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山东金属学会成立于1981年8月18日,是由山东地区钢铁、有色金属、焦化和耐火材料企业、高等院校、科研院所等单位组成的学术性社会团体,是山东省冶金行业的科技组织,是山东省科学技术协会的组成部分,是中国金属学会的团体会员单位。学会挂靠山东省冶金工业总公司,业务受中国金属学会指导,由山东省科学技术协会主管,登记机关和监督管理部门是山东省民政厅。2013年12月11日进行了第四届理事会改选换届,理事会由83名理事组成。目前,理事长为山东省冶金工业总公司总经理、山东钢铁集团有限公司董事长侯军先生。

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2016年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会总结报告

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2016/10/04 17:44
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2016年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会总结报告
来源:生产技术与书刊部

 

中国金属学会和中国金属学会炼铁分会共同举办的“2016年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会”于2016年5月19-20日在福建厦门召开。

本次会议的主题是“新常态下低成本、低碳、环境友好的炼铁生产技术”,主要围绕炼铁原燃料、高炉操作、高炉长寿、烟气治理和余热余能等方面技术,共同探讨炼铁生产新形势下高效生产、清洁生产、低成本生产的有效措施。会议吸引了来自国内外钢铁企业、科研院所、大中专院校和技术设备提供商等156个单位的专家、相关负责人和科学技术人员等383人参加。会议文集共收录了367篇文章,会议特邀报告20篇,分会场报告有64篇。会议日程为期2天,分为主会场报告和分会场报告各交流1天,设5个分会场,即烧结球团分会场、高炉操作与长寿分会场、节能环保设备分会场、炼焦喷煤分会场及厂长论坛。

大会主会场由中国金属学会副秘书长高怀、炼铁分会主任委员杨天钧主持。首先由中国金属学会常务副理事长王天义致开幕词,并作特邀报告《积极应用新技术、提升企业竞争力》。报告通报了今年以来我国钢铁行业运行情况,并介绍了2016年金属学会重点推广的炼铁新技术。中国金属学会炼铁分会主任杨天钧教授作主题报告《化解产能,脱困发展,技术创新实现炼铁工业的转型升级》,总结了近年来我国炼铁技术发展状况,并介绍了在新常态下高炉炼铁生产如何实现技术转型升级和创新。炼铁行业大师项钟庸、北科大王筱留等出席大会,中国钢铁工业协会副秘书长王颖生、窦力威,中冶焦耐院原院长郑文华等专家出席会议并作了大会报告。包括宝钢、鞍钢、首钢京唐、河钢、武钢、沙钢等钢铁生产企业,北京科技大学、东北大学、中南大学、中国钢研新冶集团等高校及研究机构,中冶京诚、中冶赛迪、中冶南方等科研设计单位,以及炼铁、烧结、球团和自动控制等装备、耐火材料等供应商从炼铁原燃料质量、高炉操作与长寿、节能环保和科学管理等方面分别作了报告。另外,学会组织了“炼铁厂长论坛”,特邀行业专家对目前炼铁系统中存在的主要技术问题及各炼铁厂遇到的生产技术问题进行了详细解答,并提出很多宝贵建议。

1 新常态下的炼铁行业发展遇到新挑战

中钢协统计数据显示,2014年生铁产量71614.14万吨,与2013年相比增加了0.47%;2015年全国生铁产量为69141.51万吨,占世界铁产量115441.4万吨的59.89%,比2014年下降3.45%,这是1982年来首次出现铁产量下降的局面。其中,会员单位产铁62477.26万吨,比2014年下降1.31%;其他企业产铁6664.25万吨,比2014年下降19.76%。生铁产量下降对铁矿石供求影响较大,2015年我国铁矿石产量为138128.81万吨,比2014年下降7.69%;进口铁矿石量为952843.99万吨,比2014年增长2.2%,比2013年增长13.8%。

2015年中钢协会员单位的燃料比为526.51kg/t,比上年度同期下降6.57kg/t。入炉焦比为358.41kg/t,比上年下降2.66kg/t。喷煤比为142.17kg/t,比上年度下降6.57kg/t。焦丁比为36.56kg/t(只有34个企业有数据),比上年升高0.92kg/t。入炉矿品位为57.15%,比上年升高3.39%。热风温度为1134.67℃,比2014年下降0.73℃。利用系数为2.46t/(m3·d),与上年持平。2015年炼铁工序能耗为387.29kgce/t,2014年为392.99kgce/t,2013年为397.94kgce/t。

一些企业受到应用低价劣质矿可以降低生铁成本的非科学舆论的影响,对精料方针认识不足,使我国高炉生产技术经济指标有所下滑。中钢协会员单位中有17个企业焦比、煤比和燃料比同时下降,说明这些企业的精料工作和炼铁技术水平在提高。但全国高炉炼铁的燃料比还是偏高,比国际平均水平高出约50kg/t左右,还有待进一步改进。一般来说,风温应保持在1180~1250℃水平,去年风温水平有所降低,值得注意。

综合来看,随着我国经济发展进入新常态,我国钢铁行业整体发展环境出现转折。如何遵循创新、减量、协调、绿色、开发、共享的发展理念,促进高炉炼铁技术的创新,实现从产能扩张向降消耗、降成本方向发展,从牺牲环境向重视环境保护方向发展,从粗放式经营向精细化管理的科学发展,将是我国炼铁生产的主要发展方向。

2 注重精料技术,优化原燃料结构,提高炼铁经济性

国内外炼铁工作者公认,高炉炼铁是以精料技术为基础。一些专家认为,精料技术水平对高炉指标的影响率约70%,在高冶炼强度、高喷煤比条件下焦炭质量对高炉指标的影响率约35%。因此,注重精料技术,提高入炉品位和焦炭质量,降低炉料中有害元素对高炉冶炼顺行和炉体长寿具有重要意义。

2.1 关注铁矿石性价比,做好炉料结构平衡

中钢协王颖生、窦力威等人的报告指出:基于我国每年的钢铁产量来说,国内铁矿资源严重不足,且国内矿石缺点为贫、杂而且难选。2015年中钢协会员单位的原矿品位28.39%,精矿品位61.53%,精矿粉铁品位偏低、成本偏高,选矿技术有待进步。2014年以前,铁矿石价格维持上涨走势,国内矿山加大投资,国内铁矿石产量快速增长。2014年底,国际矿价大幅降低,国产矿竞争力大幅下降,致使国内许多矿山巨亏,2015年国产铁矿石产量下降了8%。

我国使用进口铁矿石的比重增加,2015年我国创纪录的进口了9.6亿吨铁矿石,对外依存度也上升到84%。同时中国进口铁矿石的地区大幅度缩窄,基本依靠巴西和澳大利亚。其中,从澳大利亚进口比重为63.7%,从巴西进口比重为20.1%,这两个地区合计进口比重达83.8%。并且主要集中在四个大公司中,包括必和必拓、力拓、FMG和淡水河谷。

随着全球铁矿石用量不断增长,澳大利亚、巴西等原产国早期的富矿开采殆尽,新开发矿山的品位相对较低,商家通过调整贫富矿的混合比例、降低铁品位来扩大产量和降低成本,导致其矿石的品质波动较大,磷等杂质含量高,从而增加配矿和烧结过程控制的难度。北科大杨天钧等专家建议各钢铁企业应对矿料将运费及过筛等进行全成本分析,选用性价比高的铁矿石,降低矿耗成本,结合自身的特点,平衡好低成本的炉料结构。

2.2 抓好烧结与球团生产质量,实现高炉炼铁降本增效

北科大许满兴、冯根生和中南大学姜涛等人的报告指出:烧结矿一直是我国高炉炼铁的主要原料,占我国高炉炉料的75%左右的比例,占高炉炼铁成本的70%以上,烧结能耗占吨钢能耗约10%,仅次于高炉炼铁,是钢铁生产的第2能耗大户。烧结矿的质量很大程度决定着高炉技术经济指标,因此抓好烧结生产的质量,降低成本和节能减排,与高炉炼铁的降本增效息息相关。

烧结生产由优化配料、强化制粒、偏析布料和低负压点火操作四大部分工艺技术组成,抓好每一部分都会产生降本增效的效果。其中优化配矿可取得直接降低配矿成本,改善烧结产质量的效果;强化制粒可以取得提高料层、提高垂直烧结速度,从而取得提高产量、降低能耗的效果;偏析布料可以取得克服台车边缘效应,实现均质烧结,改善烧结矿质量的效果;低负压点火操作可以取得降低烧结总管负压,节约电耗,提高烧结产质量的效果。

优化烧结生产的主要工艺参数,可以取得降低燃耗、改善烧结质量的效果。其中料层厚度是基础,提高料层厚度,可以取得降低能耗和全面改善烧结技术经济指标的效果,宝钢和首钢实际生产已经证明;优化配碳配水,可以取得强化制粒和降低FeO的效果;采用强化制粒和料面松料器可以取得改善混合料透气性,提高产量和降低能耗的效果。

全面改善烧结矿质量,主要通过提高成品矿碱度的稳定性、生产高品位、低SiO2烧结矿、降低烧结矿的MgO和FeO含量,适当缩小烧结矿的粒度,可以取得降本增效的显著效果。许满兴教授研究得到,烧结矿降低1.0%MgO含量,在目前原燃料价格条件下,吨铁可取得不低于29.50元的效益,年产500万吨生铁的企业,年降本增效可达1.5个亿元的价值。

为了满足高炉碱度要求,MgO考虑从球团加入。首钢京唐公司球团厂建设1台有效焙烧面积为504m2的带式焙烧机,生产能力为年产成品球团矿400万吨。首钢京唐2013年底采用“自然Mg烧结矿+含Mg球团矿”的高炉炉料结构,改善了烧结矿质量,降低了球团矿的还原膨胀率,减少了炼铁生产成本。

专家们指出,近年来,企业针对铁矿粉的优化配矿技术普遍重视,为扩大铁矿资源,降低烧结和炼铁成本、提高企业竞争力,提供了有效支撑。但大部分企业的优化配矿技术只停留在化学成分、成本的优化层面,缺乏烧结矿性能优化及对高炉冶炼过程的影响和评价。优化配矿技术不应停留在化学成分、成本的优化层面。专家们建议,应该考虑烧结矿、球团矿的性能对高炉炼铁产量、质量、焦比、煤比、造渣、透气性、寿命及最终炼铁成本的影响,以实现优化配矿的价值。

2.3 提高焦炭质量,满足高炉炼铁生产需求

中冶焦耐郑文华的报告指出:2013年我国生产焦炭47636万吨,出口467万吨,消费焦炭47169万吨,是我国焦炭消费的峰值年。2014年我国生产焦炭47691万吨,占世界焦炭总产量的69.6%,是我国焦炭生产的峰值年。2015年我国生产焦炭44778万吨,同比下降6.1%;炼焦生产能力6.87亿吨,产能利用率为65.2%,属严重过剩。截止2015年底,全国焦化企业数量由2010年的730多家减少到602家,其中热回收焦炉炼焦厂50家、半焦厂72家、传统焦化厂480家(钢铁企业焦化厂80家、独立焦化厂400家)。规模以上焦化企业实现利润由2011年的178.77亿元,下降至2015年1~10月份的亏损99.45亿元,企业亏损面达56%。独立焦化企业经营效益持续分化,资金紧张状况呈现进一步恶化趋势。2015年,中国直接出口焦炭986万吨;出口钢材11240万吨,相当于间接出口焦炭4496万吨;则直接和间接出口总量为5482万吨,占全年焦炭生产总量的12.2%。

目前,我国2000m3以下高炉全面采用捣固焦,2000m3高炉以上还使用顶装焦炭。郑文华教授指出,未来对于捣固焦在大高炉的推广应用,需焦化生产厂从高炉生产来考虑,注意减少弱粘结性煤配比,保证焦炭具有良好的强度和气孔率。北科大杨天钧教授介绍,对于大型和特大型高炉,对配煤粘结性要求较高的企业,应考虑配加优质不粘煤,既可以针对性的改善焦炭质量,又可以节省炼焦煤资源。我国宝钢从一期开始到三期炼焦都配备了配型煤设施,一直应用到今。型煤配入量15%~30%,炼出的焦炭是国内质量最好的之一,完全满足5000m3级高炉炼铁的要求。

3 稳定高炉操作,注重科学冶炼,促进降本增效

进入21世纪以来,世界钢铁需求量的迅猛增加,一批大型高炉在国内外相继涌现。目前,我国4000m3以上级别高炉有20座,3000~4000m3级也有21座。大型高炉具有炉容大、产量高,冶炼周期长、生产运行惯性大的特点,与中、小型高炉相比,生产的难点是:炉喉直径大,操作中对炉顶布料控制技术要求高;炉缸直径大,炉温调整惰性大(滞后性);高炉上、中、下部调剂制度要合理匹配、控制难度高;料柱载荷大,对原燃料质量条件要求高;高炉操作频繁休减风时,高炉恢复生产难度加大等。当前,可供大型高炉使用的优质原燃料供应日趋紧张,价格高,造成高炉炉况波动频率增加,生产技术指标下降,制约了大高炉优势的发挥,甚至成为制约高炉生产进步的不稳定因素;因此,大型高炉必须根据自身条件,采用更加科学、高效的管理措施和优化操作技术,努力实现低成本、低碳、环境友好生产。

宝钢认为大高炉要实现低成本、低碳、环境友好生产,稳定是最大的降本、节能减排措施。宝钢炼铁以“全厂以高炉为中心,高炉以稳定炉况为中心”的科学管理理念及相应措施,取得了炉况长期稳定顺行、指标先进的实绩。原燃料管理是高炉管理基础内容,大高炉应首先追求原燃料稳定,其次要有适当质量,再次要对质量指标进行优先性排序。操作炉型维护是高炉日常操业管理的核心工作之一,宝钢重点通过炉体上、中、下部的综合调剂,维护合理操作炉型;从生产实践来看,铜冷却壁高炉操作炉型稳定性需提高。不同操作技术路线都可以实现高炉长期稳定生产,但“平台+漏斗”式布料更有利实现低碳生产、保持稳定中心气流和炉缸下部死料柱的透气、透液性。高炉操作水平的高低,关键看总焦比、煤气利用率:总焦比体现成本竞争力,煤气利用率体现综合顺行状况、决定燃料消耗水平。宝钢采用“平台+漏斗”布料模式,与其他采用“中心加焦”布料模式相比,控制好边缘和中心的矿、焦层厚度比,并与下部制度相匹配,维持两股气流操作,追求煤气利用率在51%~52%左右稳定、合适的煤气利用率,在炉况稳定的基础上优先降低焦比,控制燃料比,不单纯追求煤比,而追求低碳、低消耗、成本最优。

首钢京唐公司建有两座5500m3的高炉,2015年以来高炉经济指标水平继续提升,2016年高炉达到了矿焦比在5.86的历史最高负荷,也保证在这种重负荷下的稳定顺行,进一步降低了铁水成本达1107元/t。注重燃料比的经济性,逐步降低到焦比275kg/t,燃料比490kg/t。在高炉操作上,京唐公司认为喷煤比具有经济性,要注重配煤技术,提高煤粉中固定碳含量,首钢生产经验为“烟煤30%+无烟煤70%”,煤比达到196kg/t。注重提高风温,控制热风炉拱顶温度小于1400℃,保障风温稳定在1240~1250℃左右。1#高炉于2013年8月6日开始投用氧煤枪技术,富氧率达到5.5%左右。另外,京唐高炉采用大矿批冶炼,矿批由之前的142吨到目前的170吨以上,最高达到182吨,同时根据京唐1#、2#高炉两种不同的装料制度(1#炉矿焦;2#炉矿矿焦,是国内首例),分炉匹配好中心和边缘两条煤气通路,维持合理炉型,有力保证了两座高炉的稳定顺行。

从当前我国炼铁行业来看,普遍还存在资源利用低效,煤气利用率低,节能环保任务重等等问题,高炉炼铁的竞争力直接体现在降本增效方面。炼铁成本占钢材成本的70%左右,钢铁企业降低成本的主要任务在炼铁,企业要生存,就要降成本。降低高炉炼铁成本主要是单价、单耗和炉料结构三个方面,高炉炼铁生产重点在单耗和炉料结构上下工夫,尽量降低燃料比,实现经济喷煤,对矿料将运费及过筛等进行全成本分析,选用性价比高的铁矿石,降低矿耗成本,结合自身的特点,平衡好低成本的炉料结构。高炉安全、长寿也是长期降低成本的关键。要控制炉料中有害元素入炉,搞好炉体温度监控,促进高炉长寿。

随着高炉冶炼技术和工艺理论的发展,传统冶炼工业不断地转型升级和创新。在当前的形势下,专家建议要遵循创新、协调、绿色、开发、共享的发展理念,着眼于推动钢铁行业供给侧结构性改革,达到优化升级,提质增效,为此必须进行多领域的技术交汇和融合,构建以基础理论为先导的知识创新,以面向生产为核心的技术创新和以信息化为载体的管理创新,形成科学研究,技术研发,管理与制度创新互相交汇、相互促进的新业态,使高炉炼铁的原燃料资源利用合理,能耗降低(即燃料比达到最低,焦比下降,喷吹煤粉与冶炼条件相适应),排放达标,成本降低,为企业资源利用率提高、生产经营创造效益做贡献,这里关键是要摒弃陈旧落后的理念,解放思想,尤其是管理层,领导层要率先实现观念的创新。要从追求产量的观念,转变为追求低耗、低成本的经营方针。

4 高炉面向大型化,实现高效、安全、长寿运行

高炉的高效、安全、长寿的运行是对现代大型高炉的必然要求。高炉长寿意义,不仅在炼铁工序本身,而且也会给整个钢铁联合企业带来巨大效应,包括生产成本降低,能源消耗减少,污染物排放减少,实现钢铁联合企业的高效化、连续化和紧凑化生产得以延续进行。延长高炉寿命不仅是直接节约大修费用,而且还可以减少因大修而引起的停产损失和经济效益的提高。

《高炉炼铁工程设计规范》要求新建的高炉寿命大于15年,在高炉一代炉役期间,单位高炉容积的产铁量应达到或大于1万~1.5万吨。国外长寿高炉均在15年以上,大部分在20年以上,一代炉龄产铁在15000t/m3左右。目前我国只有少数高炉达到15年,其中宝钢3号高炉达到19年,进入世界先进行列。武钢高炉新建以及大修改造设计时采用了一系列新的技术装备,如超微孔碳砖加陶瓷杯炉缸炉底、铜冷却壁和砖壁合一的薄炉衬结构、联合软水密闭循环冷却系统、合理的冷却参数等。其中1号高炉2001年5月投产到现在已经15年,单位炉容产铁已经超过1.1万吨,期间经过两次短时间封炉,现在中修完毕即将投产,预计还可生产5~10年;6号高炉2004年投产到现在单位炉容产铁已达1.0万吨,7号高炉2006年投产到现在单位炉容产铁达到8100吨;5号高炉2007年投产,炉缸炉底良好、炉身冷却壁尚无损坏;8号高炉2009年8月1日投产,已经生产6年半,至今尚无一根冷却壁水管损坏。

从整体来看,我国绝大部分高炉寿命不长,还处在5~10年左右,特别是那些非常态下(三快一少:快建成、快投产、快回收、投资尽量少)建设生产的高炉寿命有的甚至不足3年。在新常态的条件下,需要对近年来频繁发生的炉缸漏铁、烧穿,铜冷却壁严重损坏,炉缸炉底水温差异常升高等严重事故等问题,要进行研究分析,找出其原因,并在设计、材料和设备选购、进厂验收、筑炉投产和长寿生产方面的综合技术进行科学的深入总结。

总结我国长寿高炉的经验,值得重视和推广的长寿技术有如下几方面:

(1)选用优质耐材,精心筑炉,为高炉长寿打下良好基础。

(2)开炉投产不宜过快(1~3天)追求达产,应在开炉后冶炼10~20天铸造生铁。

(3)做好精料工作,特别是焦炭质量要保证达到相应炉容的要求。

(4)维持与冶炼条件相适应的炉腹煤气量,达到稳产高产。

(5)重视炉前操作,维护好铁口和与高炉炉容相适应的铁口深度。

(6)加强炉缸管理,设置炉缸热状态监测模型,定期用含Ti料进行护炉操作。

5 注重节能环保,加强技术创新,推动行业发展

节能减排,是我国钢铁行业的重点工作,铁前系统是联合企业节能减排的重点工序。从中钢协会员单位统计数据来看,我国部分先进的钢铁企业的部分指标已达到或接近国际先进水平。2015年高炉工序能耗为387.29kgce/t,焦化工序为99.66kgce/t,烧结工序为47.20kgce/t,球团工序为27.65kgce/t。但各种不同层次企业之间节能工作发展很不平衡,企业之间的各工序能耗最高值与先进值差距较大,总的来说我国钢铁企业还有相当大的节能潜力。

铁前系统是钢铁企业中严重的污染源,在钢铁冶炼过程的排放物中约有48%的NOx,51%~62%的SOx和绝大部分的二噁英(烧结是二噁英产生的四个最大排放源之一,其余三个是电弧炉炼钢、再生有色金属生产和城市垃圾焚烧的废弃物)。近年来对烧结烟气脱硫有所进步,目前烧结烟气脱硫设备有640余套,其中80%是湿法,只有部分设备保持脱硫效率和同步运行率在80%以上,根据不完全统计,大约有一半设备没有达到国家规定的排放标准,因此这方面的工作还有待大力加强。近期,国家明确提出脱硝的要求,二噁英脱除也将提到日程上来。综合治理脱硫、脱硝和脱二噁英是今后一段时期的重点开发项目。

2015年会员单位固体废弃物的排放量有所下降,单位废水的化学需氧量、挥发份、氰化物、悬浮物和石油类的排放量分别下降25.70%、25.32%、24.68%、0.79%、33.11%和31.39%;废气的SO2、烟尘、工业粉尘排放量分别下降24.30%、3.94%、3.99%。高炉渣利用率达到98.34%,尘泥利用率在99.77%,高炉煤气利用率在97.36%。虽然2015年在2014年减排的基础上又取得了新的进步,但实际环保状况和减排达标企业数量并不理想。国务院化解过剩产能《意见》要求严格执行环境保护法,对污染物排放达不到标准要求的钢铁产能实施按日连续处罚,情节严重的报请有批准权的人民政府批准,责令停业、关闭;同时提出了地区的环境总量控制的概念,钢铁企业不仅要完成单位产品排放达标的任务,还要得到允许污染物排放总量的指标。因此,企业要加强环保意识,加大环保投入,采取有效措施,这是关系企业生存和发展的大问题。

在新常态下,钢铁企业面临更严峻的环保形势。专家们认为炼铁行业发展必须适应国务院化解过剩产能《意见》的要求,要继续强化炼铁领域基础理论的研究,重视炼铁新技术的开发与推广,如“烧结-高炉”配料一体化技术,拓展弱粘结煤和兰炭在炼焦、高炉喷吹、烧结固体燃料中的应用技术,自然镁含量烧结矿和镁质球团矿生产技术,高风温技术,高炉可视化的控制技术,高炉长寿技术和高炉炉外脱硫技术等等,从而实现炼铁生产低能耗、低排放、环境友好和转型升级。

(中国金属学会 生产技术与书刊部)   

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