摘要根据近年来我国高炉技术经济指标的统计数据，对各级高炉利用系数的确定进行了广泛的研究。认为1000m³级高炉的设计年平均利用系数为2．00～2．40；2000m³级高炉的设计年平均利用系数为2.00～2.35；3000m³级高炉设计年平均利用系数上限为2．30。各级高炉都应在降低燃料比的基础上来提高利用系数，这样才符合科学发展观的要求。

关键词 高炉 燃料比 冶炼强度 利用系数

1  引言

      钢铁企业大部分的能源和资源消耗都在炼铁系统，同样，大部分的排放物也来自炼铁系统。因此，当前应把节约能源和资源作为炼铁工业发展的基点，大力发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型的高炉，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，在科学发展观的指引下切实走新型炼铁工业发展道路。为此，我们关注和思考的问题之一，是如何解决一段时间以来我国高炉一味追求高利用系数的问题。

    在过去一段时间里，我国高炉由于以提高利用系数为中心，忽视了高利用系数和高冶炼强度引起燃料比、焦比升高的一面；忽视了高利用系数和高冶炼强度导致高炉事故，影响高炉寿命的一面，使我国高炉利用系数这项指标位居于世界前列的同时，在高炉寿命、能耗指标、燃料比以及设备利用效率等方面，则与世界先进水平存在相当的差距。

    由于前阶段钢铁市场繁荣，不少企业在组织生产中，也许有一定的理由来要求高炉以完成产量为主，追求高的利用系数。但在今后产能过剩、控制产量的形势下，企业应以降低成本为主，把降低燃料比、焦比和能耗作为高炉的重要任务。我国是能源和焦煤缺乏的国家，在燃料比、焦比、能耗指标方面必须引起炼铁界的高度重视。重视能耗指标应当超过对利用系数的追求。

    本文根据近年来我国高炉技术经济指标的统计数据，对各级高炉利用系数的确定进行了广泛的研究，供大家参考。

2  燃料比与高炉炉容的关系

    根据全国炼铁信息网的统计资料得到燃料比与高炉炉容的关系(见图1)。由图1可知，大型高炉的燃料比普遍比较低。这是大型高炉最具竞争力的地方。大型高炉只有发挥低燃料比、低焦比、低能耗的优势，从而取得低成本、低污染的效果，我国高炉升级趋势才能进一步发展，因此，寻求降低燃料比、降低焦比的冶炼方针是当务之急。

3燃料比与冶炼强度、利用系数的关系

       炼铁专家蔡博、成兰伯对此分别在1955年和1964年发表过研究文章，对20世纪50～80年代的高炉炼铁起了很大的指导作用。在新的条件下有必要重新进行研究。

      当时普遍认为，在一定的原、燃料条件和技术措施的条件下，冶炼强度与焦比的关系存在一个焦比(当时是全焦冶炼)最低的冶炼强度区域。经过研究分析，认为这个最低焦比的冶炼强度区域为1．0～1．1。高炉强化需要降低焦比和提高冶炼强度并重，特别要把措施用在降低焦比上。根据全国炼铁信息网的统计资料，得到各厂燃料比与高炉冶炼强度、燃料比与利用系数的关系(见图2)。虽然，各厂高炉的生产条件差别很大，但图中由计算机作出了趋势线，得到与过去研究相符的结果。

  前段时间，由于市场需要，着重于高炉的强化。从长远观点和可持续发展的要求，日益强调节能、降耗，冶炼过程的自身的最佳化和节能值得引起注意，还需进行深入研究。

    由图2(a)可知，我国高炉的冶炼强度与燃料比之间的关系可以分成三类：

    (1)图中冶炼强度在1．05～1．15，各方面条件比较好，获得了低的燃料比；

    (2)低于1．05的区域j原燃料及其他条件差，高炉强化不起来，而且燃料比高；

    (3)高于1．15的区域，高炉强化程度超过原燃料的容许范围，引起燃料比的升高。根据分析，将图2(a)中冶炼强度高于1．15的高炉标志成方形的大点，很明显同样这些高炉的利用系数却不高，有的甚至低于2．10。利用系数是冶炼强度除以燃料比，当燃料比的升高超过冶炼强度的升高时，提高冶炼强度，利用系数反而下降。因此，更应以降低燃料比为中心环节。

    中间区域的高炉，如宝钢1、2号高炉、马钢四铁厂1、2号高炉、上钢一厂2号高炉、梅山1、3号高炉、邯钢7号高炉、太钢4号高炉等都是中等冶炼强度和燃料比低的高炉。只有宝钢3号高炉富氧率较高，冶炼强度也较高，而燃料比又低。

    对照图2(a)和(b)可以说明，过高的冶炼强度并不能提高利用系数，降低燃料比对提高利用系数的贡献率远大于提高冶炼强度。

    强化高炉和提高利用系数一定要从降低燃料比着手。改善原燃料条件和采取各种降低燃料比的措施才有可能提高利用系数，这是近年来全国高炉提高利用系数的可贵经验。实践证明，低的燃料比才能有高的利用系数。

    由于目前高炉强化的技术措施比较多，如高炉顶压力、高富氧率等因素，使得数据比较分散，要花费更多的力量才能寻求其规律。但是，对几十座高炉的分析，几乎所有高炉的冶炼强度与燃料比关系都呈图2(a)的U字形。而增加冶炼强度由于燃料比升高得更快，亦即在利用系数与燃料比的图表中，高冶炼强度、高燃料比区域的那些数据点的位置处于低利用系数的区域之内'使得利用系数与燃料比往往不呈U字形。因此，选择合适的利用系数还应由冶炼强度与燃料比的关系曲线确定。

    此外，还需说明的是选择的设计年平均利用系数，与高炉设备能力，与今后高炉的实际操作指标是不相同的。设计年平均利用系数并不能限制高炉以降低燃料比来达到更高的利用系数，并且在设计高炉时还应留有一定的富余能力，让高炉达到更高的利用系数。

4  各级高炉利用系数的确定

       根据以降低燃料比来提高利用系数的观点，在确定合适的设计年平均利用系数上、下限值时，以冶炼强度和燃料比两者的最低点所涵盖的区域为原则。

4．1  1000m3级高炉设计年平均利用系数上、下限的确定

    梅山高炉为1 000 m³级(有效容积分别为1250m³2座、1280m³1座)，2000—2005年梅山高炉平均冶炼强度1．07，平均利用系数2．22，平均燃料比497 kg/t，富氧率1．5％～2．0％。根据2000—2005年内整理月平均生产数据，除去大幅度盘盈、盘亏月份的数据，根据统计数据可得到燃料比与冶炼强度的关系(见图3)。

       由图3可知，当冶炼强度1．14时，此时燃料比最低494．490 kg／t，利用系数为2．30。冶炼强度小于1．14或大于1．14，燃料比均形成上升趋势。燃料比(y)与冶炼强度(x)的回归方程为：

    Y=496．42X²一1 134X+1 142．1

    邯钢5号1 260 m³高炉也有相似的关系。从2002年至2005年9月，邯钢5号高炉的利用系数一直保持在2．00左右。根据高炉的统计数据可得到燃料比与冶炼强度的关系(见图4)。

    由数据可以得到燃料比(y)、焦比(形)与冶炼强度(x)的回归方程式：

    Y=559．32X²一1 191．6X+1 184．9

    W=748．41X²一1737．3X+1 409．1

    由图4和回归方程式可知，当冶炼强度1．10时，有最低的燃料比550 kg／t，冶炼强度大于1．10，燃料比呈上升趋势，此时的利用系数为2．20。当冶炼强度1．15时，有最低的焦比400kg／t，冶炼强度大于1．15，焦比均形成上升趋势。

    由梅山和邯钢5号高炉的分析，将1000m³级的高炉利用系数的上、下限确定为2．40和2．00。

4．2 2000m3级高炉设计年平均利用系数上、下限的确定

    邯钢7号2000 m³高炉从2002年开始强化，利用系数和冶炼强度不断上升(见表1)，根据统计数据可得到燃料比、焦比与冶炼强度的关系(见图5)。

    按照上表的数据很明显地可以看到，利用系数从2．088，冶炼强度从1．074起，随着利用系数的升高，燃料比急剧上升。随着冶炼强度和利用系数的提高，燃料比和焦比均成上升趋势。目前有一批高炉的冶炼强度与燃料比的关系相似。

    由图5可知，提高冶炼强度和利用系数，燃料比和焦比均成上升趋势。由数据可以得到燃料比(Y)、焦比(W)与冶炼强度(X)的回归方程式：

    Y=348．92+147．69X

    W=163．94+173．8X

  由上式可知，冶炼强度提高0．1，燃料比约上升14．8kg/t，焦比约上升17．4kg/t。

    马钢四铁厂2号为薄壁高炉(名义炉容2500m³)，2004年富氧率为2．47％，炉顶压力为182 kPa。用2004．年全年的高炉日生产统计数据，将其中高炉不正常时期，综合冶炼强度低于0．9的数据剔除后，对炉容进行校正，可得到燃料比与校正冶炼强度的关系(见图6)，并得到了回归曲线。

  由图6可知，冶炼强度与燃料比也可以分成三个区域：图中冶炼强度在1．02时燃料比最低；低于1．00的区域燃料比升高；而高于1．05的区域也引起燃料比的升高。

     将图5、图6合在一起，可以看出两组数据能够很好地衔接在一起(见图7)，这也说明两者存在相同的规律。

    由图7可知，马钢四铁厂2号高炉与邯钢7号高炉两者的交汇处为冶炼强度1．03处，利用系数为2．05。

    鞍钢、首钢、武钢等厂2000m³级高炉的冶炼强度与燃料比也有相似的规律。

    因此，将2000m³级高炉的利用系数上、下限确定为2．35和2．00。

4．3  3000m³级高炉设计年平均利用系数

    根据武钢5、6号高炉的生产数据得到燃料比与冶炼强度的关系(见图8)。

    由图可知，冶炼强度在1．17时燃料比有最低点，此时利用系数为2．208。

    鞍钢新1号高炉也有相似的关系。

    因此将3000m³级高炉设计年平均利用系数的上限确定为2．30。

5  结语

    (1)本文强调的是以降低燃料比来提高利用系数。从我国的钢铁产业政策和能源政策来看，炼铁系统首先要抓的是降低能耗，提高利用系数将在次要位置。只有以降低能耗的高利用系数才是值得推崇的。

    (2)研究了历年的生产统计数据，规定的设计年平均利用系数应该是正常年份所能达到的，用一代高炉的平均利用系数的统计数据来选择设计年平均利用系数则太低，也不够恰当。为了能较早的回收投资，必须有较高的利用系数，因此设定了下限值。在改善了原、燃料的条件下，高炉的年平均利用系数仍然存在着上限值。年平均利用系数的上限值，只要降低燃料比，完全能够取得更高的利用系数。

    (3)根据上面的分析，炉容1000m³级高炉的设计年平均利用系数的下限确定为2．00，最高限确定为2．40。

    (4)炉容2000m³级高炉的设计年平均利用系数上、下限确定为2．00至2．35。

    (5)3000m³级高炉设计年平均利用系数上限确定为2．30。