高爐生產優化對高質量焦炭的新要求

張倍愷 趙陽 姬文超 胡冠宇

摘 要：鋼鐵工業一直是我國工業發展的支柱之一，隨著工業技術的不斷發展，高爐大型化、高富氧環境下的大噴煤技術都為高爐生產帶來新的大的變革。而為了應對高爐生產的不斷優化，焦炭的質量要求也有了新的變化。本文首先說明在我國鋼鐵工業中焦炭的重要性，之后就高爐優化生產對于焦炭質量的要求進行具體說明，在有已經暴露出的一些問題中進行針對性的思考，提出個人的想法，希望可以幫助我國鋼鐵工業的健康高效發展。

關鍵詞：高爐生產；高質量焦炭；鋼鐵冶煉

鋼鐵工業與焦炭的關系極為密切，上世紀90年代，焦炭生產推動了鋼鐵工業的高速發展，而現今鋼鐵高爐生產的發展又拉動焦炭質量的進一步發展。煤炭在我國能源消耗結構中占據了主體地位，因此這也決定了鋼鐵工業的生產與煤炭質量的密切相關。

一、焦炭對于高爐生產的重要性

我國的能源結構中，煤炭資源占據了主要地位，在鋼鐵工業中，使用的一次能源的80%都是煤炭。而焦炭對于鋼鐵生產的意義極為重要，是維持高爐穩定的一項關鍵性因素，其主要作用分為兩個部分：第一，化學作用。焦炭在鋼鐵冶煉的原理反應中作為將礦石中的鐵元素還原出來的還原劑，是目前進行鋼鐵冶煉的核心要素。其具體原理是，焦炭與鼓風機提供的混合氣體發生不完全氧化還原反應，混合氣體主要有二氧化碳與氫氣等還原性氣體，生成一氧化碳，因此對于焦炭參與鋼鐵冶煉的反應是一個間接還原反應。這一部分主要發生在高爐的中上部分，而一氧化碳會在高爐下部與鋼鐵冶煉原料，也就是氧化鐵礦石發生反應，得到粗制的鋼鐵粗胚。第二，物理反應。焦炭被主要放置在高爐上部，其主要需要為高爐提供足夠可靠的支撐，為高爐加熱與參與反應的氣體提供穩定通暢的氣體通道，并且在焦炭參與反應之后，還需要能夠承受料柱的重量，提供穩定支撐的同時不會出現破碎狀況，因此還需要具備一定的強度。

二、高爐生產優化對焦炭生產提出的新要求

我國現代化綠色發展對于各行各業都有了新的要求，在提高鋼鐵生產產量的同時還要努力實現生產的綠色化，消除有害排放，實現可持續發展，因此高爐生產的優化對于焦炭質量提出了新的要求。

2.1 焦炭的傳統一般要求

焦炭用于高爐生產已經有一段時間的歷史，因此已經有一個較為完善的基礎要求。其主要是對于焦炭含有的其他化學元素雜質的含量提出了新的要求。首先是對于焦炭中硫元素的含量要求。硫元素在鋼鐵生產中是一種影響極大的有害元素，而在鋼鐵生產中的主要硫元素來源就是焦炭。煤炭礦石在開采脫硫之后投入使用，但是由于技術問題，不能完全去除，因此在實際高爐生產中要根據焦炭含硫度調整爐渣堿度。其次是對于焦炭中碳元素晶向的要求，需要利用高晶度化的焦炭以降低焦炭的反應率與對于焦炭反應過后強度的提高。再就是對于焦炭灰分的要求，灰分對于鋼鐵冶煉而言具有較大危害，應當降低其灰分比例。

此外對于焦炭的物理性質也有一定的要求，這里主要指焦炭的粒度，粒度的大小對于高爐生產有著重要影響。粒度較小的焦炭會造成高爐透氣性不足，對于高爐整體運行會產生一定的危害。并且會影響煤氣在高爐內壁的均勻分布，造成高爐的熱負荷增加，不利于高爐的持續工作。

2.2 高爐生產優化條件下的新要求

我國經濟發展高速期已經過去，目前國家在依舊重視生產量的保證的同時，還對于產業的生產質量提出了新的要求，因此大型高爐生產成為高爐生產發展的主要方向，并且融入了電子計算機控制系統，傳統的焦炭評價指標已經不足以完全評估新的大型化高爐需求的焦炭質量，其要求的主要特點有如下幾點：第一，高爐大型化之后，料柱的高度也隨之擴大，這就導致高爐的透氣性更差，為了更好適應這一問題，在焦炭質量性能中加入了熱性能要求，也就是對于不同容積的高爐設置不同的焦炭質量標準，其中對于有害雜質的含量標準也降低到了3kg/t。

三、中國煉焦行業與焦炭質量存在的問題

我國焦炭煉制行業存在一些問題，這限制了我國煉焦行業的發展，為了搞好適應高爐優化生產的需求，要對這些問題需要進行分析探討。

3.1 我國煉焦行業的不完善

我國的煉焦行業存在許多問題，其中主要問題有以下幾點：第一，普遍存在的煉焦爐較小，其煉焦效率不高，并且對于環境的污染較大，低水平的技術在煉焦行業中占據了現存的三分之一。第二，煉焦副產品的回收利用不足。在行業中，許多企業的焦炭煤氣凈化的水平參差不齊，對于焦炭生產的副產品，也就是煤氣等等存在極大的浪費現象。對于一些珍貴化學元素的回收利用不足，不僅僅是一種極大的浪費，更加會對環境造成極大的危害。第三，對于煉焦產生的廢品處理不足。由于煤炭礦石存在大量的雜質，因此在進行煉焦生產之后會出現許多需要后期處理，主要是廢氣、廢水以及廢渣需要進行后期處理。但是目前的處理形式不容樂觀，對于煉焦產生的廢氣、廢水以及廢渣的處理難度較大，大部分企業對于煉焦廢棄物的處理簡單粗暴，隱藏了極大的危害。第四，焦炭生產種類不均衡，我國主要焦炭生產的種類集中在冶金與鑄造兩個方向，對于鐵合金、化工行業等等的焦炭煉制能力不足。第五，煉焦行業的煉焦煤處理技術發展不足，煉焦的原料中存在含量不等的雜質，需要在煉焦之前進行科學的加工處理，而目前的技術瓶頸導致焦炭質量的難以提高。

3.2 外部環境問題

煉焦行業涉及主要外部問題有如下三點：第一，煉焦煤資源的緊缺。我國雖然是一個煤炭大國，可開采總量達到了世界第三，但是我國的煉焦煤占比只有四分之一，而近年來我國鋼鐵工業產能不斷擴大，而由于大量中小企業的技術發展較慢，因此造成了極大的資源缺口。第二，運輸能力不足。我國的貨運鐵路設施對于煉焦煤的運輸能力發展較慢，而我國國土面積較大，煤礦區域與鐵礦區域并不重疊，因此有極大的運輸需求。第三，也因為我國的煉焦煤產地分布不均，一些區域的開采配套設施建設成本較大，例如野外開采的員工生活所需，也極大的限制了煉焦行業的發展。

四、應對煉焦行業現狀的一些思考

對于以上的一些問題，也結合我國未來的發展形勢，筆者對于高爐優化生產的條件下焦炭質量提高提出一些個人的思考，希望對于鋼鐵行業的穩定快速發展提供一定的參考價值。

對于煉焦煤基地的選擇需要注意以下幾點：第一，煤質較好，含硫量較低、含碳量較高、可加工性強；第二，地理位置，運輸位置條件優越，周邊工人生活成本不高。第三，其中煤的種類結構均勻，主焦煤、肥煤、氣煤、瘦煤、1/3焦煤等等各部分達到較為優化的配比。

再有就是對于原料煤的粉碎優化處理，通過將原料煤進行科學的處理，可以有效幫助提升焦炭的質量。在進行焦炭生產之前將各種類的煤原料進行區別粉碎處理，對于硬度較大的煤炭礦石需要進行細粉碎處理，而硬度較低的要處理成為一些較大顆粒，提升煤的結焦性，減少焦炭的裂紋。

五、結語

鋼鐵工業是我國主要實體產業的重要支柱，對于我國經濟的高質量穩定發展而言有著極為重要的意義。我國鋼鐵工業的發展促進了高爐生產的優化升級，這對于鋼鐵所需的焦炭原料提出了一些新的要求。面對新的要求，需要重視科學分析，積極探索，取得更好的發展。

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