特大型高炉的发展趋势和生产实践

特大型高炉的开展趋势和生产实践2021-9-20在中国金属学会高级研修班上讲座材料今天讲述的内容如下：第一局部：特大型高炉的开展趋势；第二局部：大型高炉的特点和要求；第三局部：宝钢大型高炉走向世界一流水平的生产实绩；第四局部：宝钢高炉的管理和操作经验；第五局部：有关京唐曹妃甸高炉的情况；第六局部：结语1、目前钢铁生产所面临形势和任务：3、世界上高炉大型化的开展情况：〔1〕日本：是高炉大型化开展最快的国家。他们从上世纪70年代就起步，至今是世界上特大型高炉最多的国家〔2〕韩国：以浦项为代表的韩国钢铁业是后起之秀，为了提高竞争力，高炉逢修必扩。大型化势头令人刮目。我国高炉的大型化也在稳步的开展，≥3000m3的高炉数量逐年增加，≤300m3的高炉在逐年减少。但是300～1000m3高炉的数量却在迅猛增长，大大超过了大型高炉的开展势头。值得发人深思！4、我国高炉大型化的开展情况：5、我国高炉大型化和一些先进国家的比较：我国高炉数量的统计一直是一个难题。有的材料至2021年上半年统计报道说有1370多座，现在这里采用的是张寿荣院士论文中引用的重点大中型企业的高炉数量。应当说统计漏掉的只能是小型高炉。第二局部：大型高炉的特点和要求1、大型高炉的炉型特点；2、大型高炉有利于热效率的提高；3、大型高炉集约化生产，产量高，劳动生产率高；4、大型高炉需要有更高的焦炭质量；5、大型高炉需要有更高的矿石质量；6、大型高炉必须做好长寿工作。1、大型高炉的炉型特点：（1）随着炉容的扩大，高径比越来越小，即越来越矮胖。（2）单位炉缸面积所对应于炉缸上部的炉容，大型高炉比小型高炉大得多，而产量主要决定于炉缸截面积。这就为什么小高炉利用系数高，大高炉燃料比低的原因。而小高炉的系数高是假象，大型高炉燃料比低却是货真价实的节能！一、大型高炉的炉型特点〔1〕随着炉容的扩大，高径比越来越小，即越来越矮胖。〔2〕单位炉缸面积所对应于炉缸上部的炉容，大型高炉比小型高炉大得多，而产量主要决定于炉缸截面积。这就为什么小高炉利用系数高，大高炉燃料比低的原因。而小高炉的系数高是假象，大型高炉燃料比低却是货真价实的节能！二、大型高炉有利于热效率的提高大型高炉有比小型高炉有更大间接复原区和更小的比外表积，有利于提高煤气利用率，降低热损失，从而有利于降低燃料比，有利于节能减排按表中数据，同样生产1亿吨生铁，特大型高炉比1000m3以下的小型高炉可节约燃料574万吨、合节约煤715万吨、少排放1940万吨或98.8亿m3CO2二、大型高炉有利于热效率的提高三、大型高炉集约化生产，产量高，劳动生产率高大型高炉必须严格贯彻“稳定顺行〞的操作方针，要长期保持稳定顺行的炉况。一旦发生设备和操作事故，损失将十分沉重。所以大型高炉的管理水平和操作水平要求比小型高炉更高，才能躲避风险。宝钢本部高炉分厂2007年的员工是439人，从高炉分厂而言其劳动生产率到达34210.8t/人、年。京唐炼铁部高炉分厂两座5500m3高炉设计产能898万吨/年，分厂定员270人，达产后他们的劳动生产率将是3.3万吨/人、年。四、大型高炉需要更高的焦炭质量大型高炉由于高径比小，料柱高，重力载荷大，对原燃料的理化性能特别是冷、热强度比小型高炉要求高。四、大型高炉需要更高的焦炭质量2021年我国不同容积的高炉使用的焦炭质量生产实绩数据可看出大小高炉的不同要求，但皆超过了设计标准。五、大型高炉需要更高的矿石质量大型高炉需要更高的矿石品位、强度和粒度，才能发挥其大高炉的效率六、大型高炉必须做好长寿工作

日本大型高炉长寿状况

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高炉

内容积

，m3

开、停炉时间

寿命，年

-------------------------------------------------

千叶厂6号

4500

1977.6

～1997

20

仓敷厂4

号

4826

～

19

小仓厂2号

1850

～

21

和歌山厂4

号

2700

1982.2

～至今

23

君津厂4

号

5151

1988.7

～

14

仓敷厂2

号

2857

～

24

京滨厂1

号

4097

～

14

千叶厂5

号

2584

1991.12～

12

鹿岛厂3

号

5050

1990.8

～

14

福山厂5

号

4664

～

19

鹿岛厂2

号

4800

1990.1

～至今

15

-------------------------------------------------七、大型高炉必须发挥节能减排的优势特大型高炉除了集约化生产提高劳动生产率以外，一定要发挥它提高煤气利用率、降低焦比和燃料比的优势所以特大型高炉的追求目标应该是：1、煤气利用率〔ηco〕＞50%2、焦比＜300kg/t3、燃料比＜500kg/t4、喷煤比≥200kg/t〔如果焦比、燃料比到达上述目标，喷煤比可以按最正确的置换比的喷吹量来进行调控〕我觉得上述的目标是最低的要求，而目前我国的特大型高炉到达这一水平的还不多，值得反思。二、宝钢高炉主要指标的开展历程实现200kg/t大喷煤，焦炭富裕，再实现原料场挖潜，建了4高炉和后来高炉扩容二、宝钢高炉主要指标的开展历程二、宝钢高炉主要指标的开展历程合理的高炉操作制度保证了高炉的稳定顺行、是实现大喷煤和良好的煤气利用率的根底二、宝钢高炉主要指标的开展历程二、宝钢高炉主要指标的开展历程200kg/t的大喷煤，使焦比破300kg/thm，曾经每年都为公司降低本钱数亿元二、宝钢高炉主要指标的开展历程低硅冶炼是高炉工作者的追求目标，也是节焦降耗的重要手段二、宝钢高炉主要指标的开展历程最终实现低燃料比冶炼，燃料比破500kg/thm直至破490kg/thm宝钢高炉的长寿工作也取得了长足的进步，2高炉寿命是15年2个月，而目前的3高炉在高产的条件下，已经生产了17年，状况良好。二、宝钢高炉主要指标的开展历程第四局部：宝钢高炉的管理和操作经验1、管理经验〔1〕5项管理制度〔2〕PDCA工作方法2、操作经验〔1〕精料〔2〕送风制度的选择〔3〕装料制度的选择〔4〕200kg/t大喷煤〔5〕高炉长寿工作一、推动宝钢持续开展最主要管理经验一、推动宝钢持续开展最主要管理经验上面表达的PDCA工作方法似乎主要适用于重大的工作工程，如：开、停炉或重大的工程工程等。但是我特别要强调的是PDCA工作理念和方法要贯穿我们所有工作的始终，如:每天的操业会、每次定修的休风变料、每次定修的全过程管理、每次重要炉况处理的全过程等。PDCA的工作必须留下文档材料，要具有可追溯性，使知识不断升华，便于知识传承，使后人不走弯路。宝钢集团董事长徐乐江一直倡导“PDCA+认真〞作为宝钢集团的工作理念和文化理念，因为这是推进宝钢持续开展的最为重要的工作方法之一。一、推动宝钢持续开展最主要管理经验1、精料：由于大型高炉对原燃料有更高的要求，所以要操作好大型高炉就必须从精料工作入手：〔1〕化学成份稳定:入炉铁份和炉渣碱度的波动会造成高炉炉况的波动，使焦比上升，产量下降。所以现代化的炼铁厂都设置有大型原料场，进行原料的混匀作业。2007－2－27颁发的我国国标规定混匀矿σTFe≤±0.5%和σSiO2≤±0.2％二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验

1、2期混匀矿质量PhaseI&IIBlendingOreQuality3期混匀矿质量PhaseIIIBlendingOreQualitydate

σsio2RσTFeRσsio2RσTFeRJanuary0.1180.5400.35751.6750.1350.70.4331.94February0.1450.6800.3451.560.1180.610.3991.96March0.1450.7200.381.730.1250.570.3361.52April0.1420.6300.3741.880.1280.70.3181.56May0.1460.7700.4171.900.1240.6050.2891.48June0.1540.6630.4241.820.1580.7350.4552.30July0.1660.7130.4251.830.1290.5570.3611.59August0.1640.7580.5112.370.1430.730.3161.72September0.1630.7000.5412.020.1390.6570.4192.19October0.1560.6730.4481.990.1400.660.4432.61November0.1490.6000.4331.790.1390.80.3752.57December0.1500.5830.4512.020.1470.880.3662Average0.1500.6690.4251.880.1350.6840.3761.95二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验宝钢股份本部炼铁厂开发了混匀矿智能堆积技术使混匀矿的质量提高到新水平通过数学模型优化，使标准偏差达到了

σSiO20.124σTFe0.376

为高炉精料奠定基础。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔2〕提高入炉品位：尽管宝钢使用进口矿，但是只有在入炉品位实质性提高后，高炉生产指标的面貌才焕然一新烧结矿的SiO2下降、TFe大幅上升二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔2〕提高入炉品位：渣铁比大幅度下降，是高炉获得一流指标的关键烧结矿鉄份提高后，高炉渣比降至300kg/thm以下二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔3〕控制入炉粒度：由于高炉是属于竖炉移动床，要保持稳定顺行，对透气性有很高的要求，所以精料工作必须要搞好原料的整粒和竭尽全力搞好筛网管理控制入炉粉末。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔4〕控制好原燃料的冷热强度：不仅关注冷强度而且要关注热强度和复原后的强度。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔5〕有害元素控制：严格的控制K、Na、Zn有害元素入炉,因为它既要加剧焦炭破损，又要加剧高炉炉衬的侵蚀。以下图是世界上一些厂家对K、Na的控制实绩二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔5〕有害元素控制：精料工作还要严格的控制K、Na、Zn有害元素入炉,以下图是世界上一些厂家对Zn的控制实绩二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验1、精料：〔5〕有害元素控制：精料工作还要严格的控制K、Na、Zn有害元素入炉：通过平衡计算，进行锌负荷控制例。宝钢的控制标准：K20、Na2O入炉量＜2kg/thmZn入炉量＜0.15kg/thm二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验〔1〕风量的选择：2004年我统计了日本、韩国和中国的中钢及宝钢的多座高炉的内容积和送风量数据列于右表：可见＞2.0利用系数的高炉送风比大致在1.5～1.7范围内。平均送风比是1.597。不过高炉容积大小不均，小炉子送风比相对高了一些，也参与了平均。2、送风制度选择二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验今年上半年我国大型高炉平均送风比，包括富氧量的送风比大致1.5～1.6范围2、送风制度的选择〔1〕风量的选择：二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验宝钢本部高炉10年平均送风比，包括富氧量的送风比大致1.5～1.6范围二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验2、送风制度的选择〔1〕风量的选择：A、根据上述统计的送风比数据，特大型高炉的送风比大致在1.5～1.55范围B、要注意观念的转变：①大型高炉不是以过大风量、高冶炼强度，来获取高产。②大型高炉是以适度的风量，保持煤气流的合理分布，提高煤气利用率以降低焦比和燃料比,来获取高产。③要改变“大风治百病〞的观念，要树立合理的风量和合理的煤气流分布“包治百病〞的观念。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验2、送风制度的选择〔1〕风量的选择：二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验

根据日本对大型高炉的研究，当炉缸循环区所占的面积是炉缸总面积的50%时，高炉可获得最佳的透气性和燃料比，即：((D2-（D-2L)2)/D2=0.5时最佳,式中D是炉缸直径、L是循环区深度根据公式推导出循环区深度的公式：L=D*(1-SQRT(0.5))/2由此计算出最佳循环区深度L，如右表所示：实际循环区深度是最佳循环区深度减去风口伸入炉缸内的长度（这里风口伸入深度设定了0.4m）2、送风制度的选择（2）循环区深度控制：实际的循环区深度可以通过风口焦取样机的取样测定，来间接获得。当风口焦的径向粒度分布的粉焦明显上升之处就是循环区的边缘，这要比计算来得更准确，可见宝钢4063m3高炉的循环区深度大致接近2.0m二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验2、送风制度的选择〔2〕循环区深度控制：宝钢本部1高炉10年间年均鼓风动能大致在140～150kJ水平，由此使宝钢4063m3高炉循环区的深度大致在2.0m左右,并获得了稳定顺行和良好的指标二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验2、送风制度的选择〔3〕鼓风动能的选择：为了保证获得最正确的或接近最正确的循环区深度，使煤气流的初始分布比较合理，就需要维持合理的鼓风动能，根据宝钢集团内容积大小不同高炉的实践经验，我们总结了不同炉容高炉的合理鼓风动能范围大致是：＞4000m3高炉——————————140～150kJ3200m3左右高炉——————————120～130kJ2500m3左右高炉——————————100～110kJ要到达这一范围的鼓风动能，首先要维持合理的风速，大致是：250±10m/s，焦炭强度好，风速可以高一些，反之就低一些。要实现这一风速，就要使风量、风口面积、风温、顶压到达合理的匹配关系二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验2、送风制度的选择〔3〕鼓风动能的选择：①新日铁对批重的研究：为了保证良好的透气性，在炉腰处需要保证焦炭层厚0.3～0.35m左右，由此来决定焦炭批重。喷煤后，负荷加重，焦炭层厚有所降低。3、装料制度的选择〔1〕批重的选择：二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验上述高炉的炉腰焦炭厚度大致在220～270mm范围，生产指标良好，可供参考。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验3、装料制度的选择〔1〕批重的选择：②宝钢本部高炉的矿、焦批重的选择：Ⅰ、无料钟布料的原则：①根据落料轨迹的测定，选择好料流中心线碰撞炉墙的角度。②档位角度的角差设定，尤其是外侧，一般均匀地控制在2°和2.5°。③关注溜槽料流落下的分散度。圆形溜槽料流散开宽度大，方形溜槽料流散开宽度小。推荐使用方形溜槽。④布料平台宽度大致是炉喉半径的1/3。大高炉布料宽度应当在10°～12°范围内，不宜过宽。要尽量形成象钟式布料那样的中心漏斗。⑤焦、矿的布料范围原则上要同宽度。⑥布料的关键点：ａ、是平台的宽度；ｂ、是布料的宽度；ｃ、焦和矿要同宽度铺开。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验3、装料制度的选择〔２〕布料模式：料线1.4m焦炭布料初始落点矿石布料初始落点宝钢本部3高炉布料落下轨迹图

Ⅱ、初始布料角度的选择

二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验3、装料制度的选择〔２〕布料模式：Ⅲ、新日铁对布料的研究:

焦炭布料的平台作为基础，再调节OⅠ的布料位置，来调节煤气流。OⅡ是小粒度矿以控制边缘热负荷。这种装料模式也是适当疏松边缘气流的模式。由于该资料较老，仅其控制思路可供参考。二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验3、装料制度的选择〔２〕布料模式：边缘重的温度分布适当疏松边缘后二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验（３）装料制度与十字测温的温度分布①大型高炉的煤气流分布控制，特别要注意防止边缘过重。②大型高炉的炉下部不活性（即炉墙粘结）和大凉是边缘过重的结果。③合理的炉顶十字测温温度分布，边缘要有一定上翘。这是宝钢本部高炉经过实践反复验证的经验。3、装料制度的选择4、200kg/t大喷煤：

二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验5、高炉长寿工作：

〔1〕长寿工作的理念:高炉长寿工作是一项系统工程：设计水平、施工质量是先天条件操作维护、检修维护是后天保养〔2〕高炉长寿必须从建设时期即从设计、施工时开始：①充分吸取同类高炉或上一代高炉的实践经验和教训②炉型的选择③冷却强度和选型④耐材选型和砌筑质量管理⑤设备的选型、试运转、交接验收⑥完备的生产准备工作和周密的开工方案二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验二、宝钢特大型高炉的最主要的操作经验5、高炉长寿工作：〔3〕高炉投产后，长寿工作需要同步开展的内容：①高炉投产后立即抓紧的是消灭炉体各部的煤气泄漏现象。主要是消除铁口漏煤气和冷却板法兰漏煤气；②要严格控制漏水现象。损坏的风口要及时更换掉，冷却板、冷却壁破损要及时处理，不要久拖。③要关注冷却水的水质，严格防止结垢，随炉龄增长同步增强冷却强度；④注意炉底、炉缸温度的监视，加强铁口深度维护，适时采取炉缸压浆以及时消除炉缸存在的气隙，必要时进行钛矿护炉；⑤建立高炉长寿管理体系，定期对炉底、炉体状况进行诊断，对安装微型冷却器和更换炉体冷却壁〔