淺談焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響

1、淺談焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響毛潔成（陜鋼集i才i漢屮鋼鐵有限責(zé)任公司）摘 要：木文結(jié)合漢鋼生產(chǎn)實際，介紹了焦炭在高爐冶煉中的作用，闡述了焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的爐溫、順行和長壽的影響，進(jìn)而影響到高爐 生產(chǎn)指標(biāo)，說明了焦炭質(zhì)量在高爐生產(chǎn)中的重要性，鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實際條件，確定對焦炭質(zhì)量的要求是非常必要的。關(guān)鍵詞：焦炭質(zhì)量；高爐冶煉；生產(chǎn)指標(biāo)1刖b目前，精料技術(shù)對高爐生產(chǎn)指標(biāo)的影響率在70%,工長操作水平占10%,企業(yè)現(xiàn)代化管理水平占10%,設(shè)備作業(yè)水平占5%,外界因素（動 力、供應(yīng)、上下工序等）占5%。在高冶煉強(qiáng)度、高噴煤比條件下，焦炭質(zhì)量變化對高爐指標(biāo)的影響率在35%左右1。而我國優(yōu)質(zhì)煉焦煤

2、資源緊 缺，因受煉焦煤性質(zhì)和煉焦工藝方式所制約，焦炭質(zhì)量與國際上的焦炭相比有一定的差距，主要表現(xiàn)在焦炭灰分高，熱態(tài)性能差。煤炭質(zhì)量的優(yōu) 劣對鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)指標(biāo)影響很大，如何根據(jù)企業(yè)自身的實際條件，確定對焦炭質(zhì)量的要求是非常必要的。漢鋼高爐使用的焦炭全部為外購水熄 搗固焦，主要有陜焦一、二級和匯豐一、二級四種，2015年焦炭質(zhì)量指標(biāo)（見表1）達(dá)不到公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)（見表2）,焦炭水分波動大、含沫量 高、粒度偏小、熱態(tài)性能差，已成為影響漢鋼高爐生產(chǎn)指標(biāo)的重要因索。表1 2015年漢鋼焦炭質(zhì)量指標(biāo)項目水分%灰分%揮發(fā)分%固定碳%硫分%轉(zhuǎn)鼓指數(shù)含沫量cri%csr%m25m10<25 mm匯豐一級6

3、.2312.261.3986.300.7092.676.2912.2830.1958.08陜焦一級7.9512.521.4185.970.6992.566.3712.0530.7157.03匯豐二級9.8212.501.4785.950.7492.206.6311.9631.6854.46陜焦二級9.2413.041.4185.470.7292.396.5612.0734.0150.13表2漢鋼焦炭質(zhì)量內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)項目水分%灰分%揮發(fā)分%固定碳%硫分%轉(zhuǎn)鼓指數(shù)含沫量cri%csr%m25m10<2 5 mm一級焦炭8.012.501.6086.00.7092.07.08.030.060.0二

4、級焦炭&013.001.8086.00.8089.0&0&035.055.02焦炭在高爐冶煉中的作用焦炭是將可以煉焦的煤粉裝在煉焦?fàn)t內(nèi)，在9501050°c高溫下隔絕空氣干飾所得的多孔塊狀物，其質(zhì)量的好壞，対高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 有決定性的影響2。焦炭在高爐冶煉中起到四個作用：(1) 提供熱源。高爐冶煉所消耗熱量的70%來口 丁焦炭的燃燒。風(fēng)口前燃燒lkg焦炭放熱9800kj,扣除焦炭自身灰分造渣耗熱和脫硫耗熱， 每lkg焦炭在爐內(nèi)凈供熱q=9800c焦-2760a焦-20000s焦。(2) 還原劑。焦炭中c是直接還原的還原劑，燃燒生成的co是間接還原的還原

5、劑。(3) 料柱的骨架料。焦炭在高爐內(nèi)是起骨架作用，支撐著煉鐵原料(燒結(jié)礦，球團(tuán)礦，天然塊礦)，特別是在軟熔帶及其以下的區(qū)域，焦炭是 煤氣流通過的唯一通道，是下部料柱的主體。(4) 滲碳劑。在高爐煉鐵過程屮焦炭屮的碳是逐步滲透到生鐵屮，一般鑄造生鐵含碳3.9%左右，煉鋼生鐵在4.3%左右。生鐵滲碳消耗焦炭7% 10%o焦炭的四種作用中，提供熱源的主導(dǎo)作用不會改變，在各種條件下高爐煉鐵中碳的還原作用利滲碳功能不會有較大的變化，在高冶煉強(qiáng)度、 高噴煤比條件下，焦炭在高爐中的“骨架”作用就變得尤為重要，因此對焦炭質(zhì)量的要求也就愈來愈高。2008年公布的高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范 對焦炭質(zhì)量指標(biāo)具體要求見表

6、3。表3焦炭質(zhì)量指標(biāo)要求爐容級別(m3)10002000300040005000m40>78%>82%>84%>85%>86%m10<8.0%<7.5%<7.0%<6.5%<6.0%反應(yīng)后強(qiáng)度csr>58%>60%>62%>64%>65%反應(yīng)性指數(shù)cri<28%<26%<25%<25%<25%焦炭灰分<13%<13%<12.5%<12%<12%焦炭含硫<0.7%<0.7%<0,7%<0.6%<0.6%焦炭粒度范圍(m

7、m)75 2075 2575 2575 2575 30大于上限<10%<10%<10%<10%<10%小于下限<8%<8%<8%<8%<8%3焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響焦炭質(zhì)量包括其化學(xué)成分，物理性能和熱態(tài)性能三個部分，它們?nèi)咧g的關(guān)系是互相依存和關(guān)聯(lián)的，化學(xué)成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證， 熱態(tài)性能是關(guān)鍵。焦炭質(zhì)量的波動，會對高爐冶煉產(chǎn)生不同程度的影響。3.1焦炭質(zhì)量對爐溫的影響焦炭質(zhì)量首先是化學(xué)成分固定碳或灰分的高低。固定碳和灰分是焦炭的主要組成部分，兩者互為消長關(guān)系，焦炭灰分高，固定碳含量相應(yīng)降 低，單位焦炭提供的熱量就少。焦炭水分

8、的波動也會引起爐溫的波動，尤其是水分過高時，焦粉粘在焦塊上帶入高爐，隨煤氣除塵系統(tǒng)進(jìn)入除塵 灰，會造成高爐焦炭負(fù)荷帶不動。高爐燃料(包括焦炭和煤粉)帶入硫量約占高爐硫負(fù)荷的80%,焦炭含硫增加，高爐的硫負(fù)荷相應(yīng)增加，而脫 硫需消耗能量，焦炭灰分造渣也要消耗能量，因此焦炭化學(xué)成分變化大時，如果高爐不能及時做岀調(diào)整，會引起爐溫大幅波動，甚至出號外鐵。漢鋼高爐由于入爐焦炭成分波動較大，有時會出現(xiàn)爐溫突然大幅升高或降低，雖然在實際生產(chǎn)中，影響爐溫的因素很多，但兩座高爐在冶煉條件 沒有作改變的情況下，同時做出相同反應(yīng)時，可以判斷是人爐原燃料發(fā)生變化，如礦石正常，那肯定是焦炭質(zhì)量發(fā)生了變化。3.2焦炭質(zhì)量

9、對爐況順行的影響在高爐冶煉進(jìn)程中爐內(nèi)煤氣流上升和爐料下降往往是構(gòu)成高爐冶煉過程諸孑盾中的主要矛盾，焦炭質(zhì)量波動會造成煤氣流分布和爐缸工作狀 況的改變，從而影響爐況順行，焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定是高爐順行的基礎(chǔ)條件之一。焦炭在爐內(nèi)下降過程中因以下三個破損原因造成粒度變?。阂皇墙?炭塊表面與屮心溫度差（200°c以上）造成的熱應(yīng)力，使焦炭沿原有微裂縫破損；二是co2及堿金屬與焦炭中c反應(yīng)，反應(yīng)界面成蜂窩狀，使焦 炭強(qiáng)度變差；三是焦炭與爐料及爐墻摩擦而破損。焦炭冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度包括抗碎強(qiáng)度m40 （或m25）和抗磨強(qiáng)度m10,這兩項指標(biāo)主要是反映焦炭在高爐內(nèi)保持粒度的能力。焦炭熱態(tài)性能包括 反應(yīng)性指數(shù)c

10、ri和反應(yīng)后強(qiáng)度csr,反應(yīng)性指數(shù)是焦炭在高爐里和co2的反應(yīng)能力，反應(yīng)性高，焦炭溶損比例高，反應(yīng)性越低越好。反應(yīng)后強(qiáng) 度是衡量焦炭在經(jīng)受co2和堿金屬侵蝕下保持高溫強(qiáng)度的能力，反應(yīng)后強(qiáng)度越高越好。焦炭的熱態(tài)性能差，嚴(yán)重影響軟融帶和滴落帶的骨架作 用，導(dǎo)致爐缸粉末增加，惡化死料柱的透氣性和透液性，易造成爐缸堆積。高爐風(fēng)口焦炭取樣研究表明：焦炭從料線到風(fēng)口平均粒度減少20% 40%,焦炭強(qiáng)度好，焦炭在到達(dá)風(fēng)口回旋區(qū)后其粒度裂化程度相對較小，焦粉量少，有利于改善高爐下部透氣性和高爐順行。焦炭強(qiáng)度差，會使 塊狀帶透氣性變差，風(fēng)口回旋區(qū)的碎焦量增加，中心氣流變?nèi)?，邊緣氣流變?qiáng)，爐缸中心死料柱增大，造成

11、爐況不順，高爐出現(xiàn)頻繁崩料或懸料, 其至惡性懸料。漢鋼高爐由于焦炭水分波動大、含沫量高、粒度偏小、熱態(tài)性能差，使高爐爐溫難以穩(wěn)定，正常的風(fēng)量難以維持，順行變差，爐 況曾多次出現(xiàn)大的波動都是因焦炭質(zhì)量惡化造成的，如不及時進(jìn)行調(diào)劑，易造成高爐爐況失常。3.3焦炭質(zhì)量對高爐長壽的影響焦炭強(qiáng)度及熱態(tài)性能差，使高爐中心氣流變?nèi)?，邊緣氣流變?qiáng)，爐缸中心死料柱透氣性和透液性變差，易造成爐缸側(cè)壁和爐襯的侵蝕；高爐 頻繁崩料時，爐溫大幅波動，引起爐內(nèi)高溫區(qū)上下移動，爐內(nèi)軟融帶位置高低變動，易造成爐墻粘結(jié)；高爐坐料時，也會對爐襯、爐底造成較大 破壞，縮短高爐壽命。長時間爐況失常，還容易形成爐缸中心堆積，風(fēng)口套頻繁

12、燒損。漢鋼1080m3高爐主要是匯豐二級和省焦二級焦炭搭配使用；2280m3高爐主要是匯豐一級和省焦一級焦炭搭配使用，有時還使用一部分二級焦；由于焦炭質(zhì)量一直得不到較好的改善，為保證高爐順行和 完成牛產(chǎn)任務(wù)，高爐邊緣氣流不能得到有效控制，加z爐料有害元素鋅和堿金屬常超標(biāo)，導(dǎo)致兩座高爐的爐襯侵蝕嚴(yán)重，投產(chǎn)三年多就被迫停爐 噴涂造襯，直接影響到高爐的長壽。3.4焦炭質(zhì)量對高爐生產(chǎn)指標(biāo)的影響高爐是一項系統(tǒng)工程，各種因素相互制約，焦炭質(zhì)量對高爐生產(chǎn)產(chǎn)生深層次而廣泛的影響。焦炭作為料柱的骨架，是決定高爐能否強(qiáng)化，能 否提高噴煤比的重要因素。同時，焦炭與co2反應(yīng)的多少乂是決定直接還原度的高低的重要因素。

13、焦炭固定碳和水分含量與高爐熱制度相關(guān)，硫 含量與生鐵質(zhì)量相關(guān)；焦炭強(qiáng)度和熱態(tài)性能對高爐順行和長壽影響尤大。漢鋼高爐由于使用的焦炭質(zhì)量較差，因此高爐指標(biāo)不太理想，主要表現(xiàn) 在煤氣利用率低和燃料比高，2015年1080m3高爐平均燃料比為544.2kg/t。2016年1080m3高爐單系統(tǒng)生產(chǎn)，焦炭質(zhì)量得到重視，焦炭配比由原 來全二級焦調(diào)整為陜焦一級焦50%+匯豐二級焦50%,取消了質(zhì)量較差的陜焦二級焦配加，焦炭質(zhì)量的改善使高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到大幅度提升 （見表4）。漢鋼高爐焦炭質(zhì)量指標(biāo)變化對焦比及產(chǎn)量影響的經(jīng)驗值見表5。表4漢鋼1080m3高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化情況時間系數(shù)t/(m3.d)燃料

14、比kg/風(fēng)溫°c生鐵硅%硅偏差%煤氣利用率綜合品位20122.61570.711030.620.1941.5856.4020132.94548.811970.490.1542.7356.6420142.98555.011510.410.1241.9656.68201536544.211940.390043.9557.512016.12.88527.511620.390.1045.1957.362016.23.04524.411500.380.1046.1257.592016.33.05516.911500.390.1046.0357.492016.23.04524.411500.38

15、0.1046.1257.592016.33.05516.911500.390.1046.0357.49備注：2015年3月因高爐停爐噴涂造襯只生產(chǎn)5天，指標(biāo)未參與統(tǒng)計；9月份以后因熱風(fēng)爐拱頂耐材受損，風(fēng)溫供應(yīng)受限。 表5漢鋼高爐焦炭質(zhì)量指標(biāo)變化對焦比及產(chǎn)量影響的經(jīng)驗值指標(biāo)名稱變動量影響焦比影響產(chǎn)量灰分+ 1%+2%-3%水分+ 1%+1%-1%s分+0.1%+ 1.5%-2%m25+ 1%-5kg /t+1.5%m10+0.1%+3kg /t-2%cri+1%+3 kg /t-2%csr+1%-5kg /t+2%從表5可看出，焦炭灰分變化1%,焦比將變化2%, m10變化0.1%,焦比將變化3kg/t, csr變化1%,焦比將變化5kg/t,因此應(yīng)十分關(guān)注 焦炭灰分、m10和csr的變化。4結(jié)語焦炭質(zhì)量在高爐生產(chǎn)中起著十分重要的作用，焦炭質(zhì)量的好壞影響到高爐冶煉的爐溫、順行和長壽，進(jìn)而影響到高爐生產(chǎn)指標(biāo)和生產(chǎn)成本。 鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實際條件，確定對焦炭質(zhì)量的要求是非常必要的。（1）漢鋼焦炭水分波動大、含沫量高、粒度偏小、熱態(tài)性能差，已成為制約高爐指標(biāo)的重要因素，今后在評估焦炭対煉鐵經(jīng)濟(jì)成木影響時， 不能只顧眼前利益，應(yīng)從長遠(yuǎn)或一代爐齡去考慮，堅持