鞍钢2号高炉高利用系数生产实践
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【关键词】 高炉 利用系数 燃料比 焦比
High Utilization Coefficient Operation of Ansteel Blast Furnace No． 2
Jiang Zhe1 Che Yuman1 Guo Tianyong1 Yao Shuo1 Sun Peng1 Fei Jing1 Zeng Yu2 （ 1． Technology Center of Angang Steel Co． ，Ltd． ，Anshan Liaoning 114009，China；
图 4 近年来鞍钢 2 号高炉顶压变化情况 Fig． 4 Change of top pressure of Ansteel BF No． 2
during the recent years
图 5 近年来鞍钢 2 号高炉富氧率和风温变化情况 Fig． 5 Change of oxygen enrichment percentage and blast temperature of Ansteel BF No． 2 during the recent years
Ansteel BF No． 2 recent years
冲渣工艺、分区（ 并联） 软水闭路循环冷却系统、 AWＲⅡ型热风炉、TＲT 余压发电、高性能电动鼓风 机、HoneyWell 控制系统等。以上这些先进设备和 技术是保证高利用系数和低燃料比的前提。 1 提高焦炭质量
高质量的焦炭是高炉降低燃料比和提高利用 系数的 基 础。 特 别 是 对 高 煤 比 的 大 型 化 高 炉 来 说，高炉炼铁生产所要求的焦炭热强度和冷强度 尤为严格。鞍钢 2 号高炉在 2014 年以前所用焦 炭受厂内炼焦产能能力限制，质量极不稳定，表现
2． General Ironmaking Plant of Angang Steel Co． ，Ltd． ，Anshan Liaoning 114021，China）
【Abstract】 The low fuel ratio and high utilization coefficient operation of Ansteel 3 200 m3 blast furnace （ BF） No． 2 was carried out． By taking some measures，such as improving coke quality，changing slag forming regime，high blast temperature，high oxygen enrichment percentage and high top gas pressure，controlling reasonable blasting kinetic energy and blast volume ratio，strengthening cast house operation management，Ansteel BF No． 2 has kept the fuel ratio below 500 kg / t and the coke ratio below 300 k源自文库 / t for a long period，and the utilization coefficient was over 2． 30 t / （ m3·d） since 2015．
ρ
=
2［E
+
K（ ΔH qeff
－
ΔU） ］
（ 2）
同时，ρ ∝ l ∝ d
（ 3）
结合式（ 2） 和式（ 3） 导出：
E
∝
qeff d 2
－
K（
ΔH
－
ΔU）
（ 4）
式中： d-炉缸直径； qeff-炉料有效正压力对鼓风动能 的影响，原燃料条件越好，该参数越大； K （ △H －
△U） -燃烧反应的膨胀功。式（ 2） 说明，高炉原燃
料条件越好，高炉所需鼓风动能越大。随着焦炭
热强度的提高，死料柱内孔隙度有所增加，也给高
炉接受高风速提供了有利条件。
鞍钢炼铁厂利用对 2 号高炉的每一次定修机
会，逐步调整与原燃料条件和各项操作参数相适
应的风口面积（ 见图 6） 。在风量不变的条件下使
鼓风动能在合理的范围内逐步得到提高，风口面 积 由 原 来 的0 ． 4 5 m2 缩 小 到0 ． 4 0 m2 。风 口 回 旋
【Key Words】 blast furnace，utilization coefficient，fuel ratio，coke ratio
高炉实现低燃料比和高利用系数生产是钢铁
企业降低成本、提高生存能力的有效措施，特别是
在鞍钢炼钢能力有富余的情况下，更具有可观的
规模经济效益。鞍钢 2 号高炉于 2012 年 2 月 28
图 6 近年来鞍钢 2 号高炉风口面积的变化情况 Fig． 6 Change of tuyere area of Ansteel BF No． 2
during the recent years
图 7 高炉日产量和燃料比与鼓风动能之间的关系 Fig． 7 Productivity and fuel ratio of blast furnace as a function of blasting kinetic energy
和成本所采取的一项措施。据统计，顶压每提高 0． 01 MPa，焦比降低 0． 5% ～ 1． 0% ，产量增加 2% ～ 3%［2］。这是因为顶压提高后，高炉内煤气流速变 慢，炉内压差减小，高炉更容易接受风量，同时促 进了间接还原。2014 年末，鞍钢将 2 号高炉顶压 进一步提高至 0． 22 MPa 以上（ 见图 4） 。
区的长度逐步趋向合理，初始煤气流分布趋向正 常，温度场分布更加均匀有效，炉缸透气和透液性 得到明显改善，炉缸均匀、活跃。实践证明，鞍钢 2 号高炉合理的鼓风动能范围为 12 000 ～ 13 000 kg·m · s-1 ，此时 2 号 高 炉 具 有 较低的燃料比和较高的产量（ 见图 7） ，计算得到 风口回旋区的深度为 1． 8 m，形成了比较合理的 送风制度。
温水平越高，带入高炉内的热量越多，降低燃料比
的效果 就 明 显。 同 时 还 提 高 了 风 口 前 煤 粉 燃 烧
率。鞍钢 2 号高炉为取得高风温采取了预热助燃
空气和煤气的措施，同时严格执行全风温操作指
令，使 2 号高炉年平均风温达到 1 200 ℃ 以上（ 见
图 5（ b） ） 。高顶压、高富氧和高风温操作为 2 号
时间内吹进高炉鼓风的质量，kg / s； v-实际风速，
m / s； tw-热风温度，℃ ； p-热风压力，MPa； f-每个风 口截面积，m2 ； ρ-标准状态时鼓风密度，kg / m3 ； g-
重力加 速 度，9． 8l m / s2 。在 正 常 生 产 过 程 中 风
压、风量、风温和风口数目等很少改变，调整风口
在以下几个方面： 入炉焦炭品种不固定，为自产干 熄焦 + 自产水熄焦 + 外购焦炭，经常受运输、价 格、天气等因素影响，需调整各种焦炭配比，对炉 况影响极大。为满足大高炉冶炼生产需要，鞍钢 投产 2 座 7 m 焦炉，逐步将 2 号高炉所用焦炭改 为 100% 自产干熄焦，焦炭的机械强度显著提高 （ 见图 2） 。焦炭在高炉内主要起料柱骨架作用， 随着焦炭冶金性能的提高，高炉透气和透液性得 到提高［1］，为高炉技术经济指标的改善提供了有 力的保障。
日大修开炉后，随着对大型高炉操作认识水平的
不断提高，通过提高焦炭质量、改进造渣制度、实
施高富氧、高风温和高压差操作，和优化下部调剂
制度实现了高炉的稳定顺行和指标优化，高炉利
用系数和燃料比长期保持较优水平。2015 年以
来高炉燃料比和焦比长期低于 500 kg / t 和 300 kg / t，月平均利用系数最高超过 2． 5 t / （ m3 ·d）
高炉高利用系数和节能降焦创造了有利条件。
4 优化送风制度
鼓风动能是热风离开风口时所具有的动能，
其表达式为：
E = 1 mv2 = 1 × Q0 ρ0 ×
2
2 gn
{ } Q0 × 273 + tw × 0． 101 2 nf 273 0． 101 + p
（ 1）
式中： Q0 -鼓 风 量，m3 / min； n-风 口 个 数； m-单 位
富氧量决定高炉强化冶炼程度，从理论上讲 富氧还可以提高理论燃烧温度，以弥补风口前煤 粉裂解所消耗的热量，提高煤粉燃烧率。减少炉 腹煤气量［3］，在富氧鼓风上，2 号高炉以控制炉腹 煤气量为主，将富氧率控制在 4． 0% 左右的较高 水平（ 见图 5（ a） ） 。
高风温操作是降低燃料比最经济的手段，风
（ 见图 1） ，与国内外同容积高炉相比，处于领先水
图 1 鞍钢 2 号高炉近年来高炉利用系数、
平。
焦比和燃料比
新 2 号高炉有效容积 3 200 m3 ，采用当今世 Fig． 1 Utilization coefficient，coke ratio and fuel ratio of
界先进的炼铁设备和技术，包括无料钟炉顶、INBA
高炉冶炼采用合理的风量是维护高炉稳定顺 行、指标优化和高炉长寿的重要手段。高炉所需 风量是否在合理范围内受很多因素影响，特别是 炉料冶金性能和炉顶压力。不能为增加产量而不 断增加高炉风量，否则会造成高炉压差增大和燃
鞍钢 2 号高炉高利用系数生产实践
姜 喆1 车玉满1 郭天永1 姚 硕1 孙 鹏1 费 静1 曾 宇2
（ 1． 鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山 114009； 2． 鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山 114021）
【摘要】 对鞍钢 2 号 3 200 m3 高炉低燃料比高利用系数进行了生产实践总结。通过提高 焦炭质量，改进造渣制度，采取高风温、高富氧和高顶压等操作，并控制合理的鼓风动能和送风 比和加强炉前管理等措施，使鞍钢 2 号高炉的燃料比长期稳定在 500 kg / t 以下、焦比低于 300 kg / t。2015 年以后该高炉利用系数保持在 2． 3 t / （ m3 ·d） 以上。
图 3 近年来鞍钢 2 号高炉炉渣成分和 二元碱度的变化
Fig． 3 Change of composition and binary basicity of slag used in Ansteel BF No． 2 during the recent years
3 高顶压、高富氧和高风温 提高炉顶压力也是鞍钢 2 号高炉降低燃料比
面积是调整高炉鼓风动能的主要手段。长期的生
产实践和理论研究表明，高炉鼓风动能是影响高
炉风口回旋区长短的最直接因素，只有风口回旋
区的长度与其高炉炉缸直接大小、工艺参数和原
燃料条件相匹配时，高炉才能稳定顺行，燃料消耗
才能维持较低水平。随着高炉顶压的提高，高炉
内煤气流速减小，回旋区长度缩短，边缘煤气流过 分发展［4］，也使得炉缸中心活跃程度下降，应及时 提高鼓风动能［5］。同时风口回旋区曲率半径 ρ 与 鼓风动能 E 之间存在如下理论关系［6］：
图 2 近年来鞍钢 2 号高炉所用焦炭的机械强度 Fig． 2 Mechanical strength of coke used in Ansteel BF No． 2 during the recent years
2 改进造渣制度 为进一步降低燃料比和提高利用系数，2014
年以来鞍钢炼铁厂进行了积极地探索和尝试，将 改进造渣制度作为降低高炉生产成本的主要措 施，逐步取消烧结过程中的白云石配入量，以提高 烧结矿 TFe，减少高炉渣比。从 2015 年 7 月开始， 在保证炉渣脱硫和流动性满足高炉正常生产情况下， 逐步将炉渣中的 MgO 质量分 数 由 原 来 的 7% ～ 8% 降低至4% ～ 5% ，炉渣二元碱高度由 1． 15 ± 0． 05 提高至 1． 25 ± 0． 05（ 见图 3） 。同时提高炉 缸热量，控制出铁温度在 1 500 ℃ 以上，避免因 二元碱度的提高造成炉渣熔点增加和稳定性变 差而带来的操作困难。通过优化高炉造渣制度 不仅直接 降 低 了 高 炉 软 熔 带 软 熔 体 的 数 量，改 善了高炉 软 熔 带 的 透 气 性，还 直 接 降 低 了 烧 结 矿配矿成本。
High Utilization Coefficient Operation of Ansteel Blast Furnace No． 2
Jiang Zhe1 Che Yuman1 Guo Tianyong1 Yao Shuo1 Sun Peng1 Fei Jing1 Zeng Yu2 （ 1． Technology Center of Angang Steel Co． ，Ltd． ，Anshan Liaoning 114009，China；
图 4 近年来鞍钢 2 号高炉顶压变化情况 Fig． 4 Change of top pressure of Ansteel BF No． 2
during the recent years
图 5 近年来鞍钢 2 号高炉富氧率和风温变化情况 Fig． 5 Change of oxygen enrichment percentage and blast temperature of Ansteel BF No． 2 during the recent years
Ansteel BF No． 2 recent years
冲渣工艺、分区（ 并联） 软水闭路循环冷却系统、 AWＲⅡ型热风炉、TＲT 余压发电、高性能电动鼓风 机、HoneyWell 控制系统等。以上这些先进设备和 技术是保证高利用系数和低燃料比的前提。 1 提高焦炭质量
高质量的焦炭是高炉降低燃料比和提高利用 系数的 基 础。 特 别 是 对 高 煤 比 的 大 型 化 高 炉 来 说，高炉炼铁生产所要求的焦炭热强度和冷强度 尤为严格。鞍钢 2 号高炉在 2014 年以前所用焦 炭受厂内炼焦产能能力限制，质量极不稳定，表现
2． General Ironmaking Plant of Angang Steel Co． ，Ltd． ，Anshan Liaoning 114021，China）
【Abstract】 The low fuel ratio and high utilization coefficient operation of Ansteel 3 200 m3 blast furnace （ BF） No． 2 was carried out． By taking some measures，such as improving coke quality，changing slag forming regime，high blast temperature，high oxygen enrichment percentage and high top gas pressure，controlling reasonable blasting kinetic energy and blast volume ratio，strengthening cast house operation management，Ansteel BF No． 2 has kept the fuel ratio below 500 kg / t and the coke ratio below 300 k源自文库 / t for a long period，and the utilization coefficient was over 2． 30 t / （ m3·d） since 2015．
ρ
=
2［E
+
K（ ΔH qeff
－
ΔU） ］
（ 2）
同时，ρ ∝ l ∝ d
（ 3）
结合式（ 2） 和式（ 3） 导出：
E
∝
qeff d 2
－
K（
ΔH
－
ΔU）
（ 4）
式中： d-炉缸直径； qeff-炉料有效正压力对鼓风动能 的影响，原燃料条件越好，该参数越大； K （ △H －
△U） -燃烧反应的膨胀功。式（ 2） 说明，高炉原燃
料条件越好，高炉所需鼓风动能越大。随着焦炭
热强度的提高，死料柱内孔隙度有所增加，也给高
炉接受高风速提供了有利条件。
鞍钢炼铁厂利用对 2 号高炉的每一次定修机
会，逐步调整与原燃料条件和各项操作参数相适
应的风口面积（ 见图 6） 。在风量不变的条件下使
鼓风动能在合理的范围内逐步得到提高，风口面 积 由 原 来 的0 ． 4 5 m2 缩 小 到0 ． 4 0 m2 。风 口 回 旋
【Key Words】 blast furnace，utilization coefficient，fuel ratio，coke ratio
高炉实现低燃料比和高利用系数生产是钢铁
企业降低成本、提高生存能力的有效措施，特别是
在鞍钢炼钢能力有富余的情况下，更具有可观的
规模经济效益。鞍钢 2 号高炉于 2012 年 2 月 28
图 6 近年来鞍钢 2 号高炉风口面积的变化情况 Fig． 6 Change of tuyere area of Ansteel BF No． 2
during the recent years
图 7 高炉日产量和燃料比与鼓风动能之间的关系 Fig． 7 Productivity and fuel ratio of blast furnace as a function of blasting kinetic energy
和成本所采取的一项措施。据统计，顶压每提高 0． 01 MPa，焦比降低 0． 5% ～ 1． 0% ，产量增加 2% ～ 3%［2］。这是因为顶压提高后，高炉内煤气流速变 慢，炉内压差减小，高炉更容易接受风量，同时促 进了间接还原。2014 年末，鞍钢将 2 号高炉顶压 进一步提高至 0． 22 MPa 以上（ 见图 4） 。
区的长度逐步趋向合理，初始煤气流分布趋向正 常，温度场分布更加均匀有效，炉缸透气和透液性 得到明显改善，炉缸均匀、活跃。实践证明，鞍钢 2 号高炉合理的鼓风动能范围为 12 000 ～ 13 000 kg·m · s-1 ，此时 2 号 高 炉 具 有 较低的燃料比和较高的产量（ 见图 7） ，计算得到 风口回旋区的深度为 1． 8 m，形成了比较合理的 送风制度。
温水平越高，带入高炉内的热量越多，降低燃料比
的效果 就 明 显。 同 时 还 提 高 了 风 口 前 煤 粉 燃 烧
率。鞍钢 2 号高炉为取得高风温采取了预热助燃
空气和煤气的措施，同时严格执行全风温操作指
令，使 2 号高炉年平均风温达到 1 200 ℃ 以上（ 见
图 5（ b） ） 。高顶压、高富氧和高风温操作为 2 号
时间内吹进高炉鼓风的质量，kg / s； v-实际风速，
m / s； tw-热风温度，℃ ； p-热风压力，MPa； f-每个风 口截面积，m2 ； ρ-标准状态时鼓风密度，kg / m3 ； g-
重力加 速 度，9． 8l m / s2 。在 正 常 生 产 过 程 中 风
压、风量、风温和风口数目等很少改变，调整风口
在以下几个方面： 入炉焦炭品种不固定，为自产干 熄焦 + 自产水熄焦 + 外购焦炭，经常受运输、价 格、天气等因素影响，需调整各种焦炭配比，对炉 况影响极大。为满足大高炉冶炼生产需要，鞍钢 投产 2 座 7 m 焦炉，逐步将 2 号高炉所用焦炭改 为 100% 自产干熄焦，焦炭的机械强度显著提高 （ 见图 2） 。焦炭在高炉内主要起料柱骨架作用， 随着焦炭冶金性能的提高，高炉透气和透液性得 到提高［1］，为高炉技术经济指标的改善提供了有 力的保障。
日大修开炉后，随着对大型高炉操作认识水平的
不断提高，通过提高焦炭质量、改进造渣制度、实
施高富氧、高风温和高压差操作，和优化下部调剂
制度实现了高炉的稳定顺行和指标优化，高炉利
用系数和燃料比长期保持较优水平。2015 年以
来高炉燃料比和焦比长期低于 500 kg / t 和 300 kg / t，月平均利用系数最高超过 2． 5 t / （ m3 ·d）
高炉高利用系数和节能降焦创造了有利条件。
4 优化送风制度
鼓风动能是热风离开风口时所具有的动能，
其表达式为：
E = 1 mv2 = 1 × Q0 ρ0 ×
2
2 gn
{ } Q0 × 273 + tw × 0． 101 2 nf 273 0． 101 + p
（ 1）
式中： Q0 -鼓 风 量，m3 / min； n-风 口 个 数； m-单 位
富氧量决定高炉强化冶炼程度，从理论上讲 富氧还可以提高理论燃烧温度，以弥补风口前煤 粉裂解所消耗的热量，提高煤粉燃烧率。减少炉 腹煤气量［3］，在富氧鼓风上，2 号高炉以控制炉腹 煤气量为主，将富氧率控制在 4． 0% 左右的较高 水平（ 见图 5（ a） ） 。
高风温操作是降低燃料比最经济的手段，风
（ 见图 1） ，与国内外同容积高炉相比，处于领先水
图 1 鞍钢 2 号高炉近年来高炉利用系数、
平。
焦比和燃料比
新 2 号高炉有效容积 3 200 m3 ，采用当今世 Fig． 1 Utilization coefficient，coke ratio and fuel ratio of
界先进的炼铁设备和技术，包括无料钟炉顶、INBA
高炉冶炼采用合理的风量是维护高炉稳定顺 行、指标优化和高炉长寿的重要手段。高炉所需 风量是否在合理范围内受很多因素影响，特别是 炉料冶金性能和炉顶压力。不能为增加产量而不 断增加高炉风量，否则会造成高炉压差增大和燃
鞍钢 2 号高炉高利用系数生产实践
姜 喆1 车玉满1 郭天永1 姚 硕1 孙 鹏1 费 静1 曾 宇2
（ 1． 鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山 114009； 2． 鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山 114021）
【摘要】 对鞍钢 2 号 3 200 m3 高炉低燃料比高利用系数进行了生产实践总结。通过提高 焦炭质量，改进造渣制度，采取高风温、高富氧和高顶压等操作，并控制合理的鼓风动能和送风 比和加强炉前管理等措施，使鞍钢 2 号高炉的燃料比长期稳定在 500 kg / t 以下、焦比低于 300 kg / t。2015 年以后该高炉利用系数保持在 2． 3 t / （ m3 ·d） 以上。
图 3 近年来鞍钢 2 号高炉炉渣成分和 二元碱度的变化
Fig． 3 Change of composition and binary basicity of slag used in Ansteel BF No． 2 during the recent years
3 高顶压、高富氧和高风温 提高炉顶压力也是鞍钢 2 号高炉降低燃料比
面积是调整高炉鼓风动能的主要手段。长期的生
产实践和理论研究表明，高炉鼓风动能是影响高
炉风口回旋区长短的最直接因素，只有风口回旋
区的长度与其高炉炉缸直接大小、工艺参数和原
燃料条件相匹配时，高炉才能稳定顺行，燃料消耗
才能维持较低水平。随着高炉顶压的提高，高炉
内煤气流速减小，回旋区长度缩短，边缘煤气流过 分发展［4］，也使得炉缸中心活跃程度下降，应及时 提高鼓风动能［5］。同时风口回旋区曲率半径 ρ 与 鼓风动能 E 之间存在如下理论关系［6］：
图 2 近年来鞍钢 2 号高炉所用焦炭的机械强度 Fig． 2 Mechanical strength of coke used in Ansteel BF No． 2 during the recent years
2 改进造渣制度 为进一步降低燃料比和提高利用系数，2014
年以来鞍钢炼铁厂进行了积极地探索和尝试，将 改进造渣制度作为降低高炉生产成本的主要措 施，逐步取消烧结过程中的白云石配入量，以提高 烧结矿 TFe，减少高炉渣比。从 2015 年 7 月开始， 在保证炉渣脱硫和流动性满足高炉正常生产情况下， 逐步将炉渣中的 MgO 质量分 数 由 原 来 的 7% ～ 8% 降低至4% ～ 5% ，炉渣二元碱高度由 1． 15 ± 0． 05 提高至 1． 25 ± 0． 05（ 见图 3） 。同时提高炉 缸热量，控制出铁温度在 1 500 ℃ 以上，避免因 二元碱度的提高造成炉渣熔点增加和稳定性变 差而带来的操作困难。通过优化高炉造渣制度 不仅直接 降 低 了 高 炉 软 熔 带 软 熔 体 的 数 量，改 善了高炉 软 熔 带 的 透 气 性，还 直 接 降 低 了 烧 结 矿配矿成本。