9000~10000m3，全年富氧率平均达到6%，到2020年上半年富氧率达到6.5%左右，见表1。通过实践，随着冶炼强度提高，提产效果明显。
2.2 提高顶压，增产节焦
高压操作可以改善料柱透气性，降低炉内煤气流速，提高产量，降低焦比，有利于炉况稳定顺行。高压操作风量增加，压差降低，间接还原增减，也促使燃烧速度加快，由于炉内煤气压力的升高，煤气中O2和CO2分别升高，促使燃烧速度加快。同时高压操作燃烧带缩小，为了维持合理的燃烧带，保证初始煤气流合理分布，这样就起到了增加产量的作用。我公司1号、2号高炉炉顶设备设计能力为250kPa，有很大的提升空间，为发挥高顶压效益，两座高炉由2016年之前两高炉顶压190kPa、180kPa，逐步提到210 kPa、205kPa，根据经验值，顶压提高10kPa，焦比降低2kg/t、风量增加3%、产量增加1.1%~1.3%。通过实践，风量由原来1800m3/min左右，增加至目前2160、2050m3/min左右。
2.3 提高风温，降低燃耗
热风带入的热量占高炉全部热收入的21%左右，风温水平每提高100℃，理论燃烧温度升高约80℃，采用高风温既增加了喷煤以后的热补偿，又可使燃烧带具有较高的温度水平。我国大多数中小高炉风温水平只有1050~1150℃，多数大高炉风温水平只有1150~1200℃。2017年1~6月份1号高炉平均风温为1166℃，而且随着热风炉使用周期的延长，风温水平逐年下降趋势。
我公司1号高炉现有四座热风炉，其中1#热风炉在高炉扩容期间改造为顶燃式，其余三座均为豫兴型内燃式热风炉，送风效果较差，尤其4#热风炉影响较为明显，不但送风时间短，且风温也提不上去，2017年12月份利用高炉年修机会，将4#热风炉改造成顶置预燃室燃烧器的锥形拱顶热风炉结构，并采用更加成熟的旋流预混燃烧及燃烧室堆砌硅质格子砖助燃的热风炉技术，针对性地克服原热风炉的性能与结构缺陷，2018年投入使用后风温有了较大的幅度提升，见表2，平均风温水平提升38℃，理论降低焦比3kg/t，达到了预期目标，增产节焦效果明显。
2.4 物料保障
（1）提高综合入炉品位：说到提产降耗离不开物料保障，综合入炉品位提高1%，焦比降低2%，产量增加3%，近几年我公司非常重视提高入炉原料品位工作，2019年全年平均综合入炉品位达到57.8%，见图1，为产量的提高创造了有利条件。
（2）锌负荷控制情况：锌是高炉炼铁的有害杂质，按照国际标准和《炼铁工艺设计规范》要求，高炉锌负荷应低于150g/t。高锌负荷引起高炉炉身结厚、高炉顺行困难，煤气利用率降低等到一系列问题。2018年7~9月份我公司烧结矿配加污泥后，入炉锌负荷平均达到了600~700g/t，煤气利用率仅在40~41.5%之间且不稳定，两高炉燃料比较正常情况下高出5~8kg/t，9月10日烧结停用污泥后，直到20日降至500 kg/t以内。根据我公司实际情况，2019年入炉锌负荷控制在300~450 g/t，2020年锌负荷250~350 g/t范围内，每天根据化验结果对入炉锌负荷进行测算，超出350g/t及时预警，控制烧结矿含锌量，目前基本稳定在250~300g/t之间，保障了物料质量。（3）烧结矿粒级影响：2018年11月份烧结因环保限产，烧结停用竖冷窖工艺后，烧结矿通过机上负压冷抽工艺，入炉烧结粒级≥25mm粒级部分由原来30~40%，上升到50~60%之间，CO利用率由43%左右下降至40%，影响煤气利用率2-3%，造成燃料比上升10-15kg/t，从图2可以看出，中旬经过竖冷窑工艺的烧结矿，煤气利用率逐步上升，15日最高到44%，因此控制入炉烧结矿≥25mm粒级不高于35%以内，对提高煤气利用率增产节焦效果明显。
2.5 标准化管理控制点
（1）炉温控制：[Si]控制标准0.2～0.40%，炉温稳定率＞90%，严禁上下炉波动＞0.2%，保障铁水物理热≥1480℃，减少钛负荷对炉缸的影响，同时高物理热也用以改善高铝渣流动性问题。（2）炉渣Al2O3含量在16-17.5%，第一保证高物理热大于1480℃，第二增加渣中MgO至10.5-11.5%。因此Mg/Al比按炉渣中Al2O3含量做0.60～0.65控制，三元碱度在1.4～1.5倍，满足造渣在高炉冶炼中的作用。（3）煤比控制：班煤比按145～150kg/t调剂焦炭负荷，控制小时燃料比波动±10kg以内。（4）出铁管理：出铁间隔严格控制在20±2min，炉前出渣率≥71%、炉前出铁率≥70%、出铁均匀率≥60%、出铁正点率≥80%，确保出净渣铁。（5）入炉烧结矿粒级控制要求：5～10mm＜20%、＜5mm≯3%，每班清筛不少于4次，入炉块矿单独存放，干燥水份控制在＜3%，并控制入炉装料顺序。对于成分不好的块矿小比例有计划配吃，保证路况稳定。工长操作上分析好上班、操作好本班、交好下一班，努力实现“炉温、料批、炉渣碱度、装料制度、配料比、综合负荷、热风压力、炉顶压力、热风温度、压差范围”十稳定。通过标准化作业控制措施的推行，岗位技能和操作水平不断提升，做到了炉况持续稳定顺行。
3 设备改造方面的措施
3.1 卷扬上料系统改造
1号高炉料车原上料能力小时平均为7.5批，日均料批为180批，批铁量按18.1吨测算，高炉日产能力也仅为3250吨左右，若要满足3400吨的日产量要求，需保障料车日均上料速度达到8.0-8.2批/小时，炼铁厂针对上料系统做了一系列优化，主要有以下几方面：（1）将中间仓的闸门开口加大了200mm，提高了单位时间下料量，下料时间由45S减少到了28S；（2）调整料车上料速度，料车运行时间由原49s减少到46S；（3）调整了炉顶系统各阀门的开关时间，每批料减少15S。通过上述调整措施，上料能力平均每批料缩短了35S，这样由原来每批料平均480S减少到445S，合计每批料由原来的8分钟减少到7.42分钟，日上料能力达到了194批，小时平均上料能力达到了8.08批，从上料系统方面，满足了提产降耗供料需求。
3.2 焦炭预热系统改造
我公司高炉焦炭预热利用烧结竖冷窖余热，通过预热风机将高温热气引入焦仓，对焦炭进行预热，但是受到预热风机能力限制，焦炭烘干效果差，仅去除1%-2%的水分，同时在焦炭预热过程中，焦炭仓内产生的蒸汽不能及时排出高架作业区，存在安全隐患。为提高焦炭预热效果，针对1#预热风机改造为AI-1000单悬臂加压风机，增加风机出口压力，单独对1号高炉焦仓进行预热烘干，增强了焦炭烘干效果，根据实测能去除焦炭2%-3%外水，由于减少了焦炭水分，有效提高炉顶煤气温度，减小因增加富氧降低炉顶煤气温度的影响。
3.3 炉前液压站系统改造
2号高炉提高顶压至200kPa后，泥炮不适用高强度炮泥，经常有打不动泥现象，针对此种情况，设备人员提出改造方案并进行了充分论证，将炉前160T泥炮更换为240T泥炮，将泥炮旋转油缸缸径由φ180变为φ220，打泥油缸缸径由φ320变为φ350，炉前液压站流量116L/min将增大到231L/min，炉前液压站A7V80液压泵组3台将全部运行，液压流量增加后，由于油箱容积和散热面积不足，运行时油温将会持续处于高温状态，为液压系统稳定运行带来隐患。为节约成本，在油箱南侧增加1台A7V80液压电机泵组，保障三台液压泵运行有1台备用泵组，并增加一个副油箱与泵组油箱连接，将冷却循环泵组安装到副油箱上，冷却器回油回到主油箱，强化液压油冷却，主、副油箱同时散热，以增加液压油箱散热面积。改造完成后，炉前液压站以最低投资，满足了在高顶压强化冶炼条件下炉前泥炮、开口机工艺运行要求。
3.4 做好设备基础管理工作
炼铁厂贯彻执行公司以点检定修制为核心，全员设备管理TPM为辅助的设备管理中心思想，一是推行了以全员生产维修为主，所有设备包机到人；二是重点加强点检定修管理，故障率明显降低，将设备隐患在萌芽状态得到及时解决处理；三是设备监测数据化和可视化管理，便于及时掌握设备运行状态；四是维修标准化，通过在检修中的摸索，目前气密箱、磨机减速机、风机、主卷扬减速机、天车和料车钢丝绳更换，以及泥炮打泥机构更换等方面均已建立适合现状的维修标准化作业流程，取得了较好的效果，规避了检修人员技术力量薄弱的问题。通过上述一系列设备管理措施的实施，2019年1号高炉仅在3月、6月和10月份安排定修3次，全年设备故障休风率为“0”，慢风率也仅为0.016%，见表3，全年实现了年初制定的三个月定修计划，保障了高炉创高产、低消耗目标的完成。
4 效果评价
近两年来通过实施各项提产降耗措施，天丰两座高炉产量大幅提高，高炉各项经济技术指标也明显提升，具体如下：（全矿冶炼，不剔除定修影响）（1）全年利用系数年度历史再创新高：2019年全厂完成利用系数4.39t/（m3·d），较2018年4.17t/（m3·d）高0.22t/（m3·d），2020年上半年利用系数达到4.41t/（m3·d），见图3。
（2）单高炉产量最佳日产记录：2019年10月份1号炉30日产量最高到3604吨，利用系数4.94t/m3；2号炉16日产量最高到3176.78，利用系数5.04t/m3。（3）近年度各高炉全厂经济技术情况见表4。
5 结论
炼铁厂提产降耗工作及其成效，实现了高炉工艺操作及生产、设备管理的突破，在不进行较大的投资的情况下，高炉产能得到了释放，创造了同类型高炉最佳利用系数指标。优质的原燃料条件是高炉稳定高产的基础，加强设备管理，提高设备运行的稳定性，为生产的高效创造了有利条件。
摘自中国炼铁网
北大先锋是国内高炉富氧变压吸附供氧技术的领航者，作为主要起草人参与中国金属学会《T/CSM44-2022高炉炼铁变压吸附供氧技术规范》团体标准的制定。北大先锋通过国内外70余个高炉富氧项目积累，不断总结先进经验，为推进我国钢铁行业规范使用变压吸附制氧设备做出了巨大贡献。
变压吸附制氧具有能耗低、压力低、安全稳定等特点，尤其适用于高炉富氧。随着技术进步，北大先锋变压吸附制氧设备产氧规模已逐步向大型化发展，目前的最大制氧装置群为湖南华菱涟钢的87500Nm3/h规模的VPSA制氧设备。变压吸附制氧规模从数千方到数万方不等，已普遍满足大多数钢铁用户高炉富氧缺口，助力钢铁企业以经济性更高的氧气提升企业市场竞争力。
