北台高炉富氧的技术经济分析
朱翔宇
（本溪北营集团公司炼铁厂10#高炉作业区 117017）
摘要：从理论上分析了高炉富氧技术的优点；结合北钢利用炼钢富余氧气进行高炉富氧喷煤方案，分析了高炉富氧带来的可观效益；提出了高炉富氧技术中有待探讨的几个问题。
关键词：高炉富氧氧气放散效益问题
Summary:The advantage that analyzed a blast furnace rich oxygen technique from the theory;Combine Beitai iron and steel group exploitation to make steel rich remaining oxygen carry on a blast furnace rich the oxygen spray a coal project and analyzed a blast furnace rich the oxygen bring of considerable efficiency;Put forward a blast furnace to enrich a few problems that need to be inquired intos in the oxygen technique.
Keyword:The blast furnace enriches oxygen;Oxygen;Put to spread;Efficiency;Problem
1、引言
北钢集团现有13座高炉 (其中1～4#高炉容积为350m3，5～7#高炉容积为420, 8#、9#高炉容积为450m3、10#～13#高炉容积为530m3)，年产生铁800万吨。
北台钢铁集团高炉富氧喷煤起步于2005年，目前煤比已达到150kg／tFe的水平，创造了可观的经济效益。
但随着喷煤量的增加，喷煤所带来的一些不利因素也愈显严重，特别是喷吹量增加，理论燃烧温度降低，从而对高炉顺行产生不利影响。
据资料介绍和众多厂家实践，高炉富氧是进行热补偿的最有效措施。
制氧厂生产的氧气供给炼钢有富余，特别是转炉生产不均衡使氧气有较大放散，以及制氧厂的潜力。
有关部门把放散氧的利用和喷煤量的增加两者综合考虑，提出了高炉富氧的初步方案。
笔者对其经济性和相关问题进行了初步探讨。
2高炉富氧的优点
2．1 提高高炉产量
富氧鼓风时，由于在风口前燃烧单位碳量所需的风量和产生的煤气量减少，因而可以提高冶炼强度，在焦比变化不大的情况下，可以提高高炉利用系数。
按富氧1％计算，理论上高炉富氧后可提高产量0．01／0.21=4．76％
2.2 降低焦比
富氧鼓风后，单位生铁炉顶煤气量减少，炉顶煤气温度降低，因而炉顶煤气带走的热量减少；煤气中一氧化碳浓度提高，同时中低温区扩大，因而有碍间接还原的发展，降低直接还原度，在一定富氧程度下有碍炉况顺行。
但是富氧鼓风并不是单独进行的，它是和喷吹燃料同时进行的，特别是高炉喷煤。
富氧鼓风是进行热补偿的最有效而又不受限制的措施，它与高炉喷煤在很多方面具有互补性。
在富氧含量为21％～30％的范围内，氧气每增加1％，煤的理论燃烧温度约升高40℃。
富氧鼓风不仅能对喷吹燃料进行热补偿，而且能对气体力学条件进行补偿，即富氧鼓风使炉缸煤气量减少，从而减少喷吹燃料使炉缸煤气量增加所造成的对冶炼过程的不利影响。
因此，富氧与喷煤相结合，相得益彰，能获得最佳效果。
3 氧气的供应和成本计算
北台钢铁集团随着炼钢使用氧气的不稳定性，将富余部分氧气供给给高炉。
氧气生产成本为0.95元／m3，内部结算价格为0.95元／m3。
因受转炉生产不均衡等因素的影响，制氧厂氧气放散率为11％，其中可供利用的占5％，其它6％为表的误差、管损和公司内部未计量用户耗用。
因此，制氧厂在目前运行方式下可为高炉富氧提供的氧气量为约为30000m3／h
供氧方式不同，高炉富氧的氧气的成本也不同。
第一，利用放散氧，成本低廉。
第二种方式，现有运行设备满负荷运行，新增部分成本只为电耗成本，0．8kWh／m302×O．55元／kWh=0.44元／m3。
第三种，开动闲置设备，加大富氧量。
成本中应加上设备维护费用(设备折旧、人工工资已付)，总成本约为0.55元／m3。
4 富氧喷煤后的效益计算
高炉富氧后的效果是多方面的，特别是富氧和喷煤联系在一起，其效益计算更显得复杂，有很多影响因素，其中有些影响因素既互相影响又具有互补性。
为了简化问题，我们抓住影响最大、效果最明显的三个方面来建立效益计算的数学模型：一是提高高炉利用系数，增加高炉产量；二是降低焦比；三是降低吨铁成本。
所有的影响因素都通过以
上三方面来体现其作用效果。
现在，我们来进行富氧喷煤的效益计算。
基本参数：每座高炉有效容积为530m3，风量为1800m3／min，高炉利用系数为3.5t/ m3.d，煤焦置换比为0．8，富氧量2％，目前焦比降到440kg／tFe。
保证正常富氧每座高炉所需氧气量：
1800m3／min×60min／h×2％=2160m3／d
4．1 富氧后提高高炉产量的效益计算
理论上，高炉富氧后可提高产量4．76％，并且富氧后，喷煤量增加，炉顶加人焦炭相应减少，高炉料速相应加快，有利于炉况顺行，提高产量。
但是实际操作中存在许多制约因素，所以产量的增加要小于该数值。
根据首钢、鞍钢等厂的经验，在氧气浓度为21％～30％范围内，氧气浓度每增加1％，产量可提高3％～4％，北台的高炉富氧尚处于起步，按3％进行计算，每天可增产生铁量为：530×3.5×3％=55t／d
按照北台生铁内部利润200元/吨计算，每座高炉的效益为55×200=11000元/ d。
4．2 降低焦比的效益计算
高炉富氧喷煤后，喷煤量增加，综合焦比减少。
各单位的生产实践表明，高炉每富氧1％，可增加喷煤12～13kg／tFe，降低焦比约0．5％，可得实际节焦量为：12×O．8+440×0．5％
=11．8kg／tFe
焦的平均价格1500元／吨，煤的平均价格600元／吨(包括制粉成本)，则每座高炉每天的效益为：
530×3.5×(1+3％)×(0．0118×1500-0．012×600) =20061元／d
4．3 高炉喷煤后其它因素影响吨铁成本下降的效益计算
因为高炉富氧后，吨铁鼓风消耗减少，炉顶煤气温度降低，煤的燃烧率和利用率升高，使吨铁成本下降2～3元／t，所以每座高炉每天产生的效益为：
530×3.5×(1+3％)×3元／t=5731元／d
综上所述，按1％富氧，每座高炉的效益为：
11000+20061+5731=36792元／d，剔除氧气成本，净得效益非常可观。
北台现有13座高炉使用2%富氧，每年可创造效益1.58亿元。
5相关问题的探讨
5.1 高炉富氧为氧气开辟了新的用户和市场，在国家钢材总量受到控制的情况下，为制氧生产确定了新的方向，实现了制氧的规模效益。
5．2 目前北钢主要考虑用放散氧气富氧，这对降低氧气放散率、提高钢铁企业的综合效益大有裨益。
但单独利用放散氧会产生以下问题：
(1)因炼钢与炼铁是环环相扣的，炼钢生产不顺产生氧气富余。
若用富氧增加铁水产量，而炼钢对铁水的需求量减小，势必造成高炉慢风或休风，所以在放散氧气利用上不是很切合实际。
(2)高炉生产最忌的是高炉不顺，所以最需求富氧量和喷煤量处于稳定状态，当富氧突然增大或减小，煤的理论燃烧温度就会随之变化，造成高炉生产不顺。
(3)富氧的不均衡性造成喷煤的不均衡性，效益降低，最好能保证一个基本富氧量。
5．3 各钢铁企业的设备匹配程度不同，对高炉富氧的要求也不一样。
有些企业，高炉生产能力大于转炉生产能力，高炉富氧的意义得不到体现，甚至有些企业在做过许多工作又半途而废。
北钢的高炉产能小于转炉产能，所以高炉富氧会大有好处。
5．4 高炉富氧对氧气的纯度要求不高，同时鼓风压力低，所以利用现有空分设备全面富氧，氧气成本过高；应大力发展变压吸附或利用低纯度空分设备来制氧；并利用富氧压低的优点考虑开发内压缩流程的低纯度空分设备，以满足高炉富氧的需求。
参考文献
1、(日)三本木贡治等．炼铁技术．范显玉等译．北京：冶金工业出版社
2、宋阳升主编．高炉富氧喷煤技术的新进展．北京：冶金工业出版社
3、杨天钧，苍大强，丁玉龙编著．高炉富氧煤粉喷吹．北京：冶金工业出版社
4、文光远．铁冶金学．重庆：重庆大学出版社。