高炉焦炭配料结构的优化实践

张晓晨，曾文军

( 福建罗源闽光钢铁有限责任公司，福建 罗源 350600)

摘 要: 罗源闽光高炉采用的全是外购焦炭，面对低成本压力，高炉入炉焦炭质量波动较大，影响炉况稳定顺行，高炉铁水成本大幅波动。通过对罗源闽光高炉焦炭结构持续对比分析，观察判断炉况、分析操作、核算铁水成本，确定适合罗源闽光的入炉焦炭结构，既保证了高炉稳定顺行对焦炭质量的基本要求，又降低入炉焦炭成本。

关键词: 焦炭配料结构; 进口焦炭; 干熄焦炭; 成本分析; 炉况

0 引言

罗源闽光有两座高炉，容积分别为 1 250 m³ 、1 280 m³ ，单炉设计产能 4 500 t /d。2023 年 6 月受下道工序影响，预计到 2024 年 10 月，每座高炉控制产能至3 000 t /d。近年来，高炉不断优化炉料结构，逐步降低球团矿比例，增加块矿、烧结矿比例，并针对不同高炉的情况制定了适宜的炉料结构，这对降低生铁成本起到了积极的作用^［1］。高炉用燃料成本占吨铁成本的 30%以上^［2］。一方面，随着高炉大型化和在大喷吹的条件下，要求焦炭骨架作用，对焦炭质量的需求更加重要; 另一方面，面对钢铁产能过剩，成本压力的要求和优质炼焦煤资源的减少，不可避免地使用低品质焦炭，如中硫焦、高硫焦和水熄焦。如何合理使用价格较低、品质较差的焦炭或搭配使用不同种类的焦炭，在确保高炉稳定顺行基础上，又能降低高炉炼铁燃料成本，寻求焦炭质量与炼铁成本的平衡关系。罗源闽光无焦化厂，外购焦炭种类及焦炭质量波动较大。通过长期燃料结构的对比分析、观察判断炉况、分析操作、核算铁水成本等确定优化罗源闽光焦炭配比。

1 高炉焦炭配料结构

1．1 敬业、瑞丰高炉焦炭配料结构

敬业 1 260 m³高炉焦炭配比结构，干熄焦 50%、准一级 焦 炭 30%、焦 炭 Ⅰ5%、一 级 焦 10%、焦 炭5%。敬业干熄焦 50%、一级焦 10%作为主焦时，敬业1 260 m3 高炉焦炭主要成分见表 1。

 

由表 1 可知，指标表现略差的准一级焦炭、焦炭( 高硫) 、焦炭Ⅰ可以配加到 40%，炉况顺行良好。低价的 烟 煤 煤 比 达 49 kg /t·Fe。烟 煤 价 格 要 低200 元/t左右。

敬业1 260 m³ 高炉和瑞丰1 350 m³ 高炉焦炭配比对应的指标见表 2。

 

由表 2 可知，敬业高炉燃料比 523．5 kg /t·Fe，焦炭成本 912．65 元/t，吨铁成本2 859．36 元/t。近期，敬业高炉除尘灰由外销改内部消化，铅锌负荷升高，高炉中心气流减弱，消耗较以往有所升高。瑞丰1 350 m³ 高炉焦炭配比结构，水熄顶装焦50%+一级捣固焦 5%+干熄焦－高硫 40%+准一级干熄焦 5%，瑞丰水熄顶装焦和一级捣固焦质量表现较稳定，瑞丰 1 350 m³ 高炉焦炭成分见表 3。

 

由表 3 可知，搭配低价干熄高硫焦炭 45%，炉况顺行良好消耗较低。

由敬业 1 260 m³ 高炉、瑞丰1 350 m³ 高炉焦炭配比对 应 的 指 标 ( 表 2) 可 知，瑞丰高炉燃料比501．1 kg /t·Fe，焦 炭 成 本 795． 44 元/t，吨 铁 成 本2 620．96 元/t，喷吹烟煤煤比达61．9 kg /t·Fe。瑞丰吨铁成本较低，炉况顺行，除尘灰外销，铅锌负荷低，煤气利用率达47．5%。港口较近，原燃料转运成本较低，配料结构经济合理。瑞丰、敬业没有焦化厂，全为外购焦炭，主要使用干熄焦炭，注重原料质量，炉况顺行，又有很强的成本意识，寻求焦炭质量与炼铁成本最优的配料方式。

1．2 宁夏建龙 1 260 m³ 高炉焦炭配料结构

宁夏建龙 1 260 m³ 高炉 2023 年 1—11 月指标参数见表 4。由表 4 可知，宁夏建龙入炉的焦炭反应后强度( CSＲ) 65%左右，含硫最高1．26%，因长期使用高硫焦炭，造成炉况出现失常，频繁的难行、悬料、烧小套，对高炉生产造成很大的影响。观察建龙高硫焦配比情况可以发现，高硫焦配比最高达100%，3 月份以后由于频繁的烧小套，开始逐步降低高硫焦配比，最低降到 4%。9 月份以后为改善高炉炉况开始将焦炭含硫量降低至 0．9 左右。由建龙炼铁厂经验可知，使用高硫焦要确保焦炭的 CSＲ 在65%以上; 使用高硫焦炭要以高炉炉况顺行为前提，控制好高硫焦的配用比例，或者不使用高硫焦而提高中硫焦的入炉比例; 使用高硫焦如果硫负荷超过4．0 kg /t，高炉会出现烧风口小套，因为形成了结晶硫，结晶硫降低铜的熔点使得小套容易烧漏; 入炉硫负荷高也会加剧煤气管道腐蚀。目前，建龙煤气管道腐蚀严重，新建了煤气管道替换原有的煤气管道。

 

2 优化高炉焦炭配比实践

罗源闽光参照外单位，根据自身条件，对焦炭配比结构进行探索。罗源闽光高炉由于长期产能不匹配，慢风生产，高炉出现了几次较大的失常现象，基本过程为炉缸堆积、炉墙结厚、连续管道、偏塌料、难行、频繁烧风口套。通过洗炉、降低碱金属负荷、改善原燃料条件、精细化操作等恢复炉况。逐步认识到原燃料条件的重要性，不断摸索出合理的焦炭配比结构。在确保高炉稳定顺行基础上，优化高炉炼铁燃料成本。

2．1 配加进口焦炭对比分析

罗源闽光与同时期的敬业、瑞丰高炉焦炭配料结构为进口焦炭 20%、乌海中硫 20%、准一级焦炭60%。高炉配加进口焦炭期间湿焦炭负荷由 4．2 加到4．79，燃料比由 516．03 kg /t·Fe 降到504．1 kg /t·Fe，炉况顺行良好，2#高炉渣皮跳动较大，也逐步稳定下来，当 月 两 座 高 炉 仅 烧 1 个 小 套，焦 炭 成 本841．5 元 /t，吨铁成本 2 763．29 元/t。

罗源闽光10 月份焦炭主要成分见表5，为此阶段高炉用焦炭成分表，进口焦炭指标优势明显。10 月份进口焦炭按 20%搭配用完后，进一步压低成本，开始搭配使用中硫、高硫焦炭，然而主焦指标不理想，辅焦的指标变得更差，原计划的焦炭优劣配合使用效果没有实现。11 月份 1#高炉燃料比537．61 kg /t·Fe。

炉 况 失 常 处 理 12 d，其 间 1 # 高 炉 燃 料 比573．61 kg /t·Fe。炉况失常阶段，对比 10 月份，燃料成本上升 182．48 元/t，原料成本上升107．65 元/t。另外，消耗萤石 88．78 t、锰矿 217．12 t、小套烧漏 23 个，吹管灌渣 3 条，补加净焦 183 t，合计损失 143．5 万元。

 

2．2 配加干熄焦炭对比分析

罗源闽光高炉 2 月 15 日开始配加干熄焦炭，配比由 20% 调整为 35%，后又调整为 15%。调整时间、配加不同比例干熄焦部分指标对比见表 6。高炉配加干熄焦( 布料到中心) 后，焦炭湿负荷由 4．2逐步加至 4．7～4．8。

 

高炉使用焦炭质量见表 7，入炉焦炭成分干熄焦 指 标 表 现 较 好。1 # 高 炉 燃 料 比 降 至495．7 kg /t·Fe，煤气利用率提高 0．76%; 2#高炉燃料比降至 500．1 kg /t·Fe，煤气利用率提高1．29%。高炉炉况及各项指标表现较好，干熄焦指标稳定作为主焦使用，准一级焦炭约配 60%，表现较差的焦炭如金岩高硫配加到 20%，未出现炉况波动。另外，炉况顺行后炉料结构得以优化，逐渐减用、停用球团矿，各项降本措施逐步开展。紧盯烧结质量，要求烧结 ＲDI≥63%，转鼓≥78%，筛分粒级 5 ～ 10 mm占比≤20%，开机料、生料落地或集中打入指定料仓，视炉况情况少量配用，烧结日常指标波动要小，烧结锌含量超 0．004%时，及时减配含锌高的除尘灰^［3］。

 

2．2．1 1#、2#高炉配用干熄焦高炉炉况对比分析

1#高炉 2 月 1 日～2 月 14 日塌料 37 次，高炉炉况失常及补加净焦见表 8。上部气流边缘东侧过吹，缩小矿带宽，适当抑制边缘和中心加焦为主要调节方向。1#、2#高炉布料角度见表 9，矿带 6°，最后一圈矿上抬布到次内圈，防止矿布到最内圈时矿量不均匀，焦炭最内圈 23°布 3 圈，慢风生产，原燃料条件差，通过中心加焦发展中心气流，可以确保高炉稳定顺行。2 月 15 日干熄焦炭入炉，高炉逐步趋于稳定，塌 料 2 次，大 幅 度 减 少。煤 气 利 用 率 由45．17%提高至 48．3%，平均 47．2%。高炉控制料速在 6 批/h，富氧 2 800 m3 /h，维持下道工序，确保顶温。上部调节抑制边缘开放中心，拉开矿带宽至7．5°。中心稳定、边缘东侧转弱。高炉使用干熄焦前后指标对比见表 10。由表 10 可知，1#高炉燃料比降低15．5 kg /t·Fe，焦丁比提高 4．7 kg /t·Fe，顶温升高 14 ℃，球团比降低 3．21%。

 

2#高炉炉况失常及补加净焦见表 8。2 月 1 日～2 月 14 日 2#高炉塌料 6 次，渣皮脱落影响铁水物理热，为防止炉凉事故，加焦提硅 14 次。悬料 4 次，低物理热 2 次，合计加焦 78．5 t。高炉渣皮频繁脱落，冷却壁温度波动大，软水流量开到最大 4 200m³ /h，软水温差一直居高不下，最高达 4．3 ℃。长期如此易烧坏冷却壁，不利于高炉炉型维护。上部调节以抑制边缘和发展中心为主要调节手段，如 1#、2#高炉布料角度( 见表 9) 慢风生产采用中心加焦，焦角 21°布 3 圈，确保中心气流。多次调整矿角，抑制或者发展边缘气流，均不太理想，炉况波动较大，渣皮稳定不住。随着 2 月 15 日干熄焦入炉，炉身温度逐步稳定，软水温差下降至 2． 0 左右波动，负荷由4．2逐步加至 4．7～4．8，燃料比下降至500 kg /t·Fe左右。煤气利用率由 46%提高至 47．2%，高炉无悬料。

随着煤气利用好转，2#高炉 2 月后期开始出现顶温过低 现 象，高炉控制料速在 6 批/h，富 氧 减 至2 000 m³ /h，产能不超的条件下，风 量 加 大 至2 350 m³ /min左右，顶温逐步维持在 100 ℃ 左右。

高炉使用干熄焦前后指标对比见表 10，由表 10 可知，2#高炉日均产量上升 198 t，煤比多喷11 kg /t·Fe、焦丁比多用7．3 kg /t·Fe，减用球团 3．84%。另外，积存的一些质量略差的烧结、焦 炭 和 细 焦 丁，逐 渐配用。

2．2．2 配用干熄焦前后主要经济指标对比

高炉配用干熄焦前后指标波动较大，燃料比由516．05 kg /t·Fe 降到 497．29 kg /t·Fe，使用干熄焦前后原燃料成本对比见表 11。由表 11 可知，使用干熄焦后，原料成本降低 10．84 元/t，燃料成本降低51．68 元/t，合计降成本 62．52 元/t，焦炭降本幅度最大达 69．23 元/t。焦炭质量提升后有助于炉况稳定顺行，低价的煤粉和焦丁可以多配，条件允许可以尝试喷吹部分烟煤，高价的球团少配，有助于降低成本。2 月 1 日～2 月 14 日两座高炉因炉况调节共加焦炭 131．34 t，2 月 15 日～2 月 29 日加焦炭25．7 t，使用干熄焦后炉况明显好转。另外，1 月 1 日～2 月 14 日2#高炉小套烧漏 15 个，1#高炉小套烧漏 10 个，2 月 14 日～2 月 29 日两座高炉小套烧漏个数为零。焦炭质量改善后，烧小套大幅度减少。炉前出铁卡铁口有所好转，钻头、钻杆等备品备件消耗大幅降低。

 

3 效果

经过焦炭配比实践优化对比分析，确定高炉焦炭入炉配比结构为: 干熄焦炭/进口焦炭/一级焦炭20%+准一级焦炭 60% +高硫焦炭/二级焦炭 20%。既能满足高炉炉况顺行，又能兼顾原料成本结构。高炉的各项指标逐渐改善，成本逐渐下降，降低成本效果明显。高炉煤比160 kg /t·Fe，大喷吹的条件下，要求焦炭骨架作用至关重要，低于 15%时，炉况会出现轻微波动，会出现塌料、渣皮脱落、顶温不足等影响下道工序。另外，从宁夏建龙经验可知，配高硫焦炭时其反应后强度要在 65%以上，硫负荷超过4．0 kg /t，高炉会出现烧风口小套。煤气中硫偏高，造成煤气管道、BPＲT 叶片、波纹管和阀门腐蚀严重，影响后续高炉生产，对全工序影响较大。可考虑不使用高硫焦或提高中硫焦的入炉比例。

4 结语

⑴优化高炉焦炭入炉结构，有利于稳定炉况顺行，兼顾降低入炉焦炭成本。要保证入炉焦炭的整体质量，入炉焦炭干熄焦炭/进口焦炭/一级焦炭20%+准一级焦炭 60% +捣固水熄焦/高硫焦 20%，炼铁的燃料成本为最优。面对低成本压力，要守住焦炭作为骨架用量的底线，一旦炉况失常，造成的损失反而极大影响降本增效的作用。

⑵烧结矿质量出现波动或炉况波动时，可通过减少捣固水熄焦/高硫焦比例来提高入炉焦炭的品质，改善高炉炉况，保证高炉顺行，同时配用差焦炭时，要做好精细化操作，及时在操作上预防原料上的劣势。

参考文献:

［1］ 林国太．三钢高炉炉料结构调整应用分析［J］．福建冶金，2018，47( 01) : 26-29．

［2］ 李宏飞，崔金丽．3 200 m³ 高炉入炉焦炭低成本优化［J］．天津冶金，2016( 04) ，8-10+13．

［3］ 张晓晨．罗源闽光 1 280 m³ 高炉炉况失常处理分析［J］．甘肃冶金，2023，45( 06) ，28-31