淺談龍鋼高爐焦炭生產(chǎn)應(yīng)用實踐
薛偉峰 李斌宜 王榮利
（陜鋼集團(tuán)龍鋼公司煉鐵廠，陜西韓城，715405）
摘要：通過對龍鋼煉鐵廠高爐所使用焦炭的冷態(tài)、熱態(tài)性能進(jìn)行分析，并結(jié)合焦炭在高爐生產(chǎn)中的理論知識，分析了焦炭對高爐生產(chǎn)的影響，焦炭質(zhì)量直接影響高爐產(chǎn)量及各項指標(biāo)明顯得到提升。
關(guān)鍵詞：高爐；焦炭；性能；冶煉
1 概述
龍鋼煉鐵廠擁有燒結(jié)機(jī)3座，265m²燒結(jié)機(jī)1座、400m²燒結(jié)機(jī)1座、450m²燒結(jié)機(jī)1座；擁有高爐5座，1280 m3高爐2座、1800 m3高爐3座；球團(tuán)礦豎窯2座，12 m²豎窯1座、16 m²豎窯1座。高爐焦炭主要使用附近海燕焦廠、煤化焦廠和中匯焦廠三家焦炭，補(bǔ)充附近部分山西區(qū)域焦炭，供應(yīng)焦炭為一級焦炭。海燕、中匯焦炭、山西區(qū)域焦炭以汽運(yùn)方式進(jìn)購、煤化焦炭以管帶方式進(jìn)購。汽運(yùn)按天分類分垛堆放，管帶按筒倉順行進(jìn)購。高爐焦炭用料制度標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行“大高爐優(yōu)于小高爐、按品種廠家分倉供應(yīng)高爐”的原則。
隨著高爐提高富氧、噴煤的強(qiáng)化冶煉措施后，高爐的冶煉發(fā)生了很大變化，一個突出的問題表現(xiàn)為對焦炭的骨架作用要求更高。隨著煤比不斷提高，焦炭負(fù)荷越來越重，焦炭的冶金性能及質(zhì)量越來越顯得很重要。分析高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升，離不開焦炭質(zhì)量的提高，表1為煉鐵廠2019年產(chǎn)量及技術(shù)指標(biāo)。
表1 煉鐵廠2019年產(chǎn)量及技術(shù)指標(biāo)
|
月份 |
生鐵產(chǎn)量ｔ |
利用系數(shù)t/m3d |
燃料比kg/tFe |
入爐焦比kg/tFe |
噴煤比kg/tFe |
焦炭 負(fù)荷t/t |
冶煉強(qiáng)度t/m3d |
生鐵Si % |
煤氣利用率% |
風(fēng)溫℃ |
富氧率% |
|
1月 |
570955 |
2.64 |
538 |
389 |
149 |
4.34 |
1.59 |
0.45 |
46.94 |
1161 |
2.47 |
|
2月 |
675082 |
2.74 |
531 |
379 |
152 |
4.37 |
1.63 |
0.43 |
47.20 |
1183 |
2.63 |
|
3月 |
604888 |
2.71 |
534 |
389 |
145 |
4.29 |
1.64 |
0.42 |
46.97 |
1185 |
2.69 |
|
4月 |
660001 |
2.71 |
528 |
379 |
149 |
4.39 |
1.65 |
0.42 |
47.11 |
1179 |
2.70 |
|
5月 |
650788 |
2.75 |
521 |
375 |
146 |
4.42 |
1.64 |
0.38 |
47.20 |
1184 |
2.68 |
|
6月 |
643694 |
2.63 |
532 |
378 |
153 |
4.42 |
1.61 |
0.41 |
46.83 |
1185 |
2.69 |
|
7月 |
638913 |
2.70 |
522 |
373 |
150 |
4.46 |
1.62 |
0.38 |
47.03 |
1187 |
2.88 |
|
8月 |
677111 |
2.74 |
519 |
369 |
150 |
4.48 |
1.64 |
0.36 |
47.29 |
1185 |
2.86 |
|
9月 |
690074 |
2.80 |
518 |
368 |
150 |
4.47 |
1.67 |
0.37 |
47.36 |
1187 |
3.09 |
|
10月 |
651514 |
2.75 |
521 |
373 |
149 |
4.45 |
1.65 |
0.38 |
47.25 |
1187 |
3.09 |
|
11月 |
670597 |
2.73 |
514 |
371 |
143 |
4.44 |
1.62 |
0.39 |
47.19 |
1178 |
3.11 |
|
12月 |
644781 |
2.72 |
525 |
379 |
148 |
4.36 |
1.66 |
0.40 |
47.12 |
1181 |
2.86 |
2 焦炭在爐內(nèi)的作用及變化
2.1 焦炭在爐內(nèi)的作用
焦炭在爐內(nèi)的作用有：（1）作為燃料，提供熱量；（2）作為還原劑和滲碳劑；（3）作為料柱骨架。高爐采用噴吹燃料技術(shù)以來，焦炭已不是高爐唯一的燃料，風(fēng)溫水平的提高，高爐熱量收入中焦炭燃燒所占比例也顯著減少；焦炭作為還原劑和滲碳劑的作用不變；但隨焦比降低，焦炭作為料柱骨架、保證滲碳性的作用顯得更加重要。
2.2焦炭在爐內(nèi)的變化
焦炭在爐內(nèi)的塊狀帶變化不大；自爐身中部開始，焦炭平均粒度變小、強(qiáng)度變差。造成焦炭在高爐內(nèi)劣化的主要因素有：機(jī)械破壞作用、高溫?zé)釕?yīng)力、碳熔反應(yīng)、堿金屬的侵蝕等。
3 焦炭的冶金性能
焦炭的冷態(tài)性能（M25、M10）是評價焦炭性能的一項重要指標(biāo)，它模擬的是焦炭在爐內(nèi)塊狀帶的行為，反映爐內(nèi)該區(qū)域焦炭的機(jī)械強(qiáng)度；焦炭的熱態(tài)性能（CRI、CSR）模擬的是焦炭在爐內(nèi)中部的行為。表2為高爐2019年所用主流焦炭質(zhì)量指標(biāo)。
表2 高爐2019年主流焦炭質(zhì)量指標(biāo)
|
月份 |
廠家 |
水分 |
灰分 |
揮發(fā)分 |
固定碳 |
硫 |
M25 |
M10 |
CRI |
CSR |
|
1月 |
海燕 |
5.04 |
12.22 |
1.16 |
86.66 |
0.73 |
93.12 |
4.93 |
29.10 |
62.87 |
|
煤化 |
2.74 |
13.01 |
1.01 |
86.02 |
0.77 |
94.21 |
4.07 |
30.43 |
60.47 |
|
|
2月 |
海燕 |
6.66 |
12.22 |
1.15 |
86.66 |
0.74 |
93.01 |
5.57 |
28.04 |
63.55 |
|
中匯 |
8.33 |
12.33 |
1.17 |
86.51 |
0.73 |
91.58 |
5.64 |
32.13 |
59.17 |
|
|
煤化 |
2.35 |
13.00 |
1.04 |
85.99 |
0.76 |
94.70 |
4.10 |
27.13 |
65.36 |
|
|
3月 |
海燕 |
6.15 |
12.26 |
1.24 |
86.53 |
0.71 |
93.29 |
5.17 |
29.10 |
62.79 |
|
中匯 |
7.69 |
12.37 |
1.25 |
86.39 |
0.72 |
91.32 |
5.80 |
32.97 |
59.36 |
|
|
煤化 |
3.25 |
12.99 |
1.09 |
85.96 |
0.75 |
94.39 |
4.13 |
27.56 |
65.13 |
|
|
4月 |
海燕 |
5.91 |
12.24 |
1.23 |
86.54 |
0.73 |
93.23 |
4.96 |
28.62 |
63.57 |
|
中匯 |
5.43 |
12.34 |
1.20 |
86.47 |
0.74 |
92.01 |
5.24 |
29.83 |
63.72 |
|
|
煤化 |
2.71 |
12.96 |
1.12 |
85.96 |
0.75 |
94.10 |
3.97 |
28.69 |
63.92 |
|
|
5月 |
海燕 |
5.21 |
12.24 |
1.22 |
86.53 |
0.75 |
92.80 |
5.01 |
29.20 |
62.82 |
|
中匯 |
5.70 |
12.19 |
1.28 |
86.52 |
0.75 |
91.42 |
5.59 |
30.14 |
61.57 |
|
|
煤化 |
3.97 |
12.92 |
1.10 |
86.00 |
0.75 |
90.26 |
4.24 |
30.48 |
62.83 |
|
|
6月 |
海燕 |
8.95 |
12.37 |
1.26 |
86.32 |
0.73 |
92.79 |
5.36 |
28.44 |
64.09 |
|
中匯 |
7.13 |
12.47 |
1.22 |
86.27 |
0.73 |
91.43 |
6.27 |
27.26 |
66.76 |
|
|
煤化 |
4.75 |
12.96 |
1.09 |
85.93 |
0.73 |
93.68 |
4.70 |
27.28 |
65.61 |
|
|
7月 |
海燕 |
6.34 |
12.27 |
1.23 |
86.39 |
0.72 |
92.77 |
5.38 |
29.48 |
63.26 |
|
中匯 |
6.12 |
12.34 |
1.20 |
86.39 |
0.73 |
91.61 |
5.94 |
28.41 |
65.21 |
|
|
煤化 |
3.61 |
12.74 |
1.06 |
86.17 |
0.71 |
93.66 |
4.61 |
28.18 |
64.50 |
|
|
8月 |
海燕 |
5.32 |
12.29 |
1.25 |
86.34 |
0.73 |
92.33 |
5.61 |
29.65 |
62.82 |
|
中匯 |
6.05 |
12.24 |
1.19 |
86.44 |
0.72 |
91.75 |
5.61 |
29.11 |
64.73 |
|
|
煤化 |
2.10 |
12.76 |
1.04 |
86.14 |
0.72 |
93.64 |
4.68 |
29.17 |
62.92 |
|
|
9月 |
海燕 |
6.87 |
12.23 |
1.32 |
86.38 |
0.72 |
92.48 |
5.15 |
28.50 |
64.72 |
|
中匯 |
6.49 |
12.19 |
1.32 |
86.40 |
0.73 |
91.79 |
5.42 |
29.90 |
63.70 |
|
|
煤化 |
3.06 |
12.83 |
1.20 |
85.95 |
0.74 |
93.44 |
4.76 |
28.08 |
63.99 |
|
|
10月 |
海燕 |
5.60 |
12.40 |
1.32 |
86.21 |
0.72 |
92.38 |
5.24 |
28.42 |
65.33 |
|
中匯 |
6.92 |
12.37 |
1.35 |
86.25 |
0.72 |
91.99 |
5.20 |
29.43 |
64.13 |
|
|
煤化 |
3.74 |
12.77 |
1.17 |
86.04 |
0.69 |
92.98 |
5.32 |
29.50 |
61.30 |
|
|
11月 |
海燕 |
5.85 |
12.21 |
1.32 |
86.48 |
0.72 |
92.54 |
5.09 |
27.67 |
65.57 |
|
中匯 |
5.77 |
12.48 |
1.31 |
86.21 |
0.72 |
91.79 |
5.22 |
29.42 |
63.94 |
|
|
煤化 |
3.37 |
12.94 |
1.11 |
85.98 |
0.74 |
93.57 |
4.55 |
30.67 |
59.26 |
|
|
12月 |
海燕 |
5.03 |
12.03 |
1.32 |
86.70 |
0.74 |
92.98 |
4.93 |
25.98 |
67.88 |
|
中匯 |
6.29 |
12.45 |
1.37 |
86.22 |
0.73 |
91.80 |
5.30 |
28.54 |
65.16 |
|
|
煤化 |
2.43 |
12.81 |
1.08 |
86.15 |
0.75 |
93.53 |
4.50 |
28.48 |
61.63 |
從表2可見：（1）焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度波動范圍大，而M25、M10波動范圍較小，幾乎反映不出焦炭強(qiáng)度的變化；（2）焦炭冷態(tài)性能與熱態(tài)性能沒有相關(guān)關(guān)系，說明影響焦炭的因素在爐內(nèi)上部和中部是不全相同的。
4 焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響
4.1 焦炭水分對高爐冶煉的影響
焦炭水分的波動勢必引起稱量不準(zhǔn)而影響高爐爐況的穩(wěn)定，并導(dǎo)致鐵水中硅、硫含量的變化。水分過高，焦沫粘附在焦塊上，影響焦炭篩分并隨焦塊帶入爐內(nèi)；如果焦沫不能全部隨煤氣吹出，將影響高爐透氣性和透液性，嚴(yán)重時造成爐缸堆積。
從龍鋼高爐生產(chǎn)實踐過程分析，焦炭水分控制4.0%以下時，對高爐冶煉影響不大；焦炭水分超過4.0%時，則高爐布袋灰量及布袋灰含碳量明顯上升，高爐順行穩(wěn)定性差。
4.2 焦炭灰分對高爐冶煉的影響
焦炭在高爐內(nèi)被加熱至高于煉焦溫度時，由于焦質(zhì)與灰分的熱膨脹性不同，沿著灰分顆粒周圍產(chǎn)生碎裂，含粉增加。焦炭的灰分與強(qiáng)度幾乎成現(xiàn)性關(guān)系，即灰分增加，強(qiáng)度下降。
從表2可見，焦炭灰分逐步降低，焦炭的熱態(tài)則逐步提高，而高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也逐步提升。煤化焦炭灰分超出龍鋼公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步降低，高爐可獲得更高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
4.3 焦炭揮發(fā)分對高爐冶煉的影響
焦炭的揮發(fā)分含量影響焦炭的耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度。揮發(fā)分高，焦炭氣孔壁材質(zhì)疏松，耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度就低；揮發(fā)分低，焦炭氣孔壁材質(zhì)致密，耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度就高。焦炭的揮發(fā)分含量與煉焦最終溫度有關(guān)，是焦炭成熟程度的標(biāo)志；提高煉焦最終溫度與延長燜爐時間，使結(jié)焦后期的熱分解與熱縮聚程度增強(qiáng)，使焦炭揮發(fā)分含量降低，從而改善焦炭的質(zhì)量。
從表2可見，海燕、煤化、中匯焦炭揮發(fā)分含量控制在1.30%以下，能滿足高爐生產(chǎn)的要求。
4.4 焦炭冷態(tài)性能對高爐冶煉的影響
焦炭的耐磨強(qiáng)度（M25）和破碎強(qiáng)度（M10）是反映焦炭冷態(tài)性能的重要指標(biāo)。冷態(tài)性能好的焦炭，即較高的（M25）和較低的（M10），可以保證入爐焦炭有較好的粒度組成和較低的含沫量，有利于提高高爐塊狀帶的透氣性，改善高爐爐況順行程度。入爐含沫量低，還可改善爐缸工作狀況。高爐目前不斷追求強(qiáng)化冶煉，十分重視焦炭的熱態(tài)性能，但冷態(tài)性能也不能忽視而且也十分重要。隨著焦炭負(fù)荷的不斷增加，改善塊狀帶透氣性也是突出的問題。
從表2可見，海燕、煤化、中匯焦炭耐磨強(qiáng)度（M25）控制在92%以上、破碎強(qiáng)度（M10）控制在6%以下，能滿足高爐生產(chǎn)的要求。
4.5 焦炭熱態(tài)性能對高爐冶煉的影響
焦炭的反應(yīng)性（CRI）反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）是評價焦炭熱態(tài)性能的重要指標(biāo)；CRI是指焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性，CSR是指焦炭在爐內(nèi)的高溫強(qiáng)度。CSI越低、CSR越高，焦炭的熱態(tài)性能就越好，在爐內(nèi)支撐料柱的作用就越強(qiáng)。
從表2和龍鋼高爐生產(chǎn)實踐過程分析，焦炭的熱態(tài)性能逐步提高，高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到逐步提升。高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)一步突破，還需提高焦炭的熱態(tài)性能。
5結(jié)語
（1）龍鋼高爐對焦炭的認(rèn)識經(jīng)歷了由重視冷態(tài)性能到同時重視熱態(tài)性能的轉(zhuǎn)變，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提升很大程度上歸功于焦炭熱態(tài)性能的改善。
（2）焦炭質(zhì)量及性能的波動對高爐冶煉的影響不可忽視。
（3）高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)一步突破，需降低主流焦炭的水分、灰分，以及提高主流焦炭的熱態(tài)性能。
參考文獻(xiàn)
[1] 周傳典 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M]，北京：冶金工業(yè)出版社.