搗固焦在天鋼3200m3高爐上的應用

徐 巍，劉大為，吳敬英

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

1 引言

近年來，隨著煉焦肥煤資源日益匱乏，提高搗固焦比例有利于擴大煉焦煤資源，降低煉焦生產配煤成本。面對成本壓力，提高配加價格較低的搗固焦比例有利于降低生鐵成本[1]。天鋼3200 m3高爐有效容積3200 m3，2006年5月投產，主要工藝技術和裝備處于國內先進水平。近年來，由于優質煉焦煤的資源非常短缺,焦炭質量也呈現下降趨勢，對高爐穩定產生較大影響。為了保證高爐生產穩定順行，降低高爐煉鐵成本，天鋼開始嘗試搗固焦。但是，搗固焦在大高爐應用的案例不多，在高爐冶煉過程中的方法有待探索。搗固焦是盲腸氣孔，呈扁平狀，密度大，在高爐內反應性差，發熱量低、產生CO少，使鐵礦石間接還原度降低[2]。寶鋼和歐洲的一些高爐使用搗固焦，出現焦比和煉鐵工序能耗升高10%～15%、產量降低現象[2]。在使用搗固焦冶煉過程中，開始研究搗固焦的使用特點，以及搗固焦對高爐的影響，并探索出了相應的操作制度。

2 搗固焦的主要特點

焦炭質量是高爐冶煉穩定順行的基礎，從料線到風口，平均粒度減小20%～40%。在塊狀帶，粒度無明顯變化，在軟熔帶由于發生碳溶反應，粒度有很大的變化。因此，高爐冶煉對焦炭的質量要求最重要的一點就是要保證焦炭的強度，特別是大型高爐，料柱高，對焦炭的強度要求更高[3]，減緩焦炭在高爐內下降過程受到的摩擦和沖擊，以保證焦炭料柱骨架作用。搗固焦通過搗固壓實提高裝煤密度，其裝煤密度可達到0.95～1.15 t/m3（頂裝煉焦的裝煤密度只有0.7 t/m3左右），隨著裝煤密度的提高，焦炭的質量得到改善。在同樣的配煤條件下，搗固焦比頂裝焦反應后強度要高3%～5%。搗固焦與頂裝焦相比，搗固焦的M40和M10較好，有利于提高塊狀帶的透氣性，改善爐況的順行程度。搗固焦的反應性低，熱強度優于頂裝焦，有利于降低碳的溶損反應程度，減輕高爐爐腹以下部位焦炭的粉化，也有利于高爐強化冶煉。因此，從焦炭強度上來說，搗固焦可以滿足大型高爐冶煉要求。

3 天鋼搗固焦的主要參數

天鋼高爐所使用的焦炭全部為外購焦，表1中所列參數為2014年天鋼高爐使用各種焦炭強度和反應性等參數的平均值。從表1中可以看出，搗固焦的冷強度和熱強度指標明顯優于頂裝濕熄焦，與干熄焦接近。從搗固焦的熱強度和冷強度等指標上看，提高搗固焦的比例取代頂裝濕熄焦，有利于改善高爐的透氣性，有利于高爐的順行。

表1 2014年天鋼3200m3高爐用焦炭的技術參數

表2中所列參數為2014年天鋼高爐使用各種焦炭化學成分的平均值。從表中可以看出，搗固焦的固定碳略高于頂裝濕熄焦，水分低于頂裝濕熄焦，但高于干熄焦。頂裝濕熄焦的水分含量高波動大，搗固焦的水分低波動小。

表2 2014年天鋼高爐用焦炭的化學成分

4 天鋼高爐搗固焦冶煉的特點及制度調整

通過對搗固焦冶煉過程的逐漸摸索，基本掌握了搗固焦的冶煉特點：高爐的透氣性提高，高爐順行狀況改善，爐頂溫度高，邊緣氣流易發展等。主要是搗固焦反應性低導致礦焦比降低，高爐透氣性改善，容易接受大風量所致。根據搗固焦冶煉的特點對高爐的各項制度做出了有針對性地調整。

4.1 布料制度的調整

搗固焦的冷強度較好，有利于降低焦炭在塊狀帶的壓差，透氣性增加，容易接受大風量，邊緣氣流易發展。在操作中主要表現為爐身下部壁體活躍，渣皮脫落頻繁。布料制度調整以開放中心氣流，抑制邊緣為主，穩定煤氣分布，提高煤氣利用率。礦圈由33322調整為43322，抑制邊緣氣流，吹透中心，提高爐缸活躍性。隨著透氣性的提高，根據爐況逐步收焦圈以提高煤氣利用率，焦圈由19圈逐步收到18圈。并增加比重和焦炭負荷，促進高爐內煤氣流的合理分布，為高爐的穩定順行創造有利條件。批重由75 t逐步增加到80 t，焦炭負荷由4.68逐步增加到5.0。

4.2 送風制度的調整

搗鼓焦熱強度較好，反應性低，焦炭在高爐下部粒度保持較好，容易接受風量，有利于強化冶煉，允許使用較高的鼓風動能。送風制度的調整，以保證中心氣流，活躍爐缸，為初始煤氣流的合理分配創造條件。風口面積從0.4206 m2逐步縮小到0.4108 m2，風動能逐漸提高到 14000 kg·m/s，風量提高到6100 m3/min。為了保證高爐中心氣流穩定通暢，逐步縮小風口面積。如圖1所示，風口面積縮小后，壓差逐步降低。

4.3 造渣制度的調整

造渣制度是高爐冶煉主要操作制度之一，爐渣制度直接決定高爐鐵水質量和溫度等關鍵因素。爐渣流動性是高爐順行的主要影響因素之一。因此，造渣制度的調整要充分考慮到爐渣的流動性及其脫硫能力。搗固焦含硫量不高，平均在0.52。爐渣堿度由（1.18±0.03）調整為（1.15±0.03），含硫量平均0.83。生產實際情況說明，滿足脫硫要求且爐渣流動性較好，軟熔帶透液性增強，有利于爐況順行。

4.4 熱制度的調整

爐缸熱制度是高爐穩定順行的基礎。搗鼓焦的冶金性能比頂裝濕熄焦好，有利于保持爐缸充足的熱量需求。但天鋼原料質量波動較大，為了保證高爐的生產安全，爐缸熱量維持較高水平。物理熱控制在1500～1510℃，生鐵含硅量在0.4%～0.5%。在高爐操作上，爐缸熱制度以物理熱作為主要控制目標。提高搗鼓焦比例后，物理熱與平均值均在1500℃以上，[Si]在0.45左右，說明天鋼使用的搗鼓焦有利于保證爐缸充沛熱量。

5 應用效果

5.1 煤氣利用率的改善

如圖2所示，在使用搗固焦的過程中，通過上下部調劑等制度的調整，煤氣利用率從5月到8月逐步提高，透氣阻力指數亦呈下降趨勢。2、3月份高爐燒結礦質量出現惡化，煤氣利用平均值較低。通過天鋼高爐搗鼓焦冶煉的操作實踐，證明使用質量滿足高爐要求的搗固焦，對改善煤氣利用率是有利的。但在使用過程中，要根據高爐實際爐況，進行合理的制度調整。

5.2 高爐生產指標

高爐冶煉生產表明，2014年3月搗固焦配比由15%提高至45%。高爐燃料平均為522 kg/tFe。焦比平均在350 kg/tFe，8月份中旬至今為345 kg/tFe。從表3中可以看出，在搗固焦提高過程中，燃料比變化不大，呈下降趨勢，焦比下降較明顯。因此，搗固焦在改善高爐透氣性方面有明顯作用。

表3 天鋼3200 m3高爐2014-01—08期間部分指標

5.3 經濟效益分析

從3月到10月，搗固焦代替濕熄焦節約費用約為41.75元/t，累計消耗焦炭約600萬t，從3月到10月節約費用41.75元×600萬t×30%=751.5萬元，年綜合經濟效益約1100萬元。

6 結論

天鋼3200 m3搗固焦的應用取得了成功，且摸索出了相應的操作制度，對國內大型高爐使用搗固焦冶煉提供了應用實例。使用質量合格的搗固焦，對降低高爐透氣性，強化冶煉有明顯作用。天鋼高爐使用搗鼓焦代替部分頂裝焦進行高爐冶煉，達到了生產經濟指標，取得了顯著的經濟效益。

[1]張雙龍.大容積高爐用搗固焦的研究與應用 [J].燃料與化工，2011，42（4）：29-30.

[2]王維興． 高爐煉鐵對焦炭質量的要求及對搗鼓焦的評價[C]//2011年搗鼓焦技術、搗鼓焦質量與高爐冶煉關系學術研討會論文集.北京：中國金屬學會，2011：1-4.

[3]王戈.攀鋼高爐搗固焦冶煉生產實踐 [J].四川冶金，2010，32（3）：28-30.