高炉优化操作分析之高煤比

高炉优化操作分析之高煤比
——冶金交流中心高炉数据分析解读报告
中信特钢集团、铁前王琳
1前言
高炉喷煤的目的，就是降低铁水成本。
高炉喷煤除了煤粉代替焦炭降低铁水成本外，还有其它好处：
喷煤可以调剂炉况改善高炉炉缸工作状态，使高炉更加稳定顺行；
喷吹的煤粉在风口前代替炽热的焦炭气化燃烧会降低理论燃烧温度，为高炉采用高风温和富氧创造了条件；
喷吹煤粉气化过程中放出比焦炭多的氢气，有利于矿石还原和高炉操作指标的改善；
喷煤粉代替焦炭减少焦炭生使用量，可降低炼焦生产对环境造成的污染。
喷煤作为高炉强化冶炼的四大措施之一，为高炉增产降耗提供了支持。
 
现代高炉的标志是强化冶炼，即：高顶压、大喷煤、高风温和富氧。
古代高炉到现代高炉跨越了三大步：第一步是十八世纪初年由木炭冶炼改成了焦炭冶炼；第二步是十九世纪初改冷风鼓风为热风鼓风，有了热风自然就想到了喷吹燃料。十九世纪中叶在法国炼铁厂实现了喷煤。第三步是20世纪初高炉使用蒸汽鼓风机，所以英文高炉叫作鼓风炉（Blast Furnace），采用蒸汽机鼓风后，极大地提高了冶炼强度，为后来的喷煤创造了条件。随后，中东发现并开采了石油，高炉喷煤技术发展基本再无进展。直至20 世纪60年代初，欧洲及中国、美国的一些工厂才陆续开始在高炉上试验喷煤。70年代末，第二次石油危机的岀现,加快了高炉喷煤技术的研究和发展，特别是欧洲和日本更是在实际应用上取得了重大突破。到二十世纪后期，欧洲和日本已有少部分高炉月均喷煤比达到了了200kg/t。
我们国家在1964年开始研究喷煤技术，首先在首钢和鞍钢做了工业试验。是世界上较早采用高炉喷煤技术的国家之一，由于我国国内煤炭资源较为丰富而外汇短缺。从20世纪60年代开始高炉喷煤到70年代，我国高炉喷煤煤种多、喷吹量大、效益高，高炉喷煤普及率和喷煤量在国际上一度处于领先水平。80年代后期，我国高炉平均喷煤比在50-60kg/t。90年代以后，高炉喷煤技术纳入国家科技攻关计划，大型高炉全部设置喷煤装置，喷煤高炉不断增加，喷煤工艺改造步伐加快，大喷吹成为我国高炉炼铁技术的主流。从1995年起，我国高炉煤比逐步提高，1995年重点企业平均喷煤比仅为58.5kg/t,到上世纪末已经达到118kg/ t,2002年达到了 125kg/t。
注：上世纪60-70年代，当时石油价格大概2美元/桶，人民币汇率2.5左右国内煤炭定价在20-30元/t。
近年来我国重点企业高炉煤比趋势图：

2近年来高煤比典型案例
我国高炉喷煤发展，与世界上高炉喷煤一样的，都面遇到了喷煤继续提高的瓶颈。每个钢铁公司，每个公司内不同的高炉，每个高炉不同的时段，都存在着煤比有时高有时低的状况。大家一直在努力找出影响高煤比的主要因素，并加以改进。但是至今，仍没有一个可以持续保持高炉高煤比的分析结论是经得住验证的，或许高煤比的制约因素在我们思考之外，或许高煤比制约因素在高炉不同的阶段是不同的综合因素。
这里，先列举国内高煤比的高炉的煤比变化趋势，供大家分析参考。
注：我不是这些高炉的操作者，仅仅是根据高炉数据进行分析。
谈到高煤比，不得不说国内的B厂高炉。B厂大型高炉在1997年开始了煤比攻关，煤比提升一鸣惊人、一飞冲天。煤比由1997年108kg/t上升至1999年207kg/t，全公司平均煤比保持在200kh/t上下持续了9年，取得了非凡业绩。
B厂高炉二十年来高炉煤比变化：

于是乎大家就开始研究B厂高炉喷煤，通过简单比对就直观的得出研究结论是：焦炭好、矿石好所以煤比高。B厂原料质量高和稳定性，确实国内其他企业是无法相比的。但是，现实是在2007年以后，煤比逐渐下降。焦炭依旧是好焦炭，矿石依旧好矿石，但是煤比逐年下降。
这个有好原料才有高煤比的结论，影响深远。我甚至一度将煤比+渣比≤500kg/t写进了规程里，作为操作指南，但事实证明是错的，让我至今汗颜。
 
第二个高煤比典型案例T公司高炉煤比，T公司高炉生在了福窝里。高炉就坐在焦煤堆上，吃着自产高品位精粉。起点就高，开炉煤比就上了档次了，达到了200kg/t。但随后就走了下坡路，一路下滑。理由说是原料不好了。但是发表过一篇文章谈的是高炉技术指标进步，其中阐述了改善原料提高了高炉指标，但数据道出了实情。如下图：

第三个高煤比典型案例是国内W公司。W公司因为过高富氧也有过燃料比升高的困惑，但是最近八年来，除了2014-2015年因钢铁市场亏损，喷煤量降低以外，其余时间里WG高炉煤比都在160kg/t以上。

第四个高煤比典型案例是L公司高炉，L公司高炉喷煤做的非常成功。较低的入炉品位，合适的焦炭质量，粒煤喷吹等，持续创造出高煤比的佳绩。

国内还有许多中、小高炉在闷声发大财，高煤比、低燃料比，低成本做的非常出色。
3高煤比之不忘初心：喷煤目的是降本
提高煤比的初心降低成本。仅仅对比煤比是没有意义的。无论国内和国外，都有高炉曾经短时间的将煤比提高到260kg/t以上，但是过高喷煤效率下降，燃料比升高，得不偿失。
我们在实际工作中也经常遇到同样的情况，我们在敦促高炉提高煤比时，高炉就拿出数据上上下下前后左右的申诉提高煤比后燃料比升高，到处叫喊着说：“得不偿失，高炉做低煤比低燃料比才是降本之道。”
我们需要说明的是：我们谈高炉高煤比的基础是燃料比不升高。提高煤比的初心是降低铁水成本。并不是为了高煤比而再提高焦炭质量、提高入炉品位、提高了燃料比。
高质量焦炭是需要花钱买的，高的入炉品位矿石也是需要花钱买的，提高煤比如果造成了成本上升，就是违背了最初提高煤比的初心。
如果我们扣除了市场因素、地域因素、资源因素，扣除入炉品位因素而仅仅按照燃料比水平的高低来核算2019年—2020年上半年高炉成本大概排序，得到的结果如下：
说明：扣除品位因素后，燃料比指标排序：没有扣除高炉加废钢因素：

燃料比校核比对
序号	企业炉号		炉容		系数		焦比		焦丁		煤比		燃料比		风温		富氧	品位		燃料比
			m3		t/d.m3		kg/t		kg/t		kg/t		kg/t		℃		%	%		校核
1	元立		1076		2.6		294		21		178		493		1188		6.31	56.48		488.84
2	川威钢铁		1750		2.76		345		32		140		517		1200		3.49	54.19		495.9
3	湖北新冶钢		1780		2.72		313		33		145		485		1194		2.73	58.04		499.54
4	安泰钢铁		1250		2.76		325		42		134		501		1182		1.73	57.75		506.41
5	青钢		1800		2.78		309		36		160		506		1178		2.96	57.26		507.56
6	宝钢		4907		2.17		296		24		172		493		1221		3.82	58.98		507.59
7	江西新钢		2500		2.47		342		22		148		509		1210		3.25	56.57		508.35
8	山东富伦		1496		2.63		348		26		134		509		1144		1.47	56.97		508.57
9	福建三钢		1309		3.1		322		30		154		506		1213		3.62	57.58		510.6
10	马钢长江		1165		3.27		331		30		141		502		1179		2.52	58.39		512.61
11	永锋淄博张钢		1350		3.13		373		0		126		498		1124		3.09	58.99		513.36
12	芜湖新兴		1280		3		350		20		144		514		1191		0.99	57.47		517.28
13	石钢		1080		2.4		333		36		154		522		1152		3.68	56.44		518.07
14	朝阳钢铁		2600		2.22		311		56		150		535		1175		2.24	57.29		518.68
15	太钢		3483		2.24		325		25		147		498		1227		4.51	59.83		518.8
16	西林钢铁		1175		3.36		368		38		136		539		1130		3.15	54.06		519.8
17	潍坊特钢		1273		3.01		353		27		140		521		1120		1.63	56.96		519.87
18	天津轧三钢铁		1260		2.89		360		25		135		519		1156		3.15	57.24		521.11
19	龙门钢铁		1554		2.72		352		28		144		524		1176		2.92	56.66		521.54
20	首钢迁钢		3069		2.42		317		36		154		508		1204		3.18	59.04		523
成本校核比对：
序号		企业		炉容		系数		焦比		焦丁		煤比		燃料比		品位			焦		成本
				m3		t/d.m3		kg/t		kg/t		kg/t		kg/t		%			CSR%		校核
1		元立		1076		2.6		294		21		178		493		56.48			61.58		1941
2		宝钢		4907		2.17		296		24		172		493		58.98			69.6		2011
3		青钢		1800		2.78		309		36		160		506		57.26			67.5		2023
4		江西新钢		2500		2.47		342		22		148		509		56.57			62.93		2025
5		湖北新冶钢		1780		2.72		313		33		145		485		58.04			69		2025
6		川威钢铁		1750		2.76		345		32		140		517		54.19			68		2031
7		山东富伦		1496		2.63		348		26		134		509		56.97			62.37		2038
8		福建三钢		1309		3.1		322		30		154		506		57.58			68		2039
9		安泰钢铁		1250		2.76		325		42		134		501		57.75			65.09		2042
10		龙腾特钢		1080		3.65		349		17		159		525		57.42			58.97		2042
11		石钢		1080		2.4		333		36		154		522		56.44			63.69		2045
12		马钢长江		1165		3.27		331		30		141		502		58.39			68		2057
13		芜湖新兴		1280		3		350		20		144		514		57.47			65.24		2058
14		太钢		3483		2.24		325		25		147		498		59.83			67.4		2058
16		西林钢铁		1175		3.36		368		38		136		539		54.06			59.61		2059
17		龙门钢铁		1554		2.72		352		28		144		524		56.66			63.18		2062
18		首钢迁钢		3069		2.42		317		36		154		508		59.04			67.49		2062
19		潍坊特钢		1273		3.01		353		27		140		521		56.96			63.49		2062
20		朝阳钢铁		2600		2.22		311		56		150		535		57.29			67.45		2062

注：按照每提高1%的入炉品位焦比降低7.5kg/t，铁水成本上升15元/t；
按照每提高焦炭1%的反应后强度，焦炭价格上升10元/t。
没有扣除加废钢的高炉，因为废钢比我们无法获得准确数据。
根据冶金交流中心数据，我们得出全国高炉成本校核。
4用冶金交流中心高炉数据分析高煤比
以数据说话，在信息化和智能化即将到来炼铁的今天，数据的作用越来越大。去年我们大家聚会分析了高炉入炉品位对利用系数的影响，得出了当入炉品位达到57%以后，再提高入炉品位不再会对提高产量起到促进作用。得出了每提高1%的入炉品位可以降低7.5kg/t的数据。
这次会议，我们一起相聚常州，不抱成见、畅所欲言来探讨交流如何提高高煤比，降低铁水成本。