搗固煉焦值得關(guān)注的幾個(gè)問題

1、搗固煉焦值得關(guān)注的幾個(gè)問題近幾年，我國搗固裝煤煉焦有較快發(fā)展。焦?fàn)t炭化室高度已由過去的2.8m、3.2m、3.8m增加到4.3m、5m、5.5m以及6.25m，搗固焦炭產(chǎn)能己超過8000萬噸。搗固裝煤煉焦是適合我國煉焦煤資源中粘結(jié)性肥煤和焦煤不足狀況的煉焦工藝。在當(dāng)前較快發(fā)展中提出以下有關(guān)搗固煉焦配煤和焦炭質(zhì)量的關(guān)系、搗固強(qiáng)度與配煤的關(guān)聯(lián)性以及需要在生產(chǎn)實(shí)踐中探索的幾個(gè)問題進(jìn)行一些討論，供業(yè)界參考。1 焦炭質(zhì)量的基礎(chǔ)是配煤質(zhì)量，不會(huì)因煤準(zhǔn)備和煉焦工藝等有根本性的改變這里說的焦炭質(zhì)量是指焦炭強(qiáng)度(不包括灰分和硫分等)，焦炭強(qiáng)度與配煤的關(guān)系，經(jīng)過長期研究和實(shí)踐己有了明確而科學(xué)的結(jié)論：焦炭強(qiáng)度從其本

2、質(zhì)而言，決定于焦炭氣孔壁厚薄及其組成、所形成氣孔的均勻程度和所占有的體積。這個(gè)概念指導(dǎo)著傳統(tǒng)的、經(jīng)典的煤質(zhì)指標(biāo)和以此為依據(jù)的煤分類，以及按此分類形成的以煤種為基礎(chǔ)的配煤原則。焦炭是多孔體，這個(gè)多孔體的強(qiáng)度可分成氣孔壁強(qiáng)度、孔狀體強(qiáng)度和塊焦強(qiáng)度?？谞铙w強(qiáng)度是指含有氣孔，但幾乎沒有裂紋的焦炭顆粒的機(jī)械抗性。孔狀體強(qiáng)度和氣孔壁強(qiáng)度經(jīng)常合稱焦炭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這就是M10的內(nèi)涵。塊焦強(qiáng)度中的M40，即依服于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又決定于焦炭中裂紋和裂紋數(shù)量與特性。目前評價(jià)焦炭強(qiáng)度，既有冷強(qiáng)度，又有熱強(qiáng)度。M40和M10屬于冷強(qiáng)度，用中等變質(zhì)程度、粘結(jié)性肥煤和焦煤占50%以上的配煤，其生成的焦炭氣孔壁厚而牢固，裂紋少，故M

3、40和M10指標(biāo)好。而熱強(qiáng)度以CRI和CSR為指標(biāo)，理論和實(shí)踐表明，以低變質(zhì)程度、高揮發(fā)分的煉焦煤(氣煤類煤)為主的配煤，其焦炭顯微結(jié)構(gòu)在光學(xué)上各向同性占優(yōu)勢，其CRI和CSR指標(biāo)差。以中等變質(zhì)程度、粘結(jié)性肥煤和焦煤占50%以上的煉焦配煤，其焦炭顯微結(jié)構(gòu)在光學(xué)上各向異性占優(yōu)勢，其CRI和CSR指標(biāo)好?；谏鲜?，即煉焦界周知的決定焦炭冷、熱強(qiáng)度的基礎(chǔ)是煉焦配煤，而對煤準(zhǔn)備，如煤調(diào)濕和搗固等工藝以及干熄焦等對焦炭質(zhì)量的作用，在于對氣孔壁厚度、氣孔率大小和均勻程度以及裂紋等有影響，這些影響對焦炭質(zhì)量(特別是冷強(qiáng)度)在不同程度上有一定改善。而對熱強(qiáng)度，由于不能改變焦炭顯微結(jié)構(gòu)的組成，故基本影響不了焦炭

4、的熱強(qiáng)度。當(dāng)然，并不是說改進(jìn)煤準(zhǔn)備和煉焦工藝沒有必要，而只是對焦炭質(zhì)量不會(huì)有根本性的改變。這里需要提出的是寶鋼配入型煤煉焦，在增加裝煤堆密度的同時(shí)，主要是增加了粘結(jié)劑，相當(dāng)增加了配煤中的粘結(jié)組分。因而在寶鋼煉焦配煤中，雖然粘結(jié)性的肥煤和焦煤只占50%左右，但由于粘結(jié)組分的增加，提高了焦炭質(zhì)量，生產(chǎn)出可滿足大于4000m3高爐需要的焦炭。2 搗固煉焦的亮點(diǎn)是多用低變質(zhì)程度、高揮發(fā)分氣煤類的煉焦煤，生產(chǎn)出一定質(zhì)量的焦炭搗固煉焦是用機(jī)械力將煤料的粒子壓緊，因壓緊而導(dǎo)致：增加煤料堆密度；因粒子的壓緊而使膠質(zhì)體填充的空隙減少，而相對擴(kuò)展了粘結(jié)范圍；由于堆密度的增加單位體積內(nèi)析出的煤氣量增加，而提高了膨脹

5、壓力。這些因素導(dǎo)致了焦炭多孔體的氣孔壁增厚，氣孔率降低且趨向均勻，因而M40、M10都有所改善，CRI和CSR也略有改善。我國比較傳統(tǒng)性搗固煉焦用配煤大體是：Vdaf 30%33%, G值5872(平均65), Y值142、膨脹序數(shù)2.5。這樣的配煤如在頂裝焦?fàn)t中煉焦，焦炭的M4065, CSR50。而搗固煉焦生產(chǎn)的焦炭(搗固堆密度0.90.95t/m3 )的M4o大體在70左右, CSR50。這樣的焦炭曾用到10001500m3高爐上。這里需要特別提出攀鋼的焦炭質(zhì)量，攀鋼成功地用大型高爐冶煉釩鈦磁鐵礦，攀鋼煉焦配煤偏瘦、堿金屬含量較高，所以高爐用焦炭熱強(qiáng)度不高。但由于高爐爐料中有較高的鈦含量

6、，對焦炭的溶碳反應(yīng)有較強(qiáng)的抑制作用，所以攀鋼用搗固煉焦生產(chǎn)的焦炭，能適應(yīng)2000m3的高爐冶煉要求。有關(guān)資料顯示，德國Saar地區(qū)Dilingern廠，在公元2000年以前，將國際煤分類中的522、523、633、634以及621等高揮發(fā)分煤的配入量占70%，其他煤料是瘦煤10%、魯爾煤10%、石油焦15%。配合煤的Vdaf 28%33%，膨脹序數(shù)2.54。用搗固煉焦(堆密度11.1 t/m3 ),其焦炭的M40為7275, M107, CSR50。這樣的焦炭在Dilingem鐵廠1800m3的高爐使用。德國搗固煉焦用的配煤相當(dāng)我國的1/3焦煤和肥氣煤，其粘結(jié)性好于我國傳統(tǒng)的搗固煉焦配煤。搗固

7、煉焦有兩個(gè)方面需要重點(diǎn)關(guān)注，一是投資和成本；二是操作管理。在投資和成本方面，搗固煉焦工藝的基建投資，據(jù)德國估算，搗固煉焦比頂裝煉焦工藝的基建投資少9%，但搗固焦?fàn)t一代爐齡在20年左右，再加上設(shè)備維修費(fèi)用等因素，影響折舊等運(yùn)行費(fèi)用。我國的數(shù)據(jù)表明，生產(chǎn)規(guī)?；鞠嗤瑫r(shí)，搗固煉焦的基建投資比頂裝焦?fàn)t工藝略高，再加上生產(chǎn)操作中不穩(wěn)定因素較多，設(shè)備故障，設(shè)備維修量也較大，這都增加了生產(chǎn)成本。另一方面，搗固煉焦裝煤的操作熱損失較大，且搗固作業(yè)本身要增加能耗，再由于煤料中揮發(fā)分高，結(jié)焦過程中氣態(tài)物帶走的熱量大，故搗固煉焦的能耗高于頂裝煉焦工藝，大體高10%左右。但搗固煉焦，由于多用弱粘結(jié)性煤，原料成本低，據(jù)

8、國外公布的數(shù)據(jù)，德國噸焦節(jié)省成本7美元，印度節(jié)省20美元，土耳其節(jié)省16美元。我國還缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并且我國煤價(jià)各煤種牌號(hào)間的比價(jià)也不盡合適，但從合理利用我國煉焦煤資源，多用弱粘結(jié)性氣煤類，肯定是有宏觀效益的，這也是促進(jìn)搗固煉焦發(fā)展的推動(dòng)力。在操作管理方面，搗固焦?fàn)t由于其裝煤的特殊性，往往發(fā)生焦側(cè)頭部裝煤不足，裝煤時(shí)余煤較多，因此搗固焦?fàn)t達(dá)產(chǎn)較難。由于受煤料水分、粒度和搗固操作的影響，會(huì)發(fā)生裝煤時(shí)煤餅倒塌或局部缺角過大，因此推焦操作系數(shù)較低。一方面影響其產(chǎn)量，也會(huì)影響焦?fàn)t的熱工管理，這是由于裝煤操作的特點(diǎn)常會(huì)發(fā)生焦側(cè)裝煤少，機(jī)側(cè)煤料受推力頂部凸起而裝煤多，因而造成焦側(cè)焦炭過火，機(jī)側(cè)焦炭加熱不足。

9、這種現(xiàn)象因缺乏規(guī)律性，所以在焦?fàn)t熱工調(diào)火中難以克服。因此，搗固焦?fàn)t無論裝煤操作、熱工管理、余煤處理和環(huán)保治理等均比頂裝焦?fàn)t難度大，更需要科學(xué)管理、精心操作，方能正常生產(chǎn)。綜上所述，搗固煉焦的最大亮點(diǎn)是多用弱粘結(jié)性煤，這是符合我國資源特點(diǎn)的。但同時(shí)也要提出，正因?yàn)橛捎谑怯靡匀跽辰Y(jié)煤為主的配煤，搗固煉焦生產(chǎn)的焦炭質(zhì)量，強(qiáng)度指標(biāo)屬于二級(jí)冶金焦，實(shí)踐表明，用在2000m3高爐上是可以的。3 搗固煉焦的配煤中，適當(dāng)增加粘結(jié)性配煤比例，可以提高焦炭質(zhì)量,若用接近頂裝焦?fàn)t的配煤進(jìn)行搗固煉焦，則喪失了搗固煉焦的優(yōu)勢并將引發(fā)問題(1)以弱粘結(jié)性煤為主的搗固煉焦生產(chǎn)出的焦炭，在我國高爐煉鐵應(yīng)用上存在兩個(gè)問題,一是

10、缺乏用在2000m3以上高爐的生產(chǎn)實(shí)踐；二是目前我國大于4000m3的高爐要求的焦炭質(zhì)量為：M4085、M106 , CSR65。對這樣指標(biāo)要求的合理性當(dāng)然可以研究，但畢竟對搗固煉焦來說是難以達(dá)到大于4000m3高爐對焦炭質(zhì)量要求的。(2)目前現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，有的企業(yè)為了提高搗固煉焦的焦炭質(zhì)量，在搗固煉焦配煤中增加粘結(jié)性煤的比例，從理論和實(shí)踐來說，適當(dāng)增加粘結(jié)性煤的比例是可以的。德國Dilingern廠大體在公元2000年以來，在搗固煉焦配煤中，將Saar地區(qū)煤由70%減至55%，而增加外地粘結(jié)性煤的比例，生產(chǎn)出焦炭的M40接近80, CSR也接近60，已開始用在28003200m3的高爐上。當(dāng)然

11、，隨著粘結(jié)性煤在搗固煉焦配煤中比例的增加，生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加，搗固煉焦的優(yōu)勢將逐漸喪失。需要提出的是，煤料在結(jié)焦過程中產(chǎn)生膨脹壓力，一般隨著粘結(jié)性煤在配煤中比例的增加而增加，同時(shí)，還隨著煤餅的搗固強(qiáng)度增加而增加(搗固強(qiáng)度主要體現(xiàn)在煤餅的堆密度上，搗固強(qiáng)度越大，其堆密度越高)。根據(jù)我國規(guī)定，煉焦配煤的膨脹壓力極限值為20kPa，這是由于焦?fàn)t結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，從設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)果，越過此極限值將危及焦?fàn)t爐體的安全。另一方面，在結(jié)焦過程中，焦餅是收縮的，隨著搗固煉焦配煤中粘結(jié)性煤的增加和搗固強(qiáng)度的加大，而焦餅的收縮度降低，如焦餅收縮不夠，則推焦困難。提出這個(gè)問題是說，在搗固煉焦配煤中增加粘結(jié)性

12、煤，一定要進(jìn)行配煤試驗(yàn)，通過試驗(yàn)來確定以下兩點(diǎn)。粘結(jié)性煤增加到何種比例，采用多大搗固強(qiáng)度，其膨脹壓力不超過20kPa，并且焦餅有適量收縮，不會(huì)造成推焦困難。配煤生產(chǎn)的焦炭質(zhì)量達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)，適用于何種用戶。在此基礎(chǔ)上評估生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益后再作出抉擇。其實(shí)這種配煤試驗(yàn)和效益評估，在建廠之前就應(yīng)進(jìn)行，而且隨著煤源和用戶需求的變化，宜作為經(jīng)營管理的重要工作來進(jìn)行。(3)如用接近頂裝焦?fàn)t配煤的煤料進(jìn)行搗固煉焦，可能危及爐體安全和推焦困難，并且增加了操作的不穩(wěn)定性，還增加了生產(chǎn)成本和能耗，將得不償失。國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，用同一配煤時(shí)，頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭和搗固煉焦生產(chǎn)的焦炭在強(qiáng)度上，搗固煉焦改善焦

13、炭質(zhì)量的幅度其趨勢是隨著弱粘結(jié)性煤在配煤中比例的增加而提高幅度大，如用接近頂裝焦?fàn)t的配煤時(shí)，其焦炭質(zhì)量的改善并不明顯，有個(gè)別指標(biāo)反而因應(yīng)力問題而下降。4 搗固煉焦工藝尚需在實(shí)踐中推敲的問題(1)搗固焦?fàn)t炭化室大型化的趨勢已明顯，過去一般認(rèn)為搗固煤餅的高寬比不宜超過9: 1，現(xiàn)在6.25m搗固焦?fàn)t已達(dá)13: 1。隨著炭化室煤餅高度的增加，生產(chǎn)操作的難度也隨之增加。國外有人提出，搗固煉焦煤餅的高寬比最好不超過11: 1，超過11: 1則操作難度加大，生產(chǎn)不穩(wěn)定性也隨之增加。我國目前有炭化室高5m、5.5m和6.25m的搗固焦?fàn)t，其煤餅高寬比5m和5.5m都小于11: 1，而6.25m則大于11:

14、1，其操作難度已顯現(xiàn)。故需要在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出合適的高寬比。當(dāng)然，這與生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，但從生產(chǎn)操作管理的角度，還是可以評估出比較優(yōu)化的高寬比。搗固焦?fàn)t的高寬比，為搗固焦?fàn)t進(jìn)一步大型化增加了難度。因?yàn)榻範(fàn)t在寬度上增加的余地己不多，搗固焦?fàn)t要進(jìn)一步大型化，只有增加炭化室高度，而炭化室高度再增加，其操作難點(diǎn)將遠(yuǎn)大于6.25m搗固焦?fàn)t。反觀，頂裝焦?fàn)t己發(fā)展到8.43m，德國試驗(yàn)爐高度己達(dá)10m,在設(shè)計(jì)和操作上均不存在太多的困難。而搗固焦?fàn)t進(jìn)一步大型化將受到限制。(2)頂裝焦?fàn)t炭化室內(nèi)的堆密度是下大上小，故適應(yīng)火道溫度的下高上低較大的溫差。但搗固裝煤由于煤餅上下堆密度基本相同，則火道上下溫度差應(yīng)當(dāng)小。因而對于搗固煉焦，特別是炭化室增高到一定程度時(shí)，火道采用一段型已不適應(yīng)，應(yīng)改成分段加熱設(shè)計(jì)，更何況分段加熱還有利于降低火道燃燒廢氣中氮氧化物的生成。這一問題，應(yīng)在今后的設(shè)