淺談焦炭質量對高爐生產的影響

【摘 要】焦炭質量的好壞直接影響到高爐煉鐵的生產操作，隨著煉鐵技術的不斷改進，對焦炭質量的要求越來越高，我們可通過應用新技術、新方法來不斷提高焦炭的質量滿足現代高爐冶煉的要求。

【關鍵詞】焦炭；指標；質量

一、前言

焦炭在高爐煉鐵過程中主要起提供熱源、提供還原劑、提供碳源、提供骨架的作用。隨著高爐冶煉技術的發展，尤其是高爐噴煤技術的應用和進步，焦炭作為熱源和還原劑的作用以部分被噴吹的煤粉取代，因為焦炭在高爐冶煉的全過程中是唯一保持固體形態的爐料。所以焦炭作為爐柱骨架的作用更為突出突出。

二、焦炭質量與高爐技術指標的關系

焦炭的質量（灰分、硫分、黏度及機械強度）直接影響到高爐的生產操作，與高爐的經濟技術指標有著直接的聯系。為此，焦爐與高爐工作者進行了大量的實驗與研究，得出了大量的經驗數據。

（一）焦炭灰分：灰分是焦炭中的惰性物質，其主要成分是SIO2和Al2O3，是高爐生產中的有損物質，它吸收熱量后變成爐渣排除，其影響爐渣的黏度，妨礙鐵水與溶渣的正常分離。因此，焦炭高灰分會使高爐渣量大增，渣比、焦比增加，鐵產量則降低。經驗數據表明，焦炭灰分每升高1%，焦比則上升2—3%，石灰石用量增加2.55%，生鐵產量則降低2%左右。

（二）焦炭硫分：焦炭中的硫是一種有害物質，在高爐生產中為了脫硫，需要多加溶劑，從而導致焦比的增加，一般來說，冶金焦硫分每增加0.1%，焦比即升高1—3%高爐利用系數降低2—3%，生鐵產量下降2—5%。故此焦炭中的硫分越低越好，然而作為煉焦必須的強粘結性肥煤和焦煤正是高硫煤，煤中的硫在煉焦過程中大部分轉移到焦炭中，因此開發煉焦煤源和新的配煤技術成為當務之急。

（三）焦炭粒度：在高爐生產過程中，焦炭是爐子下部唯一呈固態的物質，因此，焦炭的粒度對高爐內良好的透氣性十分重要，粒度越均勻，粒度范圍愈窄小，高爐內料柱透氣性愈好，高爐的效率愈高。經驗表明，焦炭礦石和燒結礦的粒度要匹配，焦炭的平均直徑是礦石直徑的3倍時，透氣性最佳。當大高爐的礦石粒度為10—25mm，則入爐焦炭的平均粒度應為50mm左右。原蘇聯某廠高爐用焦炭，由大于40mm焦炭改為40—60mm級焦炭后，高爐產量竟提高了3.15%，焦比下降3.65%。焦炭的粒度用均勻系數（K）表示：K=（40—80）/（>80）+（25—40）式中（40—80）、（>80）、（25—40）為該粒度焦炭重量百分比，K值愈大表示焦塊的均勻性越好。

（四）焦炭的冷強度：近年來，隨著高爐容積的增大，新技術的運用，焦炭的料柱支架作用越來突出，只有保證爐柱透氣的逆流交換，才能避免礦石原料熔化成為一鍋粥的可能，使爐渣和鐵水迅速完全分離。特別是高爐噴吹煤粉技術的引用，增加了對焦炭負荷的要求，焦炭必須具有一定的抗碎耐磨損度，通常以MICUM轉鼓M40和M10來衡量焦炭強度，M40指標代表了焦碳率，M10表示焦炭焦質體的機械性能，兩個指標綜合反映了焦炭在高爐生產中保持力度的能力，特別是M10，更好地反映在高爐冶煉中焦炭抵抗各種因素侵蝕能力。冶金焦若冷強度不好，在高爐內產生大量碎焦和粉末，降低了料柱透氣性，惡化操作，發生提料、結瘤及至燒壞風口等，給高爐生產帶來不利影響。相反，焦炭冷強度的提高會給煉鐵帶來顯著效益。據宣鋼高爐實驗表明，M40每提高1%焦比下降0.75%，鐵產量增加1.5%。M10每改善0.2%，高爐利用系數增加3.5%，綜合焦比可下降5KG。綜上所述，提高焦炭的冷強度成為現代大型冶煉的技術關鍵。

（五）焦炭反應性（CRI）與反應后強度（CSR）：焦炭強度的M40、M10轉鼓指數都是焦炭的冷態特性，而焦炭在高爐中恰恰是在高達1000℃以上的熱態下使用。M40、M10轉鼓指數好的焦炭在高爐內不見得就表現出很好的冶金性能，因此，人們更看中的是焦炭在冶煉熱態的“高溫強度”。現代化大高爐要求的優質焦炭應該是在高溫下不易被CO2所侵蝕的焦炭。經過長期的生產實踐和科學實驗，人們研究可以用焦炭的反應性（CRI）和反應后強度（CSR）來作為評價焦炭高溫強度的主要指標。我國采用的測定方法與日本新日鐵相同，都是是實驗條件更接近高爐情況，即在1100℃恒定溫度下用純CO2與直徑20mm的焦球反應，時間為12秒，試樣重200g，以反應后失重百分數作為反應性指數（CRI）。反應后的焦炭在直徑130mm、長700mm的I形轉鼓中以每分鐘20轉轉動600轉，以大于10mm篩上物與入鼓試樣總重的百分數作為反應后強度（CSR）。根據大量實踐經驗提高裝煤堆密度、提高煉焦最終溫度、由堿金屬和硫含量低的低揮發分煤和中等揮發分配合煤煉制而成的焦炭能夠改善焦炭反應性（CRI）與反應后強度（CSR），能夠確保高爐處于良好的運行狀態。

焦炭質量對高爐生產影響很大，通過實踐數據整理確定出兩者有以下關系：

表1，焦炭某些指標與高爐操作關系

三、現代高爐對焦炭質量的具體要求

（一）近10年來我國高爐技術發展的特點

大型化 1990年前我國大于1000立方米高爐31座，大于1200立方米高爐6座，現在大于1000立方米高爐49座，大于1200立方米高爐21座。

長壽化 以前高爐壽命一般布道10年，現在的高爐的壽命普遍達到15年。

高效化 利用系數逐年提高。

表2 高爐利用系數變化情況 單位：t/m3d

（二）我國焦炭現狀

表3 近幾年，我國機焦平均質量

（三）綜合國內外情況，我國高爐對焦炭質量的要求如下：

灰分：越低越好，目前11—13%，爭取降到10—12%。

硫分：越低越好，爭取小于0.6%

M40：大于80—85%（大高爐），大于75—80%（中小高爐）。

M10：小于7—6%（大高爐），小于9—7%（中小高爐）。

CSR：大于60—65%。CRI：小于25—28%。

粒度：25—80mm，或20—80mm。

水分：4%左右（濕法熄焦），力求穩定。

通過以上分析，可以看出現代高爐對焦炭懂得料柱骨架作用優先于焦炭的熱源和還原劑的作用。

四、提高焦炭質量的技術措施

我國焦炭質量的主要問題是灰分高和強度低（包括機械強度和反應后強度），這些給大容積高爐的穩定生產帶來威脅。因此，提高焦炭質量的首要問題是提高焦炭的強度，以滿足現代大容積高爐的生產需要。

（一）配型煤煉焦：要想生產優質焦炭最好使用焦煤進行煉焦，但是我國焦煤含量少，弱粘結煤含量多，焦煤生產焦炭成本高，通過生產實踐發現，配入弱粘結性型煤塊煉焦，增加了裝爐煤的堆比重，改善了煤料的粘結性和煉焦時的結焦性能，對提高焦炭質量十分有利，M40可提高2—3%，M10稍有改善，寶鋼的生產實踐證明配型煤煉焦是適合我國實際情況的，它既改善了焦炭的冷強度和粒度組成，提高焦炭粒度均勻性及焦炭的焦炭反應性（CRI）與反應后強度（CSR），又充分利用了我國廉價的弱粘結性煤資源，極大地降低了煉焦成本。鞍鋼的生產性實驗同樣證明了這一點，同時還降低了焦炭中的灰分和硫分，為配型煤煉焦提供證據。

（二）控制入爐煤的水分：煤調濕技術是80年代開發的控制煤濕度工藝，簡稱CMC。它利用換熱回收焦爐廢熱，再把回收的熱量通過多管回轉干燥機進行熱交換，使濕煤水分控制在一個穩定的水平。由于裝爐煤水分下降，煤料的堆密度增加，降低了耗熱量，提高焦炭強度同時提高焦爐的生產能力。正常裝爐煤水分為7—12%，煤調濕技術將裝煤水分控制在6%左右，使煤料堆密度提高4—6%，焦炭強度提高1%，也使煉焦耗熱量降低197KJ/Kg，爐溫降低20—25℃，結焦時間明顯縮短。

（三）備煤新工藝：目前成熟的備煤技術有：煤預熱、煤搗固、選擇性破碎、水分控制和加入添加劑，它們對冶金焦質量有明顯的效果 （表 4）

（四）大容積焦爐煉焦：根據生產實踐統計出小容積焦爐（4.3m）與大容積焦爐（6m）生產焦炭的質量如下（表 5）

為滿足高爐新技術對焦炭質量的要求，應用大面積焦爐煉焦取代小面積焦爐煉焦。

（五）熄焦新技術

1、低水熄焦：邯鋼焦化廠已經成功應用低水熄焦，焦炭平均水分比傳統濕法熄焦降低2.5—3%，保證冶金焦水分不大于4%，降低煉鐵焦比，大大改善高爐生產操作。有關資料統計，焦炭水分每增加1%，焦比增加1—1.5%， 低水熄焦可給高爐的生產帶來巨大的經濟效益。宣鋼焦化廠兩座技改焦爐也將使用低水熄法進行熄焦。

2、干法熄焦：干熄焦是在密封的容器內給熾熱的紅焦通入惰性氣體，使紅焦緩慢冷卻，克服了傳統濕法熄焦急劇冷卻的缺點，提高焦炭的冷強度，克服濕法熄焦時焦炭內部的極大熱應力的破壞，改善焦炭的塊度和反應性。生產實踐證明，干熄焦是M40提高3—8%，M10改善0.3—0.8%，由此可看出干熄焦將是今后熄焦的主要方法。

（六）焦炭整粒：利用焦炭在篩焦，運轉過程中，增加摔打，使焦炭承受撞擊、摩擦，焦塊裂紋減少，棱角變圓，達到和調質的目的。在常規配煤的基礎上，采用焦炭整粒工藝，M40指標提高3—5%，M10指標改善0.3—0.6%，粒度均勻性系數提高0.65，25—80mm焦炭提高8—9%，>80mm焦炭降低約10%，改善現代高爐的生產操作。

（七）提高焦炭質量的技術措施如下（表6）

五、結束語

（一）焦炭質量的好壞直接影響著高爐的生產操作，二者有著一定的線性關系，隨著高爐新技術的應用，焦炭的機械強度在眾多指標中就顯得尤為重要了。焦炭質量的提高，不但減少了高爐休風時間和風口的燒損機會，保證高爐的順產，同時降低了焦比，延長了焦爐的壽命……其經濟效益是巨大的。由此可見，煉焦工序加大技術改造投入，其效益在“煉鐵”工序得到充分的實現。

（二）現代化焦爐生產優質焦炭的技術措施很多，如上（表6），其它措施如自動化加熱、搗固煉焦等，都是提高焦炭質量的有效手段，關鍵是看煉焦成本與經濟效益。如何使焦炭質量成本、高爐操作與高爐經濟效益做到有機的協調統一是我們共同面臨的課題。隨著時代技術的發展，高爐冶煉同焦炭質量將不斷得到協調和提高。