高炉长期高水平顺稳是这样实现的 ——首钢股份炼铁生产创新实践和启示

作者: 冶金矿产  发布:2020-02-09

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目前,钢铁行业面临着环保压力不断加大的新形势,作为钢铁生产重要环节的炼铁生产担负的任务越来越重。7月上旬,《中国冶金报》记者专程前往地处河北迁安的首钢股份有限公司炼铁作业部采访,探寻之前业内人士多次提及、有关钢铁企业颇感兴趣的其炼铁生产近年来指标屡获突破、成本大幅度降低的创新实践做法和体会。

我国现代炼铁工业起步于建国初期的计划经济,崛起于改革开放大潮之中,走出了一条具有我国特色的自主创新的发展道路,有力支撑了我国钢铁工业的崛起和国民经济的发展。然而近年来,由于钢铁产能过剩及国家日益严格的节能环保要求,确定我国炼铁工业绿色发展方向,不仅是各钢铁生产企业自身发展的需求,更是支撑我国钢铁工业整体健康发展的重要基础。针对我国炼铁工业发展现状、面临的挑战及应采取的措施等关键议题,世界金属导报记者日前采访了中国金属学会炼铁分会主任委员、北京科技大学原校长杨天钧,以期与行业专家共谋发展良策。

“首钢股份作为首钢重要的钢铁生产基地,始终把创新作为实现高质量发展的战略和动力。炼铁系统的创新实践近年来屡创佳绩,很大程度上离不开管理、技术、环保治理上的创新。促进炼铁生产不断迈向新高度,是首钢各级领导的要求与希望,也是首钢股份炼铁系统一直追求的目标和方向。”首钢股份有限公司炼铁作业部专业人员对《中国冶金报》记者表示。

我国炼铁工业发展历史

首钢股份炼铁生产系统全景图

杨天钧:今年是我国建国70周年,建国以来尤其是改革开放40年以来,随着国民经济的快速发展,我国炼铁工业取得了巨大发展,炼铁设备及设计能力、高炉操作技术、非高炉炼铁技术等都取得了明显进步,为我国钢铁工业由钢铁大国向钢铁强国的迈进创造了条件,走出了一条具有中国特色的自主创新的发展道路,有力地支撑了我国钢铁工业的崛起和国民经济的发展。

管理创新促进握指成拳

我国炼铁工业自建国以来,总体上可以分为四个阶段:

“力分则心散,心散则应之不猛。近两年,环保要求越来越严,基于对全局性问题的深刻理解和对钢铁生产规律的准确把握,首钢集团将球团和烧结生产划归首钢股份炼铁作业部统一协调,是非常及时的。传统模式下的碎片化、分割化、界面过多的高端不高效的管理问题彻底得到了解决。”炼铁作业部负责人对记者说。

第一个阶段,1949年建国初期,我国生铁产量仅为25万吨。建国后重建了鞍钢,并新建了武钢和包钢等联合钢厂。1950年代后期,炼铁工业取得了技术突破——高炉利用系数超过2.0。1960年代,高炉风口喷吹技术得到了发展。虽然文化大革命严重干扰了中国经济,但并没有毁灭中国钢铁工业的基础,到1970年代末,开辟了炼铁技术进步的新天地。

上下一心,其利断金。首钢股份炼铁作业部将铁前一体化管理作为重点工程,通过思想统一、目标统一、行动统一、措施统一,转观念、抓管理、保稳定、促融合,实现了“1+1+1>3”的目标。干部职工不断强化以“高炉高水平、低成本稳定运行”为全局意识,烧结、球团工序牢牢树立“工序服从”为行动引领,将质量指标和稳定率放在第一位作为目标导向,彻底消除了以前牺牲质量保各自成本、造成铁水质量的波动,引发高炉一连串不良反应情况的再现;将全系统经济效益最优排在首位,统一由过去的“炼指标”向“炼成本”转变,2018年铁成本同行排名从第42名一跃至第17名,得到《中国冶金报》《中国钢铁业》等媒体的宣传。

第二个阶段,处于稳中求进阶段,经过22年的时间,生铁年产量从1978年的3479万吨左右增加到2000年的1.31亿吨,其中1992年生铁产量达到7589万吨,超过日本当年产量7314万吨,成为世界第一产铁大国,1995年生铁产量首次突破1亿吨。

与此同时,首钢股份炼铁作业部向“原燃料成本占钢铁产品成本70%左右”的原燃料的管理创新要效益,实现传统原燃料采购向原燃料经营转变。他们成立资源经营室,实现生产经营更好地贴近市场,进口矿传统采购向进口矿经营运作转变,改变过去采购人员不懂技术、技术人员不了解市场的局面,实现了技术业务与采购业务有机融合,生产由过去简单粗放型向精细化生产经营转变。2019年上半年,他们进口矿价格“跑赢”市场9.87美元/吨,降低采购成本1.83亿元。

第三个阶段,处于加速发展阶段,生铁年产量分别于2003年、2005年、2006年、2009年、2011年和2013年突破2亿吨、3亿吨、4亿吨、5亿吨、6亿吨和7亿吨,除了2005年至2009年期间受金融危机影响之外,第二阶段生铁产量保持每两年增长1亿吨的速度高速发展,其中在2009年,我国生铁产量在世界生铁产量中占比超过50%,此后,我国生铁产量一直占世界生铁产量的半壁江山。

首钢集团总经理助理、首钢股份公司党委书记、总经理刘建辉在铁前一体化研讨会上做出指示。

第四个阶段,由高速增长阶段转向高质量发展阶段,我国生铁产量稳定在7亿吨左右,2018年中钢协会员单位生铁产量达7.71亿吨,同比增长了3.04%,占世界生铁总产量的62.23%。伴随着国家经济结构和产业结构的转型升级,我国炼铁工业也面临资源环保和结构调整的多重压力,开始呈现减量化和创新发展的态势。

技术创新激发企业活力

与生铁产量增加相对应的是炼铁原料烧结矿、球团矿和焦炭产量的增加。由于我国球团发展相对滞后,球团矿在2000年之后才开始明显增加,产量相对烧结矿明显较低,主要是由于我国高炉的炉料结构长期以来均是以烧结矿为主。由于经济和技术原因,近年来球团矿的产量还略有降低。

如果说管理创新是统一思想、达成共识的有力举措,那么技术创新则是催生活力、助推发展的战略武器。首钢股份炼铁作业部顺应生产实际,不断研究新情况、解决新问题,敢担当、敢创新,敢为天下先。

焦炭作为高炉炼铁最重要的原料,其产量与生铁产量存在明显的线性关系,但是由于近年来对环保要求的日益提高,各省逐渐实行“以钢限焦”政策,焦炭的产量存在明显的降低趋势。

高碱度烧结矿技术助推环保限产新思维、新举措。面对环保限产和高炉高质量顺稳生产的双重压力,首钢股份炼铁人深刻领会“绿水青山就是金山银山”新理念,变压力为动力,变困难为挑战,创新提出高碱度烧结矿技术攻关课题,成为业界争相学习借鉴的典范。

对于我国炼铁工业的发展决不能仅仅看到产量和规模,还必须考虑技术水平和经济性以及国际市场竞争力,为此必须依靠技术进步,近些年,我国炼铁技术经济指标都有哪些显著进步?

为实现环保限产期间环保超低排放,首钢股份炼铁技术人员探讨实施高碱度烧结矿炼铁生产,保证酸碱平衡,少用烧结矿,多用球团矿。而要少用烧结矿,就要与比例升高的球团矿配比;为保证炉料指标,就要提高烧结矿碱度,据统计,烧结矿碱度月均在2.5以上,最高的达到2.9。同时,通过同步细化炉内技术操作,高炉冶炼水平逆流勇进,生产技术指标不降反升,这给首钢股份炼铁人不断进行技术创新带来不竭的动力。

杨天钧:自改革开放以来,我国炼铁工业不断引进国外先进技术,炼铁的经济技术指标也不断进步。高炉燃料消耗是代表高炉炼铁技术整体水平最重要的指标,高炉燃料比自改革开放后整体保持明显的降低趋势,从改革开放初期的将近600kg/tHM,主要企业2017年降为平均544kg/tHM,先进高炉降低到500kg/tHM左右,焦比从改革开放初期的545kg/tHM左右,主要企业高炉去年降低到平均为363kg/tHM,先进高炉降低到306kg/tHM。

炉缸冷却壁长寿技术是高炉“强身健体”的良药。高炉的顺稳生产,不仅源于原燃料质量、生产工序的状态良好,而且取决于高炉本体的“健康长寿”。对此,首钢股份炼铁人自主研发了铜冷却壁长寿技术,铜冷却壁使用寿命达到15年以上。其使用寿命的延长,不仅意味着高炉持续高效的顺稳生产,还意味着生产技术指标持续创优、产量稳步增长。好身体是保生存、求发展的关键和保障,首钢股份炼铁人在高炉这项应用上感触颇深。

这一方面得益于煤粉喷吹技术的推广,实现了以煤代焦,喷煤量从改革开放初期部分高炉50kg/tHM左右,许多企业增加到目前的150kg/tHM左右;另一方面得益于铁前系统整体水平的提升,比如精料技术以及高炉四大操作制度的优化,高炉顺行,炉况稳定。

炉缸整体浇注修复消除“痼疾”,实现“浴火重生”。www.4136.com,首钢股份2号高炉于2007年1月4日建成投产,该高炉投产后曾经创造了300千克/吨以下焦比、180千克/吨以上煤比、月均有效容积利用系数2.58吨/立方米·天的纪录,并获得“全国节能减排优胜炉”的称号。然而,随着时间的推移,2号高炉即将达到一代炉龄,而且由于长期高强度冶炼、大量配吃固废料,炉缸受到的侵蚀日益严重,近年来先后出现多次炉缸冷却壁水温差增大的问题, 被迫堵风口降低冶炼强度。随着近年来首钢股份硅钢产量的逐年增长,高炉加钛护炉与硅钢冶炼之间的矛盾也日益尖锐。彻底根治2号高炉的“心脏病”,恢复“优胜炉”昔日风采,成为首钢股份炼铁人心头的大难题。各种各样的方案陆续涌上炼铁技术人员的心头,并在他们脑海中反复酝酿……

与此同时,高炉利用系数的提升也表明了高炉整体技术的提升。改革开放初期的高炉利用系数只有1.5t/(m³·d),目前,已经基本稳定在2.2-2.5t/(m³·d),中小高炉甚至更高。含铁原料入炉品位也从1970年代末的53%,提高到目前的57%。高炉热风温度也得到了明显的提高,从改革开放初期的1000℃提高到目前的1140℃左右。尤其重要的是,原燃料质量得到明显改善,例如烧结矿碱度从改革开放初期的1.27-1.52提高到目前的1.85左右,高碱度烧结矿全面普及,烧结矿的转鼓强度得到明显提高,这也促使固体燃料消耗明显降低。

操作人员在高炉主控室工作。

目前,我国已建成了包括焦化、烧结、球团及高炉在内的完整的高炉炼铁生产系统。其产量约占世界总产量的60%,其整体装备和生产技术指标已处于国际先进水平。我国近年来炼铁装备水平的发展情况。

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