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我國大型高爐生產現狀分析及展望
4000m3以上大型高爐是高爐煉鐵先進技術發展方向的體現，大型高爐相對于容積小的高爐，單位爐容投資經濟、能耗低、環境負荷低、勞動生產率高。
2000年以來，隨著鋼鐵需求的迅猛增加，一批4000m3以上大型高爐在我國相繼投入運行，在生產管理和操控技術等方面取得了明顯的成績和效果。本文對我國4000m3以上大型高爐的裝備水平、原燃料指標、技術經濟指標等方面進行了分析，對存在的問題提出了改進建議，并對煉鐵的發展進行了展望。
我國大型高爐生產現狀
裝備水平
2000年以來，以首鋼京唐5500m3高爐為代表的一批大型高爐在國內相繼投入運行。截至目前，4000m3級以上大型高爐達到22座，高爐的大型化和自主創新成為這一階段高爐煉鐵發展的主要特點。隨著高爐操作、管理理念的不斷改進，裝備水平也取得了突飛猛進的發展，爐頂料面監控、水溫差在線檢測、爐缸侵蝕模型、風口監控、煤氣在線檢測等先進技術不斷得到推廣應用，傳統意義上的高爐“黑匣子”逐步向“可視化”的方向發展，一大批國產高爐設備設施已經達到國際領先水平。遺憾的是，我國煉鐵高爐平均爐容僅為770m3。而西歐1990年~2008年高爐平均爐容由1690m3擴大到2063m3，日本1990年~2008年平均爐容由1558m3擴大到4157m3。
技術經濟指標
近年來，我國大型高爐的操作管理水平不斷提高，指標逐步優化。2016年，我國4000m3級以上高爐平均利用系數為2.06t/(m3·d)，高于同期日本同級別大型高爐1.93t/(m3·d)的利用系數。2016年，我國4000m3級以上高爐的平均燃料比為512.44kg/t，平均焦比為348.91kg/t，平均煤比為155.98kg/t；平均焦比較2011年~2014年平均值提高了5.29kg/t，而平均工序能耗卻下降了8.51kgce/t，達到了384.95kgce/t，這反映出我國大型高爐在操作管理上更加注重適宜煤比和能耗的控制。附表是我國20座4000m3級以上大高爐2016年生產技術指標。
近年來，隨著企業經營壓力增大，成本意識在高爐的日常操作管理中逐步占主導地位，大型高爐開始逐步嘗試所謂的“經濟配料”，加之原燃料市場急劇變化導致供應保障能力下降，大型高爐的波動、失常也屢見不鮮，技術經濟指標有一定波動。穩定順行是高爐最大的效益，對大型高爐尤其如此。因此，必須堅持對大型高爐至關重要的“精料方針”，在努力降低鐵水成本的過程中，操作者應更加注重爐況的長期穩定順行及長期效益，在大型高爐具體的操作、管理方面更加精細。
原燃料指標
焦炭質量的優劣，對高爐生產穩定順行、技術經濟指標、產品質量和高爐長壽至關重要，對大型高爐的順穩影響極大。2016年，我國大型高爐焦炭的平均灰分為12.02%，含硫量為0.70%；焦炭平均粒度為51.52mm，比2015年降低0.43mm，比2011年~2014年平均值降低1.04mm；M40平均為89.61%，比2015年增加0.63%，說明各企業重視焦炭質量的改善和提升。
煤粉的質量，對高爐噴煤操作的穩定順行、煤焦置換效果均有重要影響。對噴吹煤粉質量的總體要求是有害元素少、灰分低、熱值高、輸送性能好、反應性和燃燒性高，揮發分選擇合適。2015年我國大型高爐的煤粉灰分平均為9.37%，比2011年~2014年平均值有所上升，揮發分為18.33%。2016年，大高爐的煤粉灰分平均為9.56%，揮發分為17.88%。
由于鋼鐵產量增長，優質的鐵礦石資源一度緊張，而且質量和性能呈下降趨勢。我國自產的鐵礦石品位較低，大部分的高品位鐵礦石須要從國外進口，2015年我國的鐵礦石對外依存度已達到84%。大型高爐要求渣量應小于300kg/t，爐料成分穩定、粒度均勻、粉末少、冶金性能良好和爐料結構合理。2016年，我國大型高爐的爐料結構為71.87%的高堿度燒結礦+19.12%的球團礦+9.01%的塊礦，燒結礦占主導地位，因此，對燒結礦質量的管理是大型高爐精料管理的主要內容。與2015年相比，燒結礦的比例增加了1.25%，球團礦的比例降低了0.84%，塊礦的比例降低了0.41%。
主要控制參數
高爐實施低硅冶煉，可達到高效、低耗、優質、長壽、環保的目標，降低生鐵成本。同時低硅、低硫鐵水可以降低煉鋼渣量，提高鐵的收得率，縮短冶煉時間，對開發新鋼種、冶煉高級純凈鋼、提高轉爐生產能力、降低成本有重要意義。低硅冶煉的高爐，應該在保證鐵水溫度的情況下，盡量降低高爐的生鐵含硅量。2015年，我國大型高爐的鐵水含硅量和鐵水溫度平均分別為0.43%、1503.11℃，鐵水含硅量比2011年~2014年平均值降低了0.01%，鐵水溫度也降低了1.36℃。2016年，大高爐鐵水含硅量及鐵水溫度平均值分別為0.43%、1502.68℃。鐵水溫度下降幅度不大。
高爐生鐵一級品率是指含硫量小于或等于0.03%的生鐵占所有生鐵的比例。2015年，我國大型高爐的鐵水含硫量和一級品率的平均值分別為0.029%、76.35%，鐵水一級品率比2011年~2014年平均值降低了2%。2016年，大高爐鐵水含硫量和一級品率的平均值分別為0.029%、73.76%，仍然呈下降趨勢，這主要是受經濟配料、使用低品質礦的影響。
2016年，我國大型高爐平均渣量和二元堿度分別為299.40kg/t和1.18倍。除寶鋼4座高爐外，其他大型高爐渣量都在300kg/t以上。大高爐的渣量比2015年降低了3kg/t。與國外的大型高爐相比，我國的渣量仍然偏高。
煤氣利用率與高爐的噸鐵燃料比有著直接的關系。2015年，我國大型高爐的平均煤氣利用率為48.72%。2016年，平均煤氣利用率和燃料比分別為48.40%和512.44kg/t。寶鋼幾座高爐的煤氣利用率高于50%，其燃料比也低于500kg/t。
對大高爐生產問題的改進建議
大高爐的發展必須基于一定的條件和基礎，目前大型高爐操作穩定性有待提高。大型高爐需要比中小高爐更加優質的原燃料、嚴謹的管理和精細的操作技術。特別是原燃料的穩定性，是影響特大型高爐穩定順行的限制性環節之一，穩定的原燃料準備和管理是特大型高爐穩定順行的前提。否則，大變料必然帶來大波動，將帶來巨大的經濟損失，甚至比高爐休風引起的損失更大。因此，要為獲得穩定的原燃料創造條件，以期獲得合理經濟性。大高爐對原料質量要求高，既建了大高爐，就必須用精料保大高爐，而精料的穩定性至關重要。應調整采購策略，穩定原燃料條件，減少爐況波動引起的損失。
大型高爐對外圍生產條件的變化非常敏感，要注意監控高爐設備運行，提升設備保障能力。應加強高爐侵蝕監控，如爐缸、冷卻壁等的監控，大型高爐一旦出現問題，對公司整個生產組織、經營績效將產生嚴重影響。對大型高爐的操作管理應更加精細，進一步延長高爐壽命，要提高外圍設備保障能力的穩定性，如爐頂裝料系統、爐前三大機、熱風煤氣系統等，確保大型高爐的安全穩定運行。同時，大高爐的物料吞吐量大，對原料和燃料的加工能力要求高，在提升原燃料加工能力的同時，保證配套的大型燒結機、大型焙燒機、大型焦爐等設備的配置和正常運行，也是高爐正常運行的物質基礎。
節能減排意識須要不斷鞏固提升。高爐鐵水是用來生產高品質鋼和純凈鋼必不可少的“精料”。煉鋼應降低噸鋼鐵耗，增加廢鋼用量，這樣既能夠降低鋼鐵企業的工序能耗，又能在市場波動時減小對鐵料資源的需求。環保方面，應注意控制粉塵排放、氮氧化物排放等。鋼鐵工業的能耗總量占全國能耗總量的15%，占全國工業能源消費總量的23%左右，而全國煉鐵系統能耗占整個鋼鐵行業總能耗的70%左右。因此，大型高爐應提高余熱余能利用水平，把節能降耗當作首要任務來抓。
高爐煉鐵的方向與展望
高爐煉鐵的方向
鋼鐵工業結構調整正在加速進行，高爐煉鐵仍是主流工藝，高爐操作理念、生產組織思路、研究方向等都須要全面調整和適應。高爐操作仍應堅持高效、優質、低耗、長壽和環保的生產方針，在高爐穩定的前提下，追求低燃料比和低成本。
高爐各項指標與原燃料質量有密切關系。必須更加深入研究原燃料質量對高爐生產的影響，合理配料，優化高爐指標。高爐配料須要對現在和未來能夠掌控的資源進行詳細分析和評估，調整和規劃好高爐用料，盡可能確保高爐配料長時間的穩定，減少變料，為高爐創造穩定的外圍條件。
原燃料質量的波動是影響大型高爐生產波動的重要原因。高爐操作應以降低燃料比為中心,系統研究低燃料比與高產及高爐長壽的關系，研究如何在低燃料比情況下保持高爐長周期穩定順行。
高爐追求提高煤氣利用率、降低燃料比，就要優化煤氣分布、提高礦焦比。這容易造成高爐料柱透氣性下降，影響高爐穩定順行，給企業生產管理、操作提出了新的課題。
高爐生產必須集約化。評價高爐生產效率的方法是實踐與基本理論相結合的，評價高爐生產效率的方法與高爐變化、冶煉過程相關的研究，將有助于對高爐操作的分析。目前，我國對高爐爐內現象的實證研究很少，對國外高爐爐內現象研究的成果運用也停留在一般概念上，必須加強對高爐內部的探索，為高爐低燃料比下的穩產、順行提供依據；必須提高一線人員的技術能力，加強對高爐操作數據的分析。
對高爐煉鐵的展望
大型高爐是煉鐵技術進步的集中體現。構建高爐大型化、生產集約化、高效化，以追求低燃料比、低排放量、低成本為中心的生產體系是實現我國煉鐵業由大變強的基點。
創造實現數字化、網絡化、智能化的條件，提高產業競爭力。應在煉鐵系統中貫徹落實低碳煉鐵，實現產業升級。
要實現鋼鐵企業由大向強的轉變，煉鐵生產也必須在技術力量、科研隊伍、經營理念、人才儲備等方面，真正向世界一流企業看齊，全面實施以技術創新為核心的創新驅動戰略。
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