焦炭在高爐煉鐵中的地位和作用

焦炭在高爐煉鐵中的地位和作用焦炭在高爐煉鐵中是不可缺少的爐料，對高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步的影響率在30%以上，在高爐煉鐵精料技術(shù)中占有重要的地位。焦炭對高爐煉鐵的作用是：主要的熱量來源。高爐煉鐵炭素(包括焦炭和煤粉)燃燒所提供的熱量，占高爐煉鐵總熱量來源的71%。隨著噴煤比的提高，焦炭用量在逐步減少。但是，焦炭的用量總是要大于噴煤量。理論最低焦比為250kg/1,焦炭在風(fēng)口燃燒掉55%?65%。還原劑。焦炭還原作用是以C和CO形式來對鐵礦石起還原作用。爐料到風(fēng)口焦炭溶反應(yīng)為25%?35%。生鐵的溶碳。在高爐煉鐵過程中焦炭中的碳是逐步滲透到生鐵中。一般鑄造生鐵含碳%左右，煉鋼生鐵在%左右。生鐵滲碳消耗焦炭7%?10%。爐料的骨架作用。焦炭在高爐內(nèi)是起骨架作用，支撐著煉鐵原料(燒結(jié)礦，球團(tuán)礦，天然塊礦)，又起到煤氣的透氣窗作用。焦炭的4種作用中，提供熱源的主導(dǎo)作用不會改變，這就決定3個理論焦比最低值。低于這個最低值，高爐煉鐵就難以正常生產(chǎn)，或經(jīng)濟(jì)上就不合算了。在各種條件下高爐煉鐵中碳的還原作用和滲碳功能不會有較大的變化。在高噴煤比條件下，焦炭的骨架作用會顯得更加突出，相應(yīng)對焦炭的質(zhì)量要求也會越來越高。否則，是難以實(shí)現(xiàn)高噴煤比，高爐煉鐵不能正常生產(chǎn)。焦炭從料線到風(fēng)口平均粒度減少20%?40%。劣質(zhì)焦炭和熱反應(yīng)性差粉化率會很大。寶鋼高爐缸內(nèi)的焦炭粒度可達(dá)33mm。高爐煉鐵對焦炭質(zhì)量的要求各國根據(jù)資源條件，高爐煉鐵要求的焦炭質(zhì)量是有較大差別(詳見表1)。但是，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的焦炭質(zhì)量是明顯優(yōu)于中國，這是這些高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于中國的重要原因。表1各國冶金焦炭質(zhì)量情況指標(biāo)中國美國德國瑞典韓國英國日本荷蘭法國俄羅斯

I級II級III級Garg蒂森SSAB浦項(xiàng)含硫S,1%W塊度，mm25?7525?7025?60M40,%三三三84DI>80M25290M10,%W6灰分，%**81091010水分，%>±>±25?40mm<美國Gary廠焦炭的揮發(fā)份為%,德國蒂森和瑞典SSAB分別為%和％。我們認(rèn)為，焦炭的揮發(fā)份應(yīng)控制在%?%為宜。過高會有生焦存在，焦炭強(qiáng)度差；過低是由于煉焦過火的原因，這時焦炭裂紋多，易碎。高爐大型化以后對焦炭質(zhì)量提出了高要求，并對焦炭熱性能有要求高爐大型化以后，料柱增高后，料的壓縮率提高了，透氣性變差。特別是爐缸容積變大以后，爐缸的焦炭狀態(tài)對高爐生產(chǎn)的影響更大了。煉鐵工作者希望對不同容積高爐焦炭有不同的質(zhì)量，詳見表2。焦炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)有熱性能的要求。焦炭含有K20+Na20有害雜質(zhì)含量小于t。表2不同容積高爐對焦炭質(zhì)量要求爐容,m310002000300040005000M40,%三78三82三84三85三86M10,%W**反應(yīng)后強(qiáng)度CSR,%5860636566反應(yīng)后指數(shù)CRI,%2826252525灰分,％硫分,％WWWWW粒度,mm20?7525?7525?7525?7530?75大于上限,％W10W10W10W10W10小于下限,％W8W8W8W8W82焦炭質(zhì)量變化對高爐煉鐵的影響表3焦炭質(zhì)量對高爐煉鐵的影響焦炭質(zhì)量變化燃料比生鐵產(chǎn)量高爐利用系數(shù)渣量增加灰分+%+1%?2%-2%?-3%%?％硫分+%+%?％-2%?-5%水分+%+%?％-2%?-5%M40+1%t+%-7Kg從表3可看出焦炭質(zhì)量變化對高爐煉鐵的影響是比較大的。通過洗煤可以降低煤炭中的灰分和硫分，采用干法熄焦可以降低焦炭的水分，提高主焦煤的配比和條取綜合技術(shù)裝備可以改善焦炭的M40和M10指標(biāo)。從技術(shù)上講上述措施均是可行的。但是要把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)管理相結(jié)合，找出最佳操作點(diǎn)，同時還要考慮到資源供給的條件。所以各企業(yè)要根據(jù)客觀條件，本企業(yè)技術(shù)裝備現(xiàn)狀，科學(xué)、合理地提出不同時期不同爐容的高爐對焦炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)辦法1資源條件的制約據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤炭資源保有儲量為10070億噸，其中可開采儲量為1891億噸，但煉焦煤的儲量占全國煤炭貯量的%，主要煉焦煤種（焦煤和肥煤）的儲量又在煉焦煤儲量的40%以下。所以，僅靠提高主焦煤的配比來提高焦炭質(zhì)量是不科學(xué)，也不經(jīng)濟(jì)的。現(xiàn)在我國焦炭生產(chǎn)能力已超過3億噸。2006年上半年全國規(guī)模以上煉焦企業(yè)共生產(chǎn)焦炭億噸，同比增長%。按這種發(fā)展態(tài)勢估計(jì)，我國煉焦煤資源很快就會出現(xiàn)供應(yīng)緊張的局面。所以，我們應(yīng)依靠煉焦科技進(jìn)步，逐步減少主焦煤的配比，而又不影響焦炭質(zhì)量，甚至有所提高，才能實(shí)現(xiàn)我國煉焦工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。建立合理的煉焦煤基地和優(yōu)化配煤焦灰質(zhì)量的優(yōu)劣主要取決于煉焦煤的性質(zhì)。所以，合理選擇煉焦煤基地是保障焦炭質(zhì)量的首要措施。煉焦煤基地的理想條件是：煤質(zhì)好（含碳高，灰分少，含硫低，可磨和可選性好，強(qiáng)粘接性好等）、性能穩(wěn)定，供應(yīng)量穩(wěn)定，價格適中，爭取運(yùn)距短等。能夠?qū)崿F(xiàn)主焦煤、肥煤、氣煤、瘦煤，1/3焦煤（或氣肥煤）等煤種的優(yōu)化配置。最終煉焦煤的揮發(fā)在25%?30%，膠質(zhì)層厚度Y值為14?18mm,奧亞膨脹度b>20%,基氏流動度MF為50?100ddpm,在配合煤有足夠的粘結(jié)性時還要配入軟固溫度區(qū)間較大的煤，煤巖相組分比例要適當(dāng)（在平均最大反射率RmaxV時，惰性組分為25%?32%；在平均最大反射率Rmax>時，惰性組分為25%?30%），煤的灰分、硫分、磷含量、K2O和Na2O的含量均要符合要求。一般強(qiáng)粘接性煤配比在55%?60%。優(yōu)化煤的粉碎工藝煉焦用煤的粉碎和粒度組成對焦炭質(zhì)量影響較大。不應(yīng)當(dāng)把各種煤先混合再去粉碎，要根據(jù)不同煤種（巖相組成的硬度差異），按不同粒度要求進(jìn)行粉碎和篩分（可使用機(jī)械或風(fēng)力）。對于硬度較高的氣煤等煤種要細(xì)破碎，對于易粉碎的焦煤和肥煤可有較大的粒度。不同煤種，分組進(jìn)行粉碎，提出不同粒度要求，這叫做選擇粉碎煤工藝。這種工藝能夠提高煤的結(jié)焦性和減少焦炭裂紋，進(jìn)而提高焦炭質(zhì)量。要通過試驗(yàn)，優(yōu)化出本企業(yè)的最佳配氣煤度的方案，來指導(dǎo)煉焦優(yōu)化生產(chǎn)。我國煉焦配煤中難破碎的氣煤配比較高，要重視對氣煤的細(xì)粒度要求，是可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。我國已開發(fā)出不同煤種配煤后焦炭性能預(yù)測的軟件。煤的調(diào)濕煤的調(diào)濕是將煤在裝爐之前除掉一部分水分，并要保證水分低，且穩(wěn)定。一般控制水分在6%左右。脫濕有顯著的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，同時可以提高焦炭質(zhì)量。如煤的水分能穩(wěn)定在6%左右，其焦炭產(chǎn)量可提高%，裝爐密度可提高4%—7%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)D150提高%—%。煤脫濕可使用流化床技術(shù)，用焦?fàn)t煙道氣與濕煤進(jìn)行熱交換；也可以使用干熄焦發(fā)電機(jī)抽出的蒸汽為熱源，在回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)（多管）內(nèi)間接熱交換配添加劑在煉焦煤中適量配入粘結(jié)劑、抗裂劑等非煤添加劑，可以改善煤的結(jié)焦性能。配入粘結(jié)劑工藝適用于低流動性的弱粘結(jié)性的煤種，可以改善焦炭的機(jī)械強(qiáng)度和焦炭的反應(yīng)性。抗裂劑使用工藝適用于高流動性的高揮發(fā)性煤種，可增大焦炭塊度，提高強(qiáng)度、改善焦炭氣孔結(jié)構(gòu)，提高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度。我國一些焦化廠用無煙煤（或焦粉）作為抗裂劑，其技術(shù)要求是尋找最佳粒度、配量、混勻方法等。這樣可以擴(kuò)大煉焦煤源或減緩半焦收縮，增大焦炭塊度。煤的搗固把煤搗固，使其密度提高到950—1150kg/m3，可使焦炭M40提高1%—6%,M10降低2%—4%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR，提高1%—6%。在焦炭質(zhì)量變化不大的條件下，煤搗固可以多配5%—20%弱粘結(jié)性的氣肥煤、氣煤，這樣可少用主焦煤。煤搗固的方法，一般是在焦?fàn)t外進(jìn)行。將煤壓塊狀（可方型、長型、球型等）。與散狀煤料混合裝入焦?fàn)t，可提高裝爐煤料的密度。當(dāng)配入30%?50%的型煤時，其煤的密度可達(dá)800kg/m3,可以顯著改善焦炭質(zhì)量，同時可以允許增加10%?15%的弱粘結(jié)性煤的用量。結(jié)焦速度和悶爐降低結(jié)焦速度和悶爐都是延長結(jié)焦時間。對于粘結(jié)性能好的煤，延長結(jié)焦時間可以提高焦炭的強(qiáng)度。其機(jī)理是：焦餅在焦?fàn)t內(nèi)成熟之后，再經(jīng)過一段時間悶爐，達(dá)到提高焦炭質(zhì)量的目的。實(shí)踐表明，延長結(jié)焦時間1小時，可提高焦炭M401%。干熄焦采用惰性氣體熄滅紅熱焦炭的熄焦方法稱之為干法熄焦。干熄焦與濕法焦對比、干熄焦的焦炭M40可提高3%?8%,M10降低%?％，焦炭反應(yīng)必降低，粒度均勻。進(jìn)而改善了高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)標(biāo)（焦比降低2%，產(chǎn)量提高1%），提高了鋼鐵企業(yè)的市場競爭力。干法熄焦可以減少熄焦對環(huán)境的污染、同時可以回收紅焦顯熱的80%。能量轉(zhuǎn)化為電能，又能緩解電力供應(yīng)緊張。據(jù)計(jì)算，年處理能力110萬t的干熄焦炭裝置，噸焦收益在扣除噸焦綜合成本元，可獲凈利噸焦元。9新型熄焦方法改進(jìn)傳統(tǒng)的濕法熄焦，在噴淋量和控制方法上進(jìn)行改進(jìn)，即可熄焦，又使焦炭水份降低（在2%?4%）、穩(wěn)定，粒度均勻，裂紋減少，實(shí)現(xiàn)提高焦炭質(zhì)量?，F(xiàn)在比較成熟的工藝有，德國的穩(wěn)定熄焦和美鋼聯(lián)的低水分熄焦工藝。我國萊鋼、武鋼邯鋼和鞍鋼等企業(yè)已引用。10煤預(yù)熱工藝將裝爐煤預(yù)熱到150?200°C后再裝爐，不但可以降低煤中的水份，而且可以提高煤的流動性進(jìn)而提高了裝爐煤的密度。這樣有利于煤的表面粘結(jié)和界面反應(yīng)，進(jìn)而改善了焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)焦炭質(zhì)量的提高。煤的預(yù)熱可以提高焦?fàn)t的生產(chǎn)能力和降低煉焦工序能耗。實(shí)施煤的預(yù)熱尚存在一些技術(shù)難點(diǎn)，影響了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣。11焦?fàn)t應(yīng)向大型化發(fā)展焦?fàn)t增加炭化室室容積的辦法是可以提主焦?fàn)t高度（如由升高到6m），也可以增加炭化室寬度。增加焦?fàn)t炭化室容積的好處是提高裝爐煤的散密度（煤進(jìn)入高的炭化室下落時間長，動能增大致）使煤壓實(shí)，炭化室的寬度增大，減少了煤對炭化室爐墻的“邊壁效應(yīng)”），煤餅加大后熱態(tài)煤顆粒之間接觸點(diǎn)多，熱解液相產(chǎn)物和氣象物多，膨脹壓力大，利于煤的表面粘接和界面反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)提高焦炭質(zhì)量和節(jié)約能耗。大型焦?fàn)t自動化水平高，生產(chǎn)出焦炭質(zhì)量穩(wěn)定，勞動產(chǎn)率高，成本低。使用同樣煤種煉焦,6m焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭比焦?fàn)t的M40要高3%?4%,M10降低％。12加強(qiáng)對焦?fàn)t的管理焦?fàn)t的操作水平和熱工制度對焦炭質(zhì)量、焦?fàn)t壽命，生產(chǎn)成本均有較大的影響，建立起相應(yīng)的管理制度。穩(wěn)定配煤、穩(wěn)定操作、穩(wěn)定焦炭質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)焦化生產(chǎn)的前提條件。要最大限度地減少人為變動因素。不是搞放衛(wèi)星創(chuàng)高產(chǎn)活動。也不要低生產(chǎn)率作業(yè)。任何劇烈的變動，均會影響焦炭質(zhì)量和焦?fàn)t壽命。建立設(shè)備定檢定修制度，采用先進(jìn)的爐體修補(bǔ)技術(shù)，加強(qiáng)對人員的繼續(xù)工程教育，使勞動者的技能得到不斷補(bǔ)充和提高是建立現(xiàn)代企業(yè)管理制度的需求。大焦?fàn)t要采用自動控溫技術(shù)，加強(qiáng)日常焦?fàn)t熱工調(diào)節(jié)。對于保證焦?fàn)t爐溫均勻，焦炭成熟均勻，節(jié)能降耗、提高和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量是十分重要的。要科學(xué)地管理焦?fàn)t生產(chǎn)。專家們認(rèn)為，在不改變煉焦配煤比條件下，焦炭質(zhì)量與裝爐煤的備煤工藝，煉焦工藝，焦炭的后處理有關(guān)。在頂裝煤常規(guī)煉焦工藝條件下