浅谈现阶段钢铁企业的铁前降成本

李刚

由于近几年钢铁企业的生存压力空间加大，环保问题、成本问题都压到了铁前，在这种情况下，各钢铁厂都在寻找所谓降成本的灵丹妙药，更有一些“专家”炒作了一此题材，看似节能，但收效甚微或有瓶颈并未突破，那么结合生产实践如何在铁前降成本呢？我谈一下自己的看法。

铁前所有的工作最终要表现在生铁成本上，因为所有原料、燃料影响成本占到90%，原燃料有劣次之分，如何选择，也就是经常说了性价比问题，这是系统降成本的思路。那么有哪些具体措施呢？

一、配料环节

先定铁粉的结构组成，尽最大可能稳定配比结构。因为单烧任何一种铁粉都不能获得指标最佳的烧结矿。结构是什么？就是根据铁粉市场的总供应量，寻求能获得稳定供应的铁粉种类。这里面包括熔点高和熔点低铁粉的搭配；粗细粉不同矿粉合适比例搭配；烧结成分的要求；同化性能的不同搭配。综合考虑这些因素而形成配料结构。有了配料结构，我们可以在市场上寻找不同的铁粉，对号入座，评测性价比，这样做既不失稳定，又可以灵活利于高性价比铁粉，达到矛盾的统一。

从成分控制方面来说，烧结硅应该5.0-5.5％，铝不应该高于2.1％，镁应该在球团中加入，烧结矿中铝硅比0.3-0.4倍，镁铝比1.1-1.2倍，适宜控制碱度1.85-2.0倍。

当然不能孤立只看烧结成分，因为控制烧结成分的最终目的是高炉造好渣，正所谓：“炼铁选炼渣”，下表是说明高炉渣四元碱度之间的关系的。

表1   渣中MgO/Al2O3的适当区域和下限

炉渣碱度（CaO/SiO2)	0.9	1	1.1	1.2	1.25
适当比值（密集区）	1.3	1.06	0.82	0.58	0.46
下限	1.06	0.84	0.62	0.4	0.29

通过上表我们可以看出，炉渣的二元碱度与MgO/Al2O3的关系，大体呈直线，碱度越高，MgO/Al2O3比值可以越低，反之，如果提高MgO/Al2O3比值，那么就可以降低二元碱度。

密集区的MgO/Al2O3数据，可靠性比下限范围数据要高，可作为炉渣成分调剂的参考，下限比值，也是可行的方案选择，过去使用比例较少。

另外能对小矿种精准配料，也是钢铁企业看不到的效益，一方面可以弱化有害元素，一方面稳定成分，目前很多企业还在采用落后的铲车配料，生产组织仍比较粗放。

二、烧结工序

目前烧结先进工艺已经相对成熟，目前所有工艺管理围绕厚料层展开，配料稳定，混合料水分稳定，由于很多厂不具备这些自动采集条件，我调研过宝钢的配混系统，也没有实现自动采集。但我们通过原料稳定，通过细致工作，可以实现过程可控。

烧结整体炉料成分控制：控制烧结中的含铝，从而减少镁质熔剂的带入量，特别是那些镁钙伴生的区域熔剂，更要减少原料的铝带入量，如果考虑烧结工艺稳定性，可以选用高镁熔剂，从而在一定程度上增加了白灰的绝对配加量，有利于二混成球及烧结工艺的合理，另外烧结工序对白灰活性度也要有一定的要求，活性度高经过消化后能促进二混中混合料的成球，从而改善混合料的透气性。

烧结的点火，因为大多数厂家特别是民企，大多采用高炉煤气，所以一定要高度重视点火质量，从稳定煤气压力、优化点火等措施来保证点火，而事实上，很多民企能源平衡做得不好，一方面表现在，高炉煤气用不完，有放散，这种情况，生产随便用，管理粗放，这时反而烧结的点火不错；而有的厂为利用高炉煤气，所上发电机组较大，甚至高炉煤气出现大的缺口，在这种情况下，如果过于强调发电考核，就会造成煤气总管压力不稳，从而影响煤气用户，烧结点火也在其中。同时还需要加强高炉煤气的质量管理，含尘量和脱水，否则就会造成烧结点火烧嘴堵塞，影响点火质量。

烧结的烟气治理问题，目前国内烧结机75%采用湿法脱硫，存在的问题是烟气拖尾问题，而不是脱硫效率问题，拖尾就是含尘烟气在光线折射下，表现出来的现象。如何降低含尘呢？要从烧结工况稳定，配料碱金属控制，机头除尘效率、脱硫系统的烟气流速及脱硫工艺稳定上系统做工作。有的厂还在脱硫后增加了旋风除雾器或湿电，但从长时间用效果看，湿法的烟气拖尾也没有得到根本改善。          

表2 截止2014年全国烧结机脱硫建设情况

类别	工艺类型	数量	占比
干法	活性炭	2	0.38%
半干法	密相干塔法	3	0.57%
	LJD干法	2	0.38%
	NID干法	3	0.57%
	旋转喷雾法	17	3.23%
	循环流化床	40	7.60%
	其它	24	4.56%
	小计	89	16.92%
湿法	石灰石-石膏法	315	59.89%
	氧化镁法	32	6.08%
	氨法	40	7.60%
	有机胺法	1	0.19%
	双碱法	47	8.94%
	小计	435	82.70%
合计		526	100%

烧结目前新技术是：环冷的水密封；采用环冷一段、二段余热回收产生蒸汽拖动风机的SHRT技术，脱硫方法未来发展趋势是采用活性炭法。

不太成熟技术有：带烧的软密封改造，半干法脱硫(主要是副产品无法使用），环冷机械式密封。

目前处于争议的技术有：烟气循环技术，变频控制主抽风机节电技术、烧结取消环冷的竖窑冷却技术。

关于存在争议技术中烟气循环技术，目前采用的单位有：永联钢铁采用外循环，主要为降低脱硫的烟气处理量；宁波钢铁采用内循环，由于烧结产能大，提产降耗的效果并不明显，但烟气减排效果还是有的。天丰钢铁由于是平改带，采用了烟气循环，目的是提高原152m2平烧的产量。

图1 天丰152平烧竖窑冷却

关于竖窑冷却，目前采用的有天丰钢铁152 m2平烧和兴澄特钢，天丰是由于平改带后，原来的冷却段改成烧结段，没有位置建环冷，于是采用了竖窑冷却。兴澄特钢斥巨资上烧结的竖窑冷却项目，但目前还没有完全解决热料的输送问题。工艺设备上存在问题是：热料的输送，竖窑中热物料和冷却风的分布问题，也就是布料问题，如果太复杂，运行可靠性差，不考虑布料，气流的偏析大，小颗粒的物料冷却不好，容易下红矿，烧坏皮带。但从能源回收方面看，便于对烧结热料的热量集中回收，2016年12月28日我去天丰再次考察，他们正准备将出料下面的皮带改为链板机以提高作业率，整体运行流程上可以理顺了，目前发电为吨矿27度。

三、炉料结构

高炉的炉料结构对高炉指标的强化和提升起到基础作用，目前国内很多钢厂没有配套上球团项目，只能实现烧结矿+块矿，由于好块矿资源短缺，块矿溢价持续高，加之含粉增加，块矿明显不具有性价比，但没有了调整空间。目前由于高品位精粉国际货源较少，且溢价高，降成本方面采取措施是：利用国际上的优质铁粉资源（或与大企业使用，因为这些铁粉往往是大船，小企业使用时间长，风险大），提高球团工序的研磨能力，提高球团工序的适应性，来保球团生产。

毋庸置疑，高碱度烧结矿+球团的炉料结构对于高炉来说要优于烧结+块矿的。

四、关于炼铁工艺设备及新技术

1、高炉造渣制度，关于低镁铝比，我认为应从原料上控制铝的配入量，减少烧结矿的配镁绝对量，但是单就高炉来看，通过对低镁铝比的钢铁厂进行调研，我建议还是要保持0.7的镁铝比。目前提出低镁铝比的两家代表单位是：泰山钢铁和兴澄特钢，但同时我们看到这两家钢铁厂的大高炉的生铁含硅是偏高的。无独有偶，江苏中天的小高炉，却能做到炉前劳动强度非常低，炉温也很低，得益于镁铝比在0.7左右。

2、高炉热制度，首先是风温，目前从热风炉的选型上很多厂，特别是中小型钢铁厂，都选河南豫兴热风炉和山东的卡鲁金式，这两种热风炉都可以稳定提供1250℃的高风温，但有一个问题大家对煤气和空气双预热很多厂没有达到设计效果，很大程度是管理问题，一是认为超过1250℃风温会带来热风出口和热风管道带来威胁，大家不太重视提高风温的措施，存在管理的盲区。近段时间热风炉系统出现事故的单位很多：唐山新东海、山东九洋钢铁等，都造成了恶劣的影响。吸取的教训是对热风管道要进行点检，特别是对联络管、三叉口、波纹补偿器部位进行重点排查，管道重点点检上半圆部位，炉壳温度要小于200℃。

3、关于高炉长寿，就这方面展开影响因素很多，这里只说几个大家容易忽略的问题：高炉的开新炉灌浆很重要，有的厂很不讲究，开炉三、四个月了，一开灌浆孔，流出浆料，这样浆料肯定达不到效果。一是要求浆料提高质量，能在相对低的温度下凝固成型和低肿胀很重要。另外高炉烘炉时，果断把炉缸的冷却停掉，什么也没影响，让灌浆料得以温升。

高炉炉缸活跃是长寿的又一关键因素，不能单独看，高冶强的高炉就一定短寿，河北胜宝钢铁的808立方高炉，就是有力一个说明，高炉长时间利用系统接近4.0,但是高炉的炉龄达到9年，单位炉容产铁量也达到11000吨以上。

高炉适宜的铁口深度对高炉长寿影响也很大，一般按铁口部位炉墙厚度的1.2倍就可以，但是对于那些炉壳外还有“假铁口”的设计，外面深度不能含在铁口有效深度之内。

目前高炉的寿命威胁主要是象脚区侵蚀，另外还往往在铁口区域的左下角或右下角位置，所以在炉缸设计上，提高象脚区的炭砖的抗渣铁侵蚀兼顾导热性，重视该部位的气隙管理，活跃的炉缸、稳定的铁口深度，高炉就能达到长寿。

4、关于炼铁的技术创新

近几年炼铁工序的技术创新颠覆性的并不多，而是围绕节能减排积累了一些题材，比如无料钟炉顶的充压煤气回收；热风炉的利用送风热风炉向待送风热风炉充压；喷煤粉预热；焦炭烘干；利用热风炉废气进行喷煤制粉；高炉的打泥记录电信号转换成打泥量；无波动换炉；自动烧炉等。

我对这几个技术和创新进行点评：

高炉的埋氧枪开炉和用氧枪处理炉况技术非常成功，只要使用得当可以大大加快炉况转顺的进程，这在很多厂得到验证，我在2009年就成功使用氧枪开炉，开炉再不是辛苦的差事，10小时内大量出渣铁，16小时全风作业，当天喷煤成为开炉规范。但氧枪的使用要点是，一定要注意铁口炉皮与泥包之间不能有间隙，否则会出现融化的渣铁逆入炉皮，造成炉皮烧穿事故。

无料钟炉顶的充压煤气回收技术，这在使用干熄焦的炼铁厂，效果还是不错，现在的难点是煤气回收布袋因为煤气温度太低（低于80℃），造成回收煤气的箱体，煤气析出水分太多，低于露点，造成布袋板结，甚至煤气回收箱体里全是水，影响回收煤气的正常运行。我们可以关注低温煤气的回收进展，同时我们也可以进行实验。

热风炉的高低压转换，节省风量，理论上可行，但由于需要多高炉共同匹配，会造成等烧待烧现象，影响热风炉的效率，（烧炉时间应提高），实际运行情况是，单炉配四个热风炉的好匹配，如果单高炉配三座热风炉，那么这种装备的投入率就会大打折扣了。

喷吹煤粉预热主要还要考虑喷吹煤粉的阻力问题，目前喷煤量都很大，预热就需要喷煤在喷吹管道中停留时间延长，或增加长度来换热，现场改造过程中出现实际预热效果差或喷煤阻力增加的现象。目前在利用余热考虑阻力正在探索。

焦炭的热风炉烟气预热，这是很久以前的措施了，河北最早小179立方高炉时就曾经采用，后来由于热风炉的废气中含有CO，多厂发生煤气中毒死亡事故，所以很多厂未敢采用，随着大家的不断完善和投资加大，现在有焦炭烘干的槽上采用抽风式排烟，安全问题能够保障了。另外还有一个影响因素就是热风炉废气的温度，如果采用进热风炉自配的预热器前废气，还要保证烟气量，最终预热完焦炭温度也要在露点之上，也就是100℃以上，才能达到效果，否则效果不明显，最终评测是焦炭振动筛环保需要治理时就可以了。

利用热风炉废气来进行磨机制粉，目前很多公司设计都有热风炉废气，核心问题还是烟气温度，如果温度能够达到，特别在磨烟煤较多的单位，一方面可以全用热风炉废气，还可以保证制粉系统的含氧量，减少氮气用量。现在主要问题也是热风炉的废气温度问题，很多厂的热风炉操作规程就把废气温度控制在350℃以下，甚至在300℃以下，那废气就不能完全代替烟气炉了，很多长热风炉炉蓖子采用耐热含铬铸铁，那么废气温度很多提到了400℃以上，那再考虑废气量，就可以取消烟气炉。

总之，与焦炭烘干项目相似，对热风炉的废气温度和废气量都有要求，那么废气就要从热风炉的进入预热前接入，否则经过热风炉自身预热器的烟气温度会衰减，达不到应有的效果，也不是对于余热余能的回收方式很多，看已经采用了什么方式，鱼和熊掌不可兼得，万不可不加论证多措并举，效果都没有，就会浪费投资。

利用打泥操作感应信号记录打泥时间，转换成打泥量，很简单的一个收集，把炉前原来不好测量的操作可以度量，是一个进步，提倡采取应用，并进行转换成打泥量。

再说一下热风炉的自动烧炉技术，目前围绕这项技术的程序开发者良莠不齐，比较简单的是利用这个节能题材，进行炒作，为什么呢？大家知道提高任何燃烧器效率的措施都是用最小的空燃比换得最高的燃烧温度，由于生产中煤气压力是经常波动，另外各烧炉阶段也不一样，所以这个软件要有一定的自寻优化功能，但是现在并不是每家程序开发商都能做到，有的只是简单根据煤气压力波动，非常粗放的分了几个档，空气相应调整匹配，我说这个程序，比不操心的岗位工好些，煤气波动了知道调整了，但比责任心强的操作工差，因为太粗放。这种程序不是我们要的。我们要那种根据操作工实际操作记录和自动调整记录，有自学习功能，能够自行优化的名符其实的自动烧炉技术。目前由于废气的含氧量和含CO量的测量难度大，大多开发商没有采取根据废气反馈来修正烧炉操作的程序。

无波动换炉，是在风机上加一个小程序，风压的波动是在热风炉换炉时，三座热风炉大都是先送风后撤炉，在这时会出现热风压力下降，风量增大的现象，视为波动。无波动的原理是在送风时增加了风机的出力，克服了向待送热风炉的送风损失，当压力平衡后又把风机减回原负荷。也就是通过风机的调节来克服换炉过程中的波动。目前很多厂风机有此程序，但未投用。究其原因是高炉本身可以消化这种波动，对风机的频繁调整，从风机的角度来看，大家认为没有必要。

五、铁前重要工艺设备限制环节的攻关和突破

铁前的降本增效的核心是稳定，那么提高作业率意义是双重的，不仅直接拉低了公摊费用，而且高炉越停产少越稳定，也就是越顺，这样把应有的加工能力可以发挥到最佳水平。

那么哪些是影响铁前作业率的工艺设备环节呢？各厂都要夯实基础，抓好瓶颈。

找出来瓶颈后，重点攻关，当然有时也要辅以资金投入，大幅度解决了短板问题，何尝不是降成本呢？比如单铁口高炉的浇注沟不修补通铁量，如果从13万吨提到20万吨，那么就由原来的两月修一次减少到三个月修一次，全年减少两次，高炉的稳定得到保障，也大幅降低了炉前工的劳动强度，经济和社会效益都很明显。

铁前有哪些关键的工艺设备要重点控制呢？也就是我们天天讲对标，这些关键工艺设备要对比行业平均水平和最佳。比如台车的寿命，同部位烧结皮带的寿命；炉前主沟的通铁量；高炉布料溜槽的寿命；高炉煤气除尘布袋的寿命；高炉泥炮开口机的寿命；高炉热风阀的寿命；一代炉役的寿命；高炉风口小套的寿命；高炉铁口尝试达标率及出铁速度等。

当然每月的工艺休风或设备停机分析中，我们可以找到瓶颈，加以解决，就可以补上短板，整体提高管理水平。

六、铁前的信息化和自动化

关于铁前的信息化，很多厂在上，但往往找不到适合的模板或成熟的软件公司，我的建议是不要贪大图洋，生产数据的采集和建立数据库存，这是第一步，也是必须的。

铁前的信息化可以分三步走：第一步先实现计量数据、工艺参数、能源介质参数、设备保全保护参数的自动采集。这些工作量还是很大的，原来很多民企的数据采集基础很差，现场的电脑只相当于仪表显示，或者把一些阀门操作弄到电脑上，但是一点自动的概念也没有，要靠人手点击每个阀门操作。这种现象一点也不夸张，而是在很多企业普遍存在。甚至连物料的计量都搞不清楚，所以很多厂的指标对标存在很大的不可信性，原因就是基础数据管理没有可靠手段。正所谓你不能测量它就不能管理它，对应这时的管理也是很粗放的。

通过科学的采集基础数据，避免人为干预，获得生产的消耗量和产量，按工艺逻辑生成生产技术报表和成本表，这些需要计量技术的实施和工艺规范的落实，同时各单位的考核利益也会影响，所以很多厂的二级系统不是程序技术问题，而是本位主义造成。

生产信息化和自动化的最高阶段时，专家系统（或辅助专家系统）。也就是整个生产工序实现自动控制和自动调优，同时对工序中的各影响环节进行预警和操作指导，并不断丰富生产控制数据库，产生大量可供总结的数据，同时这些数据成为企业的核心技术数据。

七、钢铁前沿技术

1、CCPP发电技术  这种技术是钢铁企业最先进的煤气回收利用技术，是将钢铁生产过程中的富余煤气与空气燃烧后产生高温高压的烟气，烟气膨胀做功，将机械能转化为电能；之后用余热锅炉将烟气的余热进行回收产生高温高压的蒸汽，利用蒸汽轮机再次发电，最终实现联合循环发电。

据考察，现在掌握这种CCPP技术的公司不多，有ABB、日本川崎、美国GE等。国内钢铁公司有宝钢、莱钢、鞍钢等已经采用该技术。这种技术的发电效率为45%,  而同规模的火力发电的效率只有23-35%。更重要是这种技术以低热值的高炉煤气为主要燃料，另外CCPP燃气轮机发电不用冷却水。新水耗量也是常规发电的一半。

2、高炉炉渣热量回收技术。