提高焦炭抗碎強度M40的實踐

張智勇 高立東 張化強 高鋒林 向海飛

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

根據國內外高爐生產實踐證明，高爐越大，噴煤比越高，對焦炭的質量要求越高，尤其焦炭強度，原因在于：高煤比低焦比的操作導致礦焦比上升，焦炭在高爐內的停留時間延長，使焦炭在高爐內軟熔帶和滴落帶的骨架支撐作用進一步突出。如果采用質量較差的焦炭，則焦炭熔損加快，粉化潰裂加劇，焦炭塊度變小顯著，使得高爐的透氣性變差，最終影響高爐順行［1］。

1 概況

安鋼焦化廠所用煉焦煤資源主要為山西、河北邯邢、河南平頂山、鶴壁及安陽本地的洗精煤，煤種有1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等。備煤生產工藝為先配后粉，2012年以前為露天儲煤場，2012年以后為煤罐儲煤，煤罐具備儲配一體化，每個煤罐設計儲存能力為1萬噸。焦爐均為頂裝焦爐，2012年生產焦爐有8座，其中第三煉焦2座焦爐配有75 t/h干熄焦、第四煉焦2座焦爐配有140 t/h干熄焦，老煉焦為濕法熄焦。另有第五煉焦在建大容積焦爐2座，配有190 t/h干熄焦。

2 存在問題及原因分析

焦化在建大容積焦爐是煉鐵在建大容積高爐配套項目，為保證大容積高爐順利投產，及投產后穩定順行，公司組織相關技術人員結合國內同類型高爐指標要求及安鋼實際情況，對大容積高爐投產所需焦炭，提出具體質量指標要求。從焦化廠生產情況看，即使大容積焦爐投產后，生產焦炭抗碎強度M40也很難達到要求。具體見表1。

表1 大容積高爐對焦炭要求與2011年各系統焦炭質量平均值

由表1可以看出，各煉焦系統生產的焦炭熱強度及硫分控制均較好，但灰分、耐磨強度M10、抗碎強度M40均達不到要求，尤其抗碎強度M40差距較大。按此推算大容積焦爐投產后，通過調整配比等手段，焦炭灰分、耐磨強度M10能夠達到生產要求，焦炭M40很難達到88.00%以上。為了能夠保證大容積高爐順利投產，及投產后穩定順行，針對焦炭M40現狀，對可能影響到M40的因素進行了分析，經過比對試驗后，認為主要存在以下幾方面問題：

2.1 配合煤細度不合理

煉焦煤的粒度對焦炭影響十分復雜，不同細度的配合煤，隨著配煤細度的增加，焦炭的強度隨之改善;但當配煤細度達到一定程度后，隨著細度的繼續增加，焦炭的強度呈劣化趨勢。分析認為：配煤細度過低時，煤顆粒較大，特別是黏結性差的煤粒度較大，運輸及裝爐過程中易偏析，且煤中粒度不均衡，導致配煤質量不均勻，引起焦炭內部結構不均一，焦炭強度降低。細度過高時，煤中的活性成分被細粉碎，不僅降低了黏結煤的活性粒子作用，而且增加了非活性粒子的比表面，使煤料的黏結性下降。并且過細煤料的堆比重下降，導致煉焦過程中煤粒間的熔融程度不充分，所煉焦炭結構不致密，孔隙增多，從而導致焦炭強度下降［2］。

焦化各企業因工藝裝備差異等，實際生產中煉焦煤細度控制不一。安鋼隨著新焦爐投產，產能不斷提升，但配煤系統投產多年未作調整，所以出現粉碎機能力不足，造成入爐煤細度偏低，盡管對粉碎機經過多次改進，細度勉強提高到73% ～75%，但煤的粒級組成又極不合理，其中≥10 mm比例偏高，一般情況下在5% ～8%，個別時間段達到10%，并且還有少部分≥15 mm顆粒，能夠占到1% ～3%左右。

2.2 焦炭灰分偏高

灰分是焦炭中有害的物質，在煉焦時不熔融，不粘結，也不收縮，往往不易破碎，因此，在煉焦時它除了耗用額外的熱量外，較大的粗粒還會在焦炭內形成裂紋中心，原因是焦炭中的礦物質主要來自煤的灰分，礦物質均為惰性物，比焦炭多孔體有6～10倍的體積膨脹系數，當焦炭多孔體在高溫下收縮時，灰分顆粒卻具有方向與收縮應力相反的膨脹力，于是產生以此為中心的放射性裂紋，從而降低焦炭的機械強度［3］。焦化企業在實際生產中都盡可能降低焦炭灰分，行業先進企業基本控制在12.5%以下，2012年鋼協統計，焦化行業焦炭灰分平均12.55%，但安鋼焦炭灰分均值13.0%左右，部分月份甚至達到13.5%以上，焦炭灰分明顯偏高，與先進企業比差距較大。

2.3 進廠煤多為混洗煤

在備煤和煉焦工藝條件固定的情況下，煉焦煤的性質對焦炭質量影響起重要因素。由于洗煤廠為追求利益最大化，部分洗煤廠在入洗原煤前，先將兩種以上廉價資源混配成煤質指標達到高價煤品種，而且每批入洗原煤并不嚴格按照固定比例混配，根本起不到所標牌號應有作用。安鋼進廠焦煤、肥煤、1/3焦煤、瘦煤四大煤種中，肥煤和主焦煤有超過50%為復雜混洗煤，單一煤層煤比例不足20%。盡管配煤比中焦煤和肥煤所占比例達到70%以上，有時甚至達到80%，但從煤巖檢測發現實際焦煤和肥煤比例很低，并且有非煉焦煤配入情況。

2.4 配合煤組成存在缺陷

對配合煤煤巖擬合發現，配合煤鏡質組平均最大反射率都在1.1%左右，且鏡質組反射率分布圖都在1.5%左右有一明顯凹口。從使用主要單種煤的鏡質組反射率分布圖發現，所有煉焦煤的鏡質組反射率都缺少在1.5%左右的份額，因此配合煤的鏡質組反射率分布圖在1.5%左右出現凹口是必然的，這意味著使用的煉焦煤缺少優質瘦焦煤品種。配合煤反射率分布如圖1所示。

圖1 配合煤反射率分布

3 采取措施

3.1 改善配合煤細度

2012年安鋼建設了以儲配一體煤罐為主新配煤系統，配煤生產能力能夠完全滿足生產需要，生產的配合煤中≥10 mm比例控制到3%左右，≥15 mm的幾乎為零。并經過小焦爐比對試驗后，對配合煤細度進行了調整，提高到78% ～80%。配合煤粒級組成調整前后對比見表2。

表2 配合煤調整前后粒級組成對比

3.2 降低焦炭灰分

采取多項措施降低焦炭灰分。①利用煤炭市場相對寬松有利條件，尋找開發低灰分煤，尤其高硫煤，要保證灰分低。②進廠煤盡可能直接入罐，避免落地，減少二次污染。③調整輔助煤配入方向，安鋼進廠煤灰分由高到底排序依次為肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤，減少輔助煤種瘦煤，相應增加輔助煤種1/3焦煤。通過以上幾點措施，焦炭灰分均值成功由13.0%降低到12.5%以下。

3.3 逐步取消混洗煤

利用煉焦煤市場相對寬松的有利條件，適時將煤巖指標納入進廠煤管理，并且標方差和巖相圖等列入合同考核，對于混洗煤加大降價幅度，尤其是復雜混洗煤。同時為鼓勵供煤戶供單一煤層煤，在合同上也相應增加了優惠條款。進廠煉焦煤復雜混洗煤比例逐步降低，目前基本杜絕了進廠煤有復雜混洗現象。

3.4 開發尋找瘦焦煤和低揮發分肥煤

根據配合煤擬合煤巖圖缺陷，在市場上尋找瘦焦煤和揮發分25% ～28%肥煤，彌補煤巖圖凹口，通過增加這兩種煤采購及配比，使配合煤反射率曲線平滑完整，目前煤巖圖成正態連續分布，無明顯凹口。改善后配合煤反射率分布如圖2所示。

4 效果

圖2 改善后配合煤反射率分布

2012年通過一系列措施實行，安鋼焦炭抗碎強度M40得到顯著提高，2013年相比2011年，老煉焦提高1.75%，第三煉焦提高3.12%，第四煉焦提高3.32%;2013年第五煉焦投產后焦炭抗碎強度M40始終保持在89.00%以上，并且其它指標也都達到要求。具體見表3。

表3 2013年第五煉焦大容積焦爐焦炭質量平均值

5 結語

實踐表明，通過對配煤部分工藝及參數調整等措施，使焦炭抗碎強度M40得到顯著提高，為后道工序的大容積高爐開爐順產提供了保證。

［1］ 周師庸.高爐焦炭質量指標探析［J］.煉鐵，2002，21(6)：22-25.

［2］ 張艷麗.不同細度煤對焦炭質量的影響［J］.四川冶金，2007，29(2)：34-36.

［3］ 周師庸，趙俊國.煉焦煤性質與高爐焦炭質量［M］.北京：冶金工業出版社，2005：56-90.