攀钢低成本炼铁技术现状与建议

饶家庭 王敦旭 康 斌 张义贤

(1．攀钢集团研究院有限公司，钒钛资源综合利用国家重点实验室，四川攀枝花 617000;2．西昌钢钒有限公司，四川 西昌 615000;3．四川省冶金情报标准研究所，四川成都 610041;4．攀枝花钢钒有限公司，四川 攀枝花 617062)

1 前言

随着我国钢铁行业快速发展，巴西和澳大利亚的世界三大铁矿石供应巨头联手，不断涨价，各个钢铁企业之间对铁矿石及相关资源的争夺已经达到了白热化的程度，企业间的竞争最终将演变成企业成本、服务、品牌等综合实力的竞争，而大幅度降低企业生产成本、实施低成本战略将是企业在竞争中克敌制胜的主要法宝之一。日本在降低炼铁成本方面主要采用了使用价格便宜块矿替代球团的措施，注重优化炉料结构对成本的影响。而欧盟则以精料为目标，优化炉料结构，提高入炉矿石铁品位，减少渣量，实现节焦降耗。攀钢地处内陆，虽然自产矿使用比例较高，但运输成本较高，原料成本能否得到有效控制关系到集团公司的生产经营大局，关系到攀钢产品的市场竞争能力。近年来攀钢炼铁工序采取系列技术措施，使攀钢炼铁工序成本位居全国钢铁企业前列，笔者分析总结近年来攀钢炼铁工序所采取的低成本炼铁主要措施，并提出了今后低成本炼铁的发展建议。

2 攀钢低成本炼铁技术现状

2．1 攀钢炼铁成本与普通矿冶炼的差异

攀钢1970～1977年采用全钒钛矿冶炼，炉渣TiO2含量达27% ～30%，最好时利用系数仅0.93 t/(m3·d)。1978～1994年期间，开始从烧结和高炉配加普通矿，钒钛矿比例占入炉铁矿石总量的80% ～82%，通过降低入炉钒钛矿配比，改善了炉渣性能，高炉利用系数达到1.7 t/(m3·d)。1995年以来，通过增加进口矿和周边普通矿配比、降低钒钛矿配比，使高炉入炉品位从1995年的45.5%提高到目前的50.5%左右，高炉利用系数提高到目前的2.47 t/(m3·d)以上，攀钢炼铁成本与普通矿冶炼的主要差别如下:

(1)攀钢高炉入炉品位低导致焦比高达460～480 kg/t，与普通矿冶炼同等容积高炉入炉品位57% ～58%、焦比380～400 kg/t相比，按目前的冶金焦价格计算，焦比较高造成攀钢炼铁成本增加约140元/t以上。

(2)由于高钛型高炉渣TiO2含量高，无法大量用做水泥原料，因此目前仅堆放在渣场。分析表明，攀钢高钛型钒钛磁铁矿冶炼的炉渣处理使炼铁成本增加约50元/t，而普通矿冶炼的炉渣可以作为商品出售。

(3)炼铁工序加工费用高于普通矿冶炼。钒钛矿与普通矿冶炼的加工费用相比主要表现在:①人工成本高，普通矿1座高炉人数要比钒钛矿冶炼高炉人数少三分之一左右;②普通冶炼高炉的铁口炮泥、沟泥等耐火材料消耗量大大少于钒钛矿;③钒钛矿由于入炉品位较低，吨铁风耗比普通矿大20% ～30%。

(4)固定投资、环保治理等费用高。攀钢所处的地理条件以及高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的特性，导致渣量大、出铁场的污染大、基建投资费用高，这部分与普通同等容积高炉相比，要高得多。

炼铁成本构成分析表明，入炉铁矿石的成本约占总成本的50%，燃料占30%。因此降低炼铁成本的主要方面是从原燃料成本着手，考虑采用性价比较高的原料，如外购钒钛矿、高赤粉、球团矿代替进口矿，喷煤替代焦炭等。

2．2 近年来炼铁降低原料成本采取的主要措施

2．2．1 优化烧结原料结构，实施强化烧结技术，降低烧结成本

(1)提高攀精矿品位，降低进口矿配比

2004年攀钢矿业公司实施了阶磨阶选改造，将攀精矿的品位由52.5%全部提高到54.0%以上，进一步提升了攀精矿的性价比，对于降低进口矿配比，提高周边低价中品位粉矿配比，降低烧结原料成本具有重要意义。分析表明，采用高品位攀精矿替代进口矿、增加中品位加工粉配比方案，可降低烧结进口矿配比5个百分点，增加中品位粉矿配比4．9个百分点，增加石灰石配比0.4个百分点，烧结原料成本下降7．7元/t，炼铁原料成本下降12 元/t。

(2)配加褐铁粉矿，利用廉价资源

与相同品位的磁铁粉矿相比，褐铁粉矿价格低约80～100元/t左右，因此，在烧结矿的产质量不发生较大变化的情况下，随着褐铁粉矿的配比增加，烧结原料成本将会下降。2003年，攀钢在6#烧结机进行了配加8%的马坝褐铁粉矿工业试验取得成功。工业试验表明，采用强化混合料的偏析、高氧位厚料层操作、高碱度烧结矿、优化物料结构，适当放宽燃料粒度上限等措施，可降低褐铁矿对烧结的不利影响，从而达到利用廉价褐铁矿的目的。

(3)实施烧结强化技术，提高烧结技术经济指标

攀钢钒近年来为了提高烧结矿产质量，在优化烧结原料结构上，采用了松料器、配加生石灰和活性灰、蒸汽预热混合料、磁辊布料、高碱度烧结、厚料层低碳、燃料二次分加等一系列强化烧结的技术措施，烧结矿产量和质量均得到较大提高。2009年，全厂烧结机利用系数达到1.342 t/(m2·h)，烧结矿成品率由原来的56%提高到74%左右，转鼓指数由65%提高到71.4%左右，作业率保持在92%以上。特别是2009年6月360 m2大型烧结机投产后，促进了烧结生产技术经济指标的进一步改善，2010年360 m2大型烧结机利用系数达到1.414 t/(m2·h)，转鼓指数超过73%，作业率为96.99%，全面超过了设计水平。攀钢烧结矿合格率、一级品率已分别达到 100%、95.29%。TFe、FeO、Ro三稳定率已分别达到100%、77.41%、94.02%。固体燃耗降至35.76 kgce/t。强化烧结技术的实施，为降低炼铁生产成本做出了巨大贡献。

2．2．2 优化入炉原燃料结构，提高自产矿比例，降低原料成本

(1)优化炉料结构，提高精料水平

攀钢高炉采用高钛型钒钛磁铁矿冶炼，长期以来的炉料结构为“高碱度钒钛烧结矿+天然块矿”。近年来，针对高炉冶炼钒钛矿的特点，围绕如何利用攀西地区丰富的钒钛磁铁矿资源，优化高炉炉料结构开展了大量研究工作，攀钢2003年至2007年期间进行了多次高炉配加球团矿工业试验，使高炉的炉料结构由“烧结矿+块矿”模式转为更为合理的“酸性球团矿+高碱度烧结”矿模式，球团矿配比逐渐提高到25% ～30%，炉料结构优化后，提高了攀钢高炉的精料水平，使高炉受风能力增强，为实施强化冶炼创造了条件，自2004年以来，攀钢高炉技术经济指标连年上台阶，目前全厂平均水平达到了2.47 t/m3·d，比2004 年提高了约0.27 t/m3·d，大大提升了炼铁工序的规模效益，降低了固定成本。

(2)采用全钒钛球团矿，优化高炉炉料结构

研究表明，采用全钒钛矿球团的炉料结构能够达到降低烧结原料结构中的钒钛矿比例、改善钒钛烧结矿的产质量的目的，并可在一定程度上改善高炉综合炉料的冶金性能。在大量实验室研究工作的基础上，攀钢于2009年1月～5月在4#高炉上开展了高炉配加全钒钛矿球团逐步代替部分混合球团，直至全部取代混合球团的工业试验，试验获得了烧结矿转鼓指数、平均粒度和烧结矿产量提高，高炉焦比降低的良好效果。并在炼铁厂5座高炉上得到了全面推广和应用，进一步强化了高炉冶炼，改善了钒钛矿冶炼的技术经济指标。

(3)提高炉渣TiO2含量，提高钒钛矿配比

提高炉渣TiO2，在炉料结构不变情况下，可增加烧结中钒钛矿配比，降低价格较高的普通矿配比，降低铁矿石成本。

攀钢钒自2009年开始，实施提高自产钒钛矿比例为主的“高配比钒钛矿高强度冶炼技术研究”项目，炉渣TiO2含量上升了1个百分点，自产钒钛矿配比提高了3个百分点，显著降低了攀钢炼铁生铁成本。

(4)采用捣固炼焦工艺，优化配煤结构，提高焦炭质量

与传统的顶装煤炼焦相比，捣固后煤的堆密度可由顶装煤的0.75 t/m3提高到1.15 t/m3，堆密度的增大，加强了煤粒间的结合，改善煤的粘结性，从而提高焦炭质量和扩大弱粘煤用量。攀钢于2009年成立了“大型捣固焦炉集成技术”课题研究，针对攀钢炼焦用煤资源状况，率先设计建成5.5 m先进捣固焦炉，同时优化配煤结构，结合高钛型钒钛磁铁矿的冶炼特性，进行了一系列试验研究，优化了攀钢配煤结构，提高了入炉焦炭质量，并成功在1号高炉进行了应用100%捣固焦炭工业试验，取得了降低配煤成本约30元/t，高炉主要指标改善的效果。并在2、3号高炉进行了使用50%捣固焦推广应用，有效降低了燃料成本。

2．3 实施高炉冶炼新技术，提高高炉技术经济指标

(1)提高风温，实施富氧喷煤技术，降低焦比

热风是用高炉煤气换来的廉价能源，是降低炼铁燃料比的工作重点，实践表明，风温提高100℃，降燃料比15～20 kg/t;高炉富氧鼓风具有提高煤比的显著作用，富氧是弥补喷煤后风口燃烧温度降低，促进煤粉燃烧，提高煤粉燃烧率的有效措施。富氧1%可使吨铁的煤气量减少4%，从而降低吨铁风耗，提高高炉产量4%。近年来，攀钢通过选择抗高温蠕变性能好的硅砖、采用先进的改进型内燃式热风炉、新日铁式外燃式热风炉以提升热风炉装备水平，通过采用冷风均匀配气技术、富氧烧炉、烟气余热预热助燃空气和煤气、变风量操作技术和附加燃烧炉设备，高温预热助燃空气、煤气。这一系列的技术应用，使得攀钢高炉热风温度从2004年的1136℃提高到2010年的1200℃以上，居国内领先水平。

尽管近五年来由于优质炼焦煤资源供需矛盾加剧，攀钢焦炭质量下滑，对高炉以煤代焦造成不利影响，但近几年的喷煤水平一直维持在120 kg/t左右，富氧率从2.2%上升至2.9%，焦比从2004年的480 kg/t下降至目前的460 kg/t左右。

(2)优化高炉操作制度，强化高炉冶炼，扩大生铁规模，降低固定费用

①通过优化烧结原料结构，采取适当提高球团矿的配比，降低块矿比例，提高高炉精料水平，提高料柱透气性和炉料还原性，降低入炉粉末，为高炉强化冶炼创造条件。

②通过优化布料制度，增大矿石平台角度，扩大矿焦角差，开放两道气流，确保煤气流分布合理，炉料下料顺畅。

③优化下部送风制度，选择缩小风口面积，提高鼓风动能，一期高炉鼓风动能为150 kJ/s左右，4#高炉为160 kJ/s，新3高炉为180 kJ/s。确保吹透中心，均匀活跃炉缸。

④维持高炉强化冶炼合适的炉温，随着炉渣TiO2的增加，适当降低炉温水平，抑制渣中Ti(C、N)生成，使炉渣维持较低的粘度，对高炉的增产、节焦起到了良好的作用。

近五年来，通过提高高炉精料水平，优化上下部操作参数，强化高炉冶炼，全厂高炉利用系数由2.2(t/m3·d)上升至2.47(t/m3·d)，1200 m3高炉平均利用达到2.6～2.7(t/m3·d)，使攀钢高炉生铁规模连年创新高，生铁固定费用持续下降。

(3)优化操作制度，降低工序铁损

攀钢高炉属高钛渣冶炼，高炉工序铁损值超过5%，2004年整个炼铁工序(烧结、高炉、高炉至脱硫后)铁损超过10%，其中高炉工序和高炉至脱硫这两个工序铁损分别达到6.5%、5%。调查表明，高炉工序中的铁损70%集中在炉渣带铁，高炉至脱硫工序由于铁水粘罐和脱硫拔渣，铁损也较高。近年来，通过优化炉料结构，提高高炉精料水平，优化上、下部操作制度，以及增加出铁主沟长度，改善炉渣冶金性能和主铁沟内的渣铁分离效果，加强出铁过程管理，使攀钢高炉铁损由7%以上降至6%以下，取得了较大的降本增效效果。

(4)稳定炉况，杜绝人为事故和重大设备事故

据计算，如果高炉生产稳定率(高炉正常生产天数/年计划生产天数)相差5%，如要达到相同的产量，则入炉品位相差将达1个百分点，这将对原料结构影响非常大，因此稳定高炉生产，杜绝人为事故，降低高炉事故休减风率，提高高炉生产效率对降低炼铁成本的作用将是非常显著的。近三年来，攀钢炼铁厂狠抓设备维持，杜绝人为事故，精心操作，休风率由2006年的1%以上降至2010年的0.7%，为稳定高炉生产、提高技术经济指标和降低生产成本起到了重要作用。

通过以上大量的研究工作，使攀钢的炼铁成本有了明显的降低，2010年攀钢炼铁成本位居大中型钢铁企业第3名。

3 关于攀钢低成本炼铁的发展建议

3．1 提高攀精矿及白马矿品位

在保持入炉品位不变的情况下，提高自产矿TFe品位不仅可以降低对高品位粉矿的依赖，而且可多利用价格低廉的本地粉矿，从而降低原料成本。分析计算表明，将攀精矿TFe品位由目前的54%提高至55%，可降低进口矿用量约20万t/a，多使用本地低品位粉矿约20万t/a。而目前由于钒钛矿选矿能力的不足，白马矿的TFe品位也由设计的57%下降至55%，因此提高白马矿产能和品位，对于降低高价进口矿的用量和利用本地低价的普通粉矿，降低原料成本极为有利。

3．2 采用高品位进口矿搭配低品位粉矿

分析表明，TFe含量为62%与TFe含量为65%的进口矿价格相差约150元/t，如果攀钢全部采用TFe为65%的进口矿，在保持入炉TFe品位不变的情况下，搭配部分本地TFe为46%的粉矿，可减少进口矿用量约15万t/a，降低原料成本约3元/t。

3．3 提高烧结原料中的褐铁粉矿配比

对不同粒度中品位褐铁粉矿配比，对钒钛烧结矿产质量的影响研究表明，将该褐铁粉细磨至平均粒度0.082～0.123 mm后，可降低褐铁粉矿对高钛型钒钛烧结矿产质量的不利影响，在烧结矿产质量基本不变的情况下，可将高钛型钒钛烧结原料中的褐铁矿配比提高至9%，以达到利用廉价资源的目的。分析表明，同等品位的赤铁粉矿比褐铁粉矿价差约80元/t，扣除磨矿费用，提高烧结原料中的褐铁矿配比2个百分点，将降低原料成本约3元/t。

3．4 寻求经济适宜的钒钛矿及球团矿比例

虽然提高自产矿比例，可以较大程度降低原料成本，但由于高钛型钒钛磁铁矿TFe品位低，随着自产矿配比的增加，综合入炉品位将下降。分析表明，在目前条件下，自产矿配比再提高5个百分点，入炉品位将下降至49.50%，同时炉渣TiO2含量也将在目前的基础上提高1个百分点以上。随着TiO2含量的增加，烧结矿产质量下降，高炉操作难度增大，稳定性变差，高炉的技术经济指标将下降。

2009～2010年高炉实施全钒钛球团矿以来，不仅降低了烧结性能差的高钛型钒钛磁铁精矿对烧结矿产质量的影响，而且优化了物流运输，改善了入炉炉料的冶金性能，提高了高炉操作的稳定性和技术经济指标。但是，由于全钒钛球团矿属于外包加工，其加工费用与烧结矿相比，高出约40元左右。由于球团矿的加工费用高的问题，导致了对提高全钒钛球团矿配比存在着不同的认识，对于寻求经济合理的全钒钛球团矿配比不利。

对全钒钛球团矿加工费用比烧结矿高的认识存在的局限性，笔者认为应从如下方面进行对比分析:

(1)球团矿价格是商品价格，但烧结矿则不是，存在着交易税问题。

(2)1t球团矿的加工费对应的是约1t烧结性能差的钒钛磁铁精矿，而1t烧结矿的加工费对应只是约500kg钒钛磁铁精矿，两者处理的对象在数量上是不同的，对比性不强。如果烧结也采用全钒钛磁铁精矿，则由于其成品率远低于球团矿而将导致加工费大幅上升。

(3)将烧结中的钒钛磁铁精矿转移至球团矿，只是造块方式转移，如果在本单位内部完成，则由于造块方式变化导致钒钛磁铁矿的烧成率上升，降低了总体加工费。

(4)高炉增加烧结矿配比，可降低高炉原料成本，这不只是因为增加了钒钛磁铁精矿，相应烧结原料中的其它矿种(如进口矿、国内高粉和中品位粉矿等)的用量亦是增加，需要增加相应的外部矿种采购。

(5)当炉料中的全钒钛球团矿配比增加至30%以上时，烧结中的普通粉矿配比将上升至35%以上，此时烧结矿的价格将超过球团矿。

上述分析表明，寻求经济适宜的球团矿配比与炉料中的钒钛磁铁矿比例，是未来炉料结构和降低原料成本的优化方向。

3．5 充分发挥捣固焦优势，提高焦炭质量

捣固炼焦优势就在于多用高挥发分中低粘结性煤，其具有在同等用煤下提高焦炭冷、热强度的作用。捣固炼焦客观上就要求配合煤要有较高的成焦收缩率和适中的膨胀性，即配合煤的挥发分要高些而粘结性又不能过高，这就为攀钢多用价格较低的华坪煤和郊区煤创造了条件。华坪煤和郊区煤与同类外地煤的价差在200～300元/t，按200元/t测算，每年多组织20万t华坪煤和郊区煤，则可降低采购成本4000万元/a。

4 结论

(1)通过优化高炉入炉原料结构，采用经济适宜的全钒钛球团矿配比，可减少高钛型钒钛磁铁矿对烧结的不利影响，对于提高高钛型烧结矿产、质量具有显著作用。

(2)提高自产钒钛磁铁矿品位，对于合理利用进口矿与本地廉价粉矿，降低原料成本具有重要意义。分析表明，攀精矿TFe品位提高1个百分点，可降低进口矿约2～3个百分点，每年降低进口矿消耗量约15～20万t。

(3)实践表明，采用捣固焦工艺，可优化配煤结构，提高焦炭质量，降低配煤成本。

(4)实施提高风温和富氧喷煤，优化高炉操作制度，强化高炉冶炼，对于降低焦比和铁损，提高高钛型钒钛铁矿高炉技术经济指标，实现低成本冶炼，具有重要意义。

(5)攀钢未来低成本炼铁的发展主要方向为:提高自产矿的品质与合理利用内外部两种资源。