一、研究的背景与问题
高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，是钢铁生产的重要环节。尽管世界各国研究发展了多种炼铁法，但因高炉炼铁技术经济指标良好、生产率高、能耗低等众多优点，而被广泛应用，据统计以高炉冶炼方法生产的铁量仍占世界总产量的95％以上。高炉炼铁是钢铁冶炼工序的源头，持续稳定的高产是衡量高炉炼铁技术的关键，而且据大数据表明，炼铁成本占钢铁企业全工序成本的60%～70%，因此，铁水产量和成本控制情况直接体现出企业的生存能力，高炉高产低耗是钢铁企业核心竞争力的重要表现。因高炉炼铁所需热量的60%～80%是来自焦炭，所以有效降低焦炭消耗是降低铁前成本的重要措施。介于当前超低排放和“双碳”目标的要求，降低焦炭消耗也是现阶段钢铁企业面临的环保问题的重要挑战。所以，高炉工序的降本、降耗则显得尤为重要，直接关系企业生存发展。
二、解决问题的思路与技术方案
1、总体思路
国内外专家学者对大型高炉研究表明，高炉越大对原燃料质量和稳定性需求越高。但是，随着煤、矿等资源的过度开采，原料资源日益匮乏，特别是优质资源更是有价无市，作为企业必须采取措施适应当前市场情况，才能存续发展。广西钢铁3800m3高炉炼铁团队率先打破思维定式，提出高炉工艺从被动的向市场提资源诉求，转变为主动调整适应市场行情变化。通过对设备升级改造，调整工艺参数、优化操作技术等方面的技术改进，在原燃料质量长期波动的情况下，保证了高炉稳定、高产、低耗。参考中国金属学会统计的2023年国内4000m3级高炉指标：平均喷煤比155.2kg/tFe、块矿比12.3%、燃料比511.2kg/t。本项目具体目标提高块矿比至20%以上，提高煤比175kg/tFe以上，燃料比控制在505kg/tFe以内，实现铁水成本最优的目标，达到全国行业先进水平。
2、技术方案
（1）通过制定详细的开炉、复风方案，精细化布料，做好批重、负荷、布料角度等重要装料参数控制，形成稳定的炉内气流；并通过分段控制焦炭的装入量，保证炉温充足、渣铁流动性良好，再通过调整及控制风口直径、风口长度、合适的鼓风风量、风温、富氧率、恒定鼓风湿度等参数，快速加风吹透中心，并打开风口回旋区，得到合适的大型高炉初始气流分布，实现高炉快速达产目标。
（2）建立单种矿价值评价和铁前一体化配矿系统，融合单种矿性价比评价、铁前联动配矿优化、库存资源优化，动态测算炼铁配矿成本，指导优化配矿工作。通过分析烧结、球团、块矿的理化性能指标，模拟高炉软熔带区间及煤气流变化，试验配用不同比例炉料的理化性能，通过优化炉前出铁、低硅冶炼、高压操作等控制措施，在保证生产稳定前提下逐步提升块矿比例，实现高块比目标，降低矿耗成本。
图1 高炉操作界面示意图
图2 高炉主参数趋势
（3）通过煤焦分析配煤研究，建立炼焦煤科学评价与应用性分类模型与规则，实现柳钢用煤的科学评价与应用性分类；建立焦炭质量预测模型，实现配合煤与对应焦炭质量预测，优化配煤方案，进而指导生产。（图3）
①建立多种喷吹煤价值评价和铁前一体化配煤系统，融合多种喷吹煤性价比评价、铁前联动配煤优化、库存资源优化，动态测算炼铁配用喷吹煤成本，指导优化喷吹煤配煤工作。
②运用激光模拟扫描料面技术，结合炉顶红外成像以及自主研发的高炉料面探测装置。解决炉内料面不清晰和布料不精准的难题，以实现精准布料和溜槽在线监测，更加准确调节炉内煤气流，保证炉况稳定。在精准布料的基础上，创新性的应用大矿批、小角差布料，构建合理矿焦平台，进一步改善煤气流分布。控制合理的炉腹煤气量，有效利用炉腹煤气，降低燃料成本。
图3 科学配煤与焦炭质量预测模型
三、主要创新性成果
该项目使大型高炉性能指标达到全国同行业先进水平，共获国家发明专利2项、实用新型9项，部分成果在柳钢充分应用，有效降低了高炉对资源和能源的消耗，实现节能降耗、减少炼铁工艺碳排放、降低生产成本等目标，经济、社会效益显著，一定程度上推动了本行业的技术进步。填补广西炼铁业在大块矿比、高煤比低成本冶炼技术领域研究空白，助推广西制造业高质量发展。
四、应用情况与效果
根据广西钢铁资源寻货情况，原料方面，块矿平均价格低于烧结矿、球团矿，因此，降低炉料结构中熟料比，提高块矿比可以有效降低铁水成本。2022年块矿比5.57%，炉料成本高，2023年提高块矿比至15%，取得了较好的经济效益，2024年进一步提高块矿比至20%以上，降低熟料率，从而降低炉料采购成本，同时降低生产烧结矿、球团矿等熟料过程中产生的能耗与污染。燃料方面，吨煤成本为吨焦成本的0.50-0.60，在保持适宜置换比的情况下提高煤比，以煤代焦是炼铁行业降低铁水成本的主要途径。2022年煤比149.4kg/tFe，燃料成本高，2023年提煤比至155.2kg/tFe，2024年持续开展高喷煤比攻关，二季度提高煤比至175kg/tFe以上，燃料比503kg/tFe。以煤代焦，最大程度降低燃料成本，减少碳的消耗，从而节约能源，降低碳排放。
信息来源：广西柳州钢铁集团有限公司
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