近年來中國煉鐵工業(yè)得到快速發(fā)展，2009年產(chǎn)鐵5.43億噸，占世界總產(chǎn)量的60.53%，2010年前十個月中國產(chǎn)鐵4.96億噸，比上年同期增長8.27%。高爐生產(chǎn)技術(shù)也取得了長足的進步。2010年前三季全國重點鋼鐵企業(yè)高爐焦比為369kg/t，噴煤比為149kg/t，熱風(fēng)溫度為1156℃，創(chuàng)造出歷史最好水平。首鋼、寶鋼等企業(yè)的一批高爐部分技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。但是，中國仍有一批落后的小高爐在生產(chǎn)。這說明，中國煉鐵技術(shù)發(fā)展是不平衡的。隨著高爐大型化的發(fā)展，高爐對焦炭質(zhì)量的要求日益提高。主焦煤的短缺，已制約了中國高爐大型化的進程。中國在大力推廣搗固煉焦、干熄焦、煤調(diào)濕等技術(shù)，以緩解我國主焦煤資源的短缺，并滿足高爐的需求。在此，中國鋼鐵企業(yè)網(wǎng)特邀專家顧問王維興對我國煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀及對焦炭質(zhì)量提出了具體的要求與建議，文章如下：
一、中國煉鐵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
近5年來，中國煉鐵工業(yè)處于高速發(fā)展階段，全國鐵生產(chǎn)量從2005年的3.43億噸，增長到2009年的5.43億噸，增長了2.00億噸，增幅達(dá)58.18%。在這5年期間，中國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)也取得了長足進展。2010年前十個月全國鐵產(chǎn)量為4.96億噸，比上年增8.27%，預(yù)計全年可接近6億噸。表1為全國重點鋼鐵企業(yè)高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。
中國煉鐵企業(yè)發(fā)展不平衡，是處于不同結(jié)構(gòu)、不同層次、不同生產(chǎn)技術(shù)水平共同發(fā)展階段。目前，中國有1400多座高爐，其中大于1000M3的高爐有260多座，大高爐中約有三分之一的高爐煉鐵技術(shù)已達(dá)到國際水平，京唐公司曹妃甸5500M3的高爐指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。但是，約有四分之一的煉鐵產(chǎn)能屬于應(yīng)淘汰的落后設(shè)備。
1、重點鋼鐵企業(yè)高爐焦比不斷下降
從表1可看出，近5年高爐焦比下降了38 kg/t。2010年前三季重點鋼鐵企業(yè)高爐焦比為369 kg/t，比上年度下降4kg/t。入爐焦比較低的企業(yè)有：寶鋼299kg/t，興澄323kg/t,長治332 kg/t，太鋼324 kg/t，青鋼326kg/t，唐鋼332 kg/t，鞍鋼332 kg/t，沙鋼334kg/t，首鋼334kg/t，邯鋼346kg/t，京唐338kg/t,韶鋼339kg/t,柳鋼340kg/t，武鋼344kg/t。
支撐焦比下降的重要技術(shù)條件是：
（1）焦炭質(zhì)量改善是焦比下降的重要支撐
煉鐵精料技術(shù)水平對高爐生產(chǎn)指標(biāo)的影響率在70%，高爐操作水平的影響僅占10%，煉鐵企業(yè)管理水平占10%，設(shè)備因素占5%，外部條件（供應(yīng)，動力，上下工序等）占5%。在高冶煉強度和高噴煤比條件下，焦炭質(zhì)量水平對高爐指標(biāo)的影響率在35%左右。焦炭質(zhì)量變化對煉鐵生產(chǎn)影響見表2。
從表2可看出焦炭質(zhì)量指標(biāo)中M10變化量，對高爐生產(chǎn)指標(biāo)的影響比例最大。這表明，煉鐵工作者要十分關(guān)注M10數(shù)據(jù)的變化。M10指標(biāo)是個焦炭抗碎指標(biāo)，它是反應(yīng)出焦炭在高爐冶煉過程中的破碎程度的指標(biāo)。焦炭M10指標(biāo)不好，在高爐冶煉過程中會易粉化，產(chǎn)生較多的粉末。焦炭粉末多會造成高爐爐料透氣性變差，壓差升高，風(fēng)量減少，不允許多噴吹煤粉；同時，粉末增多，也容易被高爐煤氣帶出爐外，造成高爐除塵灰中含碳量增加，也就造成焦炭的高爐利用率的下降，焦比升高；焦炭易粉化，會造成爐缸內(nèi)焦炭粒度變小，甚至?xí)休^多的焦末，這會造成爐缸不活躍，直接使高爐鼓的風(fēng)吹不透爐缸中心，還會使?fàn)t缸中心容易堆積；一些中小高爐有過使用M10指標(biāo)差的焦炭，曾出現(xiàn)高爐休風(fēng)后，不易恢復(fù)風(fēng)量，延長爐況處理時間的案例。也曾出現(xiàn)過某座小高爐全使用土焦煉鐵，休風(fēng)后，就吹不進風(fēng)的現(xiàn)象。就是因為焦炭粉化后，爐缸內(nèi)焦炭之間沒有多少空隙（正常的應(yīng)有0.4的空間）。表3為歷年重點鋼鐵企業(yè)焦炭指標(biāo)。
從表3可看出，近5年來我國重點鋼鐵企業(yè)焦炭質(zhì)量得到改善（只有含硫升高）。2008年上半年因鋼鐵市場需求火爆，鋼、鐵、材、焦產(chǎn)量增幅較大，造成煤炭供應(yīng)緊張，焦炭質(zhì)量呈下降態(tài)勢，這是屬于不正常生產(chǎn)狀態(tài)。
通過表2和表3的數(shù)據(jù)進行綜合分析，可以看出焦炭M40在5年中升高2.20%，可使煉鐵焦比下降：5kg/t×2.2﹦11kg/t；M10下降0.18%，可使焦比下降7kg/t×（0.18÷0.20）﹦6.3kg/t；灰份下降0.27%，可使焦比下降412kg/t×1%×2.7﹦11.12kg/t；硫升高0.06，造成焦比升高3.7kg/t。綜合計算11+6.3+11.12－3.7﹦23.72kg/t。從表1知，近5年煉鐵焦比下降38kg/t，其中焦炭質(zhì)量改善給高爐焦比下降的貢獻為23.72kg/t。
２、重點鋼鐵企業(yè)噴煤比得到提高
提高高爐噴煤比是煉鐵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的中心環(huán)節(jié)，是世界煉鐵技術(shù)發(fā)展的主流。高爐噴吹煤粉是節(jié)約焦炭、降低煉鐵成本的重要措施之一，同時可以改善鋼鐵工業(yè)能源結(jié)構(gòu)，緩解我國主焦煤資源短缺的矛盾。多噴煤，少用焦炭，就可以少建焦?fàn)t，從而降低煉鐵系統(tǒng)的建設(shè)投資和生產(chǎn)運行費用，并減少焦?fàn)t生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染，還可大大提高鋼鐵企業(yè)的勞動生產(chǎn)率和市場競爭力。
2010年前三季重點鋼鐵企業(yè)噴煤比為149kg/t，比2005年提高25kg/t，達(dá)到歷史最好水平。噴煤比較高的企業(yè)有：德龍182kg/t，長治184kg/t，萊蕪173kg/t，武鋼為174kg/t，寶鋼171kg/t，唐鋼170kg/t,太鋼171kg/t,鞍鋼167kg/t，天鐵和新興鑄管均為165kg/t，湘鋼168kg/t，合鋼166kg/t。2009年全國重點鋼鐵企業(yè)噴煤總量達(dá)6443萬噸，為降低我國焦炭消耗量作出了貢獻。
實現(xiàn)高爐噴煤比大于200kg/t的技術(shù)措施有：
●實現(xiàn)高風(fēng)溫（>1200℃）
●低渣量（渣鐵比<300kg/t）
●富氧鼓風(fēng)（富氧率<4%）
●脫濕鼓風(fēng)（風(fēng)的濕度<6克/m3）
●高爐爐料透氣性好（優(yōu)化布料實現(xiàn)煤氣流分布均勻、礦石冶金性能好，原燃料轉(zhuǎn)鼓強度高等）
●進行無煙煤和煙煤混合噴吹，各風(fēng)口噴煤量均勻
●噴吹煤性能好（煤粉粒度-200網(wǎng)目>80%，燃燒性、流動性、可磨性均好，發(fā)熱值高，含有害雜質(zhì)少等）。
３、重點鋼鐵企業(yè)熱風(fēng)溫度不斷提高
從表1可看出，重點鋼鐵企業(yè)高爐熱風(fēng)溫度是連年提高，且增幅較大，有力地促進煉鐵焦比的不斷降低。熱風(fēng)溫度在950~1050℃區(qū)間時，升高100℃，可降低煉鐵焦比約15kg/t；風(fēng)溫在1050~1150℃區(qū)間時，升高100℃，可降低煉鐵焦比約10kg/t。高風(fēng)溫是降低焦比的有效手段。
熱風(fēng)溫度提供的熱量是由用45%高爐煤氣燃燒換來的，且鋼鐵企業(yè)內(nèi)擁有大量的高爐煤氣。所以說熱風(fēng)是個煉鐵廉價的能源，要得到充分利用。高爐煉鐵所需要的熱量有78%是由碳素（焦炭和煤粉）燃燒提供，有19%是由熱風(fēng)來提供，約3%是由爐料化學(xué)熱提供。我們煉鐵工作者要珍惜高風(fēng)溫有降焦比的作用！
2010年前三季重點鋼鐵企業(yè)高爐熱風(fēng)溫度為1156℃，比上年下降4℃，出現(xiàn)近年的反常現(xiàn)象。熱風(fēng)溫度較高的企業(yè)有：京唐1220℃，太鋼1218℃，寶鋼1215℃，攀鋼1200℃，三鋼1194℃，鞍鋼1186℃，韶鋼1181℃，唐鋼1179℃，津西1168℃，河北敬業(yè)1176℃，濟源1178℃，天鋼1175℃。
2010年首季，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合公司曹妃甸5500m3高爐，采用煤氣干法除塵，頂燃式熱風(fēng)爐，熱風(fēng)溫度達(dá)1300℃，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
４、中國加快了高爐大型化進程
據(jù)統(tǒng)計，中國現(xiàn)有高爐均為1400多座，大于1000 m3以上容積的高爐約有260多座。具體1000立方米以上高爐不同容積的比例結(jié)構(gòu)見表4。2010年新建的高爐有24座，預(yù)計2011年投產(chǎn)的高爐有23座。
我國已能自主設(shè)計、設(shè)備制造、施工、投產(chǎn)4000 m3以上容積的現(xiàn)代化大型高爐。特別是2009年5月21日投產(chǎn)的曹妃甸5500 m3高爐，采用了水冷氣封并罐式無料鐘爐頂設(shè)備、四座頂燃式熱風(fēng)爐，使用銅冷卻壁等綜合長壽技術(shù)，可實現(xiàn)高爐25年的長壽設(shè)計，煤氣全干法除塵，干式TKT系統(tǒng)，先進的噴煤系統(tǒng)和出鐵場合理布局，以及高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保系統(tǒng)等64項先進的技術(shù)裝備，達(dá)到國際先進水平。該高爐2010年3月份的設(shè)計和生產(chǎn)指標(biāo)見表5。
表5的數(shù)據(jù)表明，巨型高爐與中小高爐相比，是有多方面的優(yōu)勢。
2008年1月國家建設(shè)部和質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范》GB50427-2008號文件中，規(guī)定“高爐一代爐役的工作年限應(yīng)達(dá)到15年以上”，并提出了高爐設(shè)計年平均利用系數(shù)、燃料比和焦比等指標(biāo)，祥見表6。
設(shè)計年平均焦比，kg/t≤360≤340≤330≤310≤310
要認(rèn)識到，大高爐在生產(chǎn)成本、折舊費用、噸鐵能耗、維修費用、人工成本、高爐長壽、勞動生產(chǎn)率等多方面比中小高爐是有較大優(yōu)勢。如在同等生產(chǎn)條件下，一般大高爐的燃料比要比中小高爐低50~80kg/t。
目前，中國煉鐵工業(yè)是處于多種層次、不同結(jié)構(gòu)、不同生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)共同發(fā)展階段。由于多種原因，現(xiàn)在大高爐的優(yōu)勢尚未完全發(fā)揮出來。加上一些地方的保護主義存在，致使我國淘汰落后小高爐工作進程緩慢。目前，認(rèn)為小高爐利用系數(shù)高，實際是一種錯覺和誤導(dǎo)。
現(xiàn)在，小高爐在設(shè)計上是采用小爐容、大爐缸的方式建設(shè)。這就使利用系數(shù)失真。科學(xué)評價高爐利用系數(shù)要改變過去只用爐容來進行計算。應(yīng)當(dāng)采用，將高爐爐容除以爐缸面積得出的數(shù)值再進行科學(xué)計算高爐系數(shù)。也就是，鐵產(chǎn)量÷（爐容÷爐缸面積）=高爐利用系數(shù)。用這種計算辦法可知，450 m3高爐的4.0系數(shù)，也就相當(dāng)于寶鋼4350 m3高爐的2.2系數(shù)。所以，我們不能再宣傳小高爐的優(yōu)勢了。
要堅定我國高爐要大型化的發(fā)展方針，這是國內(nèi)外煉鐵技術(shù)發(fā)展的大方向。大高爐的噸鐵風(fēng)耗要比效高爐低200~400m3/t,,燃料比要比小高爐低50~80kg/t，在生產(chǎn)成本、維護費用、勞動生產(chǎn)率等方面均有優(yōu)勢。
５、資源緊缺和不斷漲價已嚴(yán)重影響我國煉鐵工業(yè)的發(fā)展
2009年中國進口鐵礦石6.27億噸，對外依存度超過了60%。進口鐵礦石連年漲價，我國對外鐵礦石貿(mào)易話語權(quán)低，給我國造成巨額經(jīng)濟損失。我國已成為煉焦煤進口國。2009年進口焦煤3449.3萬噸，消耗44.26億美元。2010年上半年進口2234.39萬噸，平均單價145.96美元/t，比上年升高17.56美元/t。
去年我國大量進低品位鐵礦石（進口低于55%品位的鐵礦石約6000萬噸），造成煉鐵能耗上升，污染物排放增加，進口量增加，對我國產(chǎn)生較大負(fù)面影響。我們應(yīng)當(dāng)限制60%以下品位鐵礦石進口。
巨型高爐對焦炭質(zhì)量的要求還是比較苛刻。所以要適度控制4000 m3以上容積高爐的建設(shè)，可緩解主焦煤的短缺，也可抑制進口煤的漲價。
二、高爐煉鐵對焦炭質(zhì)量的要求
1、焦炭對高爐煉鐵的作用：
●爐料的骨架作用：支撐爐內(nèi)料拄，提高爐料透氣性；
●提供冶煉能量：與氧氣燃燒放熱，占煉鐵總熱量58%；
●鐵礦石的還原劑：碳和碳與氧反應(yīng)生成的CO；
●對最初生成的鐵進行滲碳，生鐵中含炭量為2.2~6.0%;
●填充爐缸作用：活躍爐缸，提高爐缸的空間系數(shù)，使高爐休風(fēng)后易恢復(fù)爐況。
建設(shè)大高爐一定要有高質(zhì)量焦炭的保證，企業(yè)高爐擴容也要以提高焦炭質(zhì)量為前提，焦炭質(zhì)量水平?jīng)Q定噴煤比的水平，焦炭質(zhì)量也決定了爐缸工作狀態(tài)。
焦炭在高爐內(nèi)的變化：
焦炭從入爐到達(dá)爐缸，受到內(nèi)外部多種因素的影響，要經(jīng)受碰幢、擠壓、麼損等機悈力學(xué)作用；碳溶損反映、堿金屬侵蝕、渣鐵溶蝕，以及向鐵水溶解等化學(xué)作用。這些作用的結(jié)果，使焦炭在高爐內(nèi)不斷劣化。焦炭平均粒度變小，強度降低，氣孔增大，反映性提高。堿金屬對焦炭有較大的破壞作用（鉀對焦炭的破壞作用要比鈉大十倍以上）靠近爐墻的外圍焦炭質(zhì)量變化的程度要比爐內(nèi)變化的劇烈，是與爐內(nèi)煤氣流河溫度的分度密切相關(guān)。
焦炭從入爐到爐缸，平均粒度要減小20%~40%。在上中部粒度變化不大，在軟熔帶的焦炭受是有劇烈的碳溶反映，粒度變化較大……焦炭質(zhì)量對焦炭自身的劣化是起重要的作用。其中以焦炭灰分，塊度，強度影響最為顯著。
2、《高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范》GB50427-2008文件
說明：
●大高爐對焦炭質(zhì)量的要求要高于中小高爐，巨型高爐用焦炭質(zhì)量更高，粒度要大一些。
●工業(yè)發(fā)達(dá)國家高爐煉鐵用焦炭質(zhì)量普遍高于中國。如灰份一般在10%左右，含硫小于0.6%等。
●煉鐵精料技術(shù)要求：爐料<5mm的粉末含量要小于5%
爐料5~15mm粒級組成要小于30%
含有害雜質(zhì)要少（見表8），K對爐料和耐材的破壞作用比Na要大10倍。注意焦炭和煤粉灰份中帶入有害雜質(zhì)含量。
焦炭均要進行整粒。目的就是要實現(xiàn)粒度均勻。如焦炭要保證60mm左右粒度占>80%,大于80mm的要小于10%,<5mm的要小于5%.。大粒度的焦炭（>75mm）在爐內(nèi)易破碎，產(chǎn)生較多的粉末。這些粉末會使?fàn)t料透氣性惡化，高爐壓差升高，被迫減少風(fēng)量，產(chǎn)量下降、焦比升高。
3.高爐煉鐵的生產(chǎn)條件論
鋼鐵冶金學(xué)的基本原理，要求高爐煉鐵必須要具備一定的基本條件。高爐煉鐵是要以精料為基礎(chǔ)。高爐煉鐵的每一項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的實現(xiàn)，均要有一定的技術(shù)支撐條件。也就是說，有什么樣的技術(shù)支撐條件，才會有什么樣的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。這是由冶金學(xué)科學(xué)規(guī)律所決定的。你要想糊弄高爐，高爐就會給你臉色看。高爐生產(chǎn)不順的大多數(shù)情況都是由煉鐵爐料質(zhì)量變差所引起的。高爐生產(chǎn)不順，對全公司的生產(chǎn)組織會有大震動，不利于企業(yè)的節(jié)能減排。
●4000m3以上容積的高爐要求有苛刻的爐料質(zhì)量（可見表9），要努力滿足巨型高爐對原燃料高質(zhì)量要求，才能實現(xiàn)高爐高效化。根據(jù)我國現(xiàn)有鐵礦石和煉焦煤的資源狀況，減少對進口鐵礦石和煉焦煤的資源依賴，我國新建高爐爐容在2500M?左右為宜。
●根據(jù)我國主焦煤短缺的現(xiàn)狀，建議適度控制建設(shè)巨型高爐數(shù)量，避免進口煤炭像鐵礦石那樣漲價。
●建設(shè)大高爐和高爐擴容均要先落實好改善原燃料條件，否則大高爐難以達(dá)到高效。
●1000m3以下容積的高爐用焦炭質(zhì)量可以不必追求焦炭熱性能指標(biāo)。
●抓主要矛盾，關(guān)注焦炭M10的數(shù)值，對高爐生產(chǎn)影響力大。
4、積極支持焦化界采用先進煉焦工藝、技術(shù)、設(shè)備
為緩解我國主焦煤短缺，降低煉焦成本，我國焦化界在大力推廣優(yōu)化配煤，搗固煉焦、焦煤調(diào)濕、干法熄焦、少水熄焦，優(yōu)化焦?fàn)t熱工制度……我國煉鐵界應(yīng)積極使用干熄焦焦炭， 搗固焦，小高爐不去片面追求焦炭的熱性能。煉鐵要通過降低燃料比和提高噴煤比來實現(xiàn)減少焦炭用量。
我國煉鐵企業(yè)是歡迎使用搗固煉焦技術(shù)，特別是聯(lián)合企業(yè)自有焦化廠的，采用搗固煉焦技術(shù)，可明顯提高焦炭質(zhì)量，可降低高爐焦比20~30kg/t。如漣鋼高爐使用搗固焦，高爐指標(biāo)明顯改善，實現(xiàn)燃料比510kg/t,焦比320kg/t,煤比160kg/t,小塊焦比30kg/t但是獨立焦化廠使用搗固煉焦技術(shù)后，降低主焦煤比例太大，使搗固焦在高爐內(nèi)的反應(yīng)性大大下降，高爐燃料比升高，產(chǎn)量下降，造成煉鐵企業(yè)不愿使用獨立焦化廠的搗固焦。一些企業(yè)提出，建議搗固煉焦的焦肥煤配比大于60%。寶鋼外賣搗固焦的標(biāo)準(zhǔn)是，熱反應(yīng)強度大于72%，熱反應(yīng)性小于21%。一些煉鐵企業(yè)高爐是少量配搗固焦，有一定的好效應(yīng)。
目前，搗固焦指標(biāo)的檢驗方法有缺陷：挑選大塊質(zhì)量好的焦炭（不能代表真實的質(zhì)量），在1000℃條件下做試驗（高爐爐缸內(nèi)溫度在1420~1520℃），得出的數(shù)據(jù)不能代表焦炭在爐缸內(nèi)的實際狀況，企業(yè)之間焦炭的熱反映性數(shù)據(jù)差距較大，不能完全代表焦炭的真實性能。所以，建議要建立新的搗固焦指標(biāo)體系。修改檢驗搗固焦指標(biāo)的檢驗方法。寶鋼、武鋼等企業(yè)用從風(fēng)口取焦炭的方法，來檢驗焦炭實際質(zhì)量的辦法是科學(xué)的。主要看焦炭的粒度組成和性能。再來評價焦炭的質(zhì)量。
鑒于搗固焦的檢驗和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對高爐生產(chǎn)的影響率由不同說法（好壞均有），要開展這方面的細(xì)致研究，才有利于促進搗固焦的推廣
5、呼吁煤炭界要提高洗煤水平，降低焦煤灰份，減少運輸量和費用，為煉鐵節(jié)能減排做貢獻。
