高炉生产效率评价体系如何更科学

我国是资源、能源短缺的国家，高炉炼铁又是高资源消耗和能源消耗的产业。因此为了可持续发展，节能减排是永恒的课题。制订评价高炉生产的科学体系是长期促进高炉生产贯彻节能减排的有效手段。过去把高产作为衡量高炉效率的标准，因此重生产量、轻资源和能源的利用效率，今后必须重视节能减排，并作为衡量高炉炼铁优劣的指标。在此转变高炉炼铁生产方式的关键时期，对评价高炉生产效率的指标应进行深入研究。

1 炼铁节能减排指标

不久前，我们曾提出了炉腹煤气量指数χBG和炉腹煤气效率ηBG等指标，并且提出与高炉炉缸面积利用系数ηA相配合，来评价高炉生产效率[1,2,3]。为了能够将它们纳入新的指标体系，本文从高炉炼铁冶炼原理进行了研究，以及从实际运用方面进行了探讨。

关于炉腹煤气量指数χBG取代冶炼强度的问题，实际上已经经过二十几年的研究。当产能不足发展到过剩的情况下，才逐步提出与大家探讨，又正值节能减排和成本压力逐渐增加的时机被炼铁界所接受。在当今进入低碳炼铁的时期，节能减排、减少CO2排放是高炉炼铁的重要任务，相信以炉腹煤气量指数取代冶炼强度是符合大方向的。

高炉是一个复杂的体系，为要建立高炉节能减排的指标体系，必须符合高炉冶炼的规律；其导向应该对高炉冶炼的各个方面是积极的，能够全面表征高炉各种因素对生产率、节能等各个方面的关系。因此符合节能减排的高炉生产指标，必须经受生产实践的检验。根据过去使用的传统指标产生了一些副作用的教训，指标之间必须存在相互制约的关系，以表达生产中各种关系的复杂性和自律性。

2 各指标之间的关系

为了解决炉腹煤气量指数χBG、炉腹煤气效率ηBG和炉缸面积利用系数ηA。是否能够作为节能减排的指标，我们把以上三个指标与表征高炉能耗的煤气利用率ηCO和燃料比F．R指标一起先从理论上进行分析。

2．1炉腹煤气量指数与面积利用系数

我们在去年发表的论文[1,2,3,4]中提出了炉腹煤气量指数χBG与面积利用系数ηA之间存在数学关系，并提出了炉腹煤气利用率ηBG。

表征高炉生产率的指标用面积利用系数表达：

实际上，吨铁炉腹煤气量υBG可以由高炉炼铁配料计算求得，并且与燃料比存在密切的关系。随着燃料比F．R升高，吨铁炉腹煤气量υBG增加。

我们认为炉腹煤气量指数χBG和炉腹煤气效率ηBG是符合节能减排的指标。因为可以通过炉腹煤气量指数χBG来考证提高面积利用系数ηA时，是否符合节能减排的要求。为使ηA≥χBG，就要降低燃料比F．R，使，χBG≥1—1．15。

2．2炉腹煤气量指数与煤气利用率

关于炉腹煤气量指数χBG与煤气利用率ηCO之间的关系，可以理解为炉内煤气流速与煤气利用率ηCO之间的关系，因为炉腹煤气量指数χBG是以炉缸断面积和炉腹

煤气为基础在炉内的空塔流速。在强化程度较低的高炉上，炉内煤气在炉内的停留时间约为3s，煤气实际线速度约10m／s左右，煤气与炉料的接触时间很短，在能够进行间接还原的中温区域就更短。当炉内煤气流速加快时，煤气与炉料的接触时间缩短，由CO夺取铁矿石中氧的可能性降低，煤气的利用率下降。为了使煤气合理分布，熔融物顺利下降，必须使炉腹煤气上升速度控制在一定范围内。

还可以利用燃料比F．R与吨铁炉腹煤气量υBG之间的关系进行说明。图1表示不同燃料比和不同富氧率时，吨铁炉腹煤气量υBG的变化。

当燃料比F．R下降10kg／t时，吨铁炉腹煤气量υBG约下降50m3／t。当提高富氧率1％时，吨铁炉腹煤气量υBG约下降40m3／t。燃料比上升，吨铁炉腹煤气量上升，其本质是碳素利用变差，煤气利用率ηCO正是表征碳紊利用率的参数。

而燃料比与煤气利用率ηCO之间存在热平衡和物质平衡的关系。因此炉腹煤气量指χBG与煤气利用率ηCO之间的定量关系也是可以计算的。

2．3燃料比与煤气利用率

燃料比F．R与煤气利用率ηCO之间的关系用热平衡和物质平衡的理论计算就可以解决。图2为利用Fe—C一O一H的平衡关系编制的最低燃料比图表。不过这里的间接还原度的概念与过去的间接还原度不同之点是：这里的间接还原度不是FeO 还原时，用CO还原的百分率；而是全部铁的氧化物用CO还原的百分率。采用这个间接还原率就可以知道在最低燃料比时，能够达到的最高煤气利用率ηCOmax.。为了更能说明燃料比F．R与煤气利用率ηCO的关系，把它作成图表，并且把某些高炉的实际燃料比F．R和煤气利用率ηCO绘在图2中。

2．4面积利用系数与燃料比

最后，面积利用系数卵。与燃料比F．R的关系可以用下式表示。

在高炉燃烧带进行着燃料的剧烈燃烧，高炉产生还原性煤气，炼铁过程才得以进行；燃烧后腾出的空间炉料才得以下降。因此反应的空间和面积对高炉冶炼有着重大意义。随着高炉容积地扩大，相对与炉缸面积之比Vu／A升高，炉缸面积A 与煤气发生量有关，而高炉容积内进行着还原反应，过多的煤气发生量没有足够的还原反应空间，反应就不可能充分进行；反之过多的煤气发生量还原反应空间不足，也会使燃料比升高。因此，过去大小高炉面积燃烧强度J A都控制在24．0～28．8 t ／(m2d)的范围内，比较稳定。由于富氧和提高炉顶压力等技术有了突破，可是也不能追求产生的煤气量大，而不充分利用煤气。为了降低煤气速度和燃料比，在喷煤条件下，采用了富氧高压等技术后，燃料比做到480～500kg／t为好，虽然燃烧强度J A不能代表炉内炉料和煤气的运动，可是一般在30～35t／(m2d)左右，也不宜太高。

由以上分析，炉腹煤气量指数χBG、炉腹煤气效率ηBG、面积利用系数ηA、煤气利用率ηCO燃料比F．R和面积燃烧强度J A之间的关系可以用高炉炼铁原理进行说明，即其间存在紧密的关系，并且可以用热平衡和物质平衡来计算。

3 对生产数据的分析

我们在弄清楚炉腹煤气量指数χBG、炉腹煤气效率ηBG、面积利用系数ηA、煤气利用率ηCO、燃料比F．R和面积燃烧强度J A之间的关系之后，对某些高炉的实际数据进行分析。

表1为某些高炉的实际操作数据，并绘制成图3，以图象的方式显现出来。今后在评价高炉操作状况时，可以把操作参数落在图上一目了然地看出操作的合理性，是符合节能减排的要求。

2本表炉腹煤气量和炉腹煤气量指数均按本书第5章的计算方法计算；有些高炉没有统计鼓风湿度，只能假定北方湿度按12g／m3计算，南方按15g／m3估算；

3本表小块焦的数据统计得不全。

关于腹煤气量指数χBG、面积利用系数ηA与炉腹煤气效率ηBG的关系已经用实际数据进行过讨论。这次再把燃料比、炉缸面积燃烧强度J A和煤气利用率ηCO等参数的高炉生产实际数据都制作在一张图表上，见图3。把腹煤气量指数χBG、面积利用系数ηA与炉腹煤气效率ηBG的关系反转到图3的左上部份。另外，把燃料比F．R 与面积利用系数ηA的关系，绘在图中右上部份，其中还画出了一组炉缸面积燃烧强度J A的曲线。图的左下部份为腹煤气量指数χBG与煤气利用率ηCO的关系图的右下部份为燃料比与煤气利用率ηCO的关系。由图可知，实际高炉生产中，腹煤气量指数χBG、面积利用系数ηA、炉腹煤气效率ηCO、燃料比F．R与煤气利用率ηCO都存在良好的相关关系。

我们可以先看图3左上角，即炉腹煤气量指数χBG、炉腹煤气效率ηBG和面积利用系数ηA图。图中炉腹煤气效率ηBG；接近1和燃料比F．R都在528kg/t的两座高炉(邯郸6号高炉和沙钢宏发3号高炉)，两座高炉的煤气利用率ηCO分别为48．7％和46．0％，腹煤气量指数χBG分别为54．57m／min和66．85m／min，因此面积利用系数ηA与分别为57．4t／(m2.d)和68．6 t／(m2.d)。由此可以说明腹煤气量指数χBG；对高炉利用系数的影响。可是，炉腹煤气量还不能完全决定利用系数的高低。下面的实例可以说明，燃料比F．R、炉腹煤气效率ηBG和煤气利用率ηCO对利用系数的影响相当大。

在图2中给出了B组和A组高炉的间接还原度、煤气利用率、风口燃烧和溶损碳素量以及燃料比的关系。由于两者的煤气利用率相差约7．8％，致使燃料比相差约48kg／t，即约差10％。

图3右上角的曲线就是等面积燃烧强度J A曲线。正如，腹煤气量指数χBG与面积利用系数ηA都采用单位炉缸面积作基准以后，它们的物理意义就变得明朗了一样；采用炉缸面积的燃烧强度J A，这也是很早就用来确定炉缸直径d的指标，许多问题也变得明朗起来。如果与面积燃烧强度相对应，原来我们一直笃信的冶炼强度i也就是容积燃烧强度，但是，风口以上没有氧气供给燃料燃烧，也就是一个没有意义的指标。只不过披上了“冶炼”两字罢了，就具有了很强的迷惑力。

大家都清楚，高炉炼铁的目的是，生产生铁，而不是发生煤气。因此比拼燃烧强度t，．是错误的；尤其是，大型高炉与中小高炉比拼高冶炼强度i，其结果是面