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3座，265m²燒結(jié)機1座、400m²燒結(jié)機1座、450m²燒結(jié)機1座；擁有高爐5座，1280 m³高爐2座、1800 m³高爐3座；球團礦豎窯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)域焦炭以汽運方式進購、煤化焦炭以管帶方式進購。汽運按天分類分垛堆放，管帶按筒倉順行進購。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)

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、強度變差。造成焦炭在高爐內(nèi)劣化的主要因素有：機械破壞作用、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)域焦炭的機械強度；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)

從表2可見：（1）焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度波動范圍大，而M25、M10波動范圍較小，幾乎反映不出焦炭強度的變化；（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。焦炭的灰分與強度幾乎成現(xiàn)性關(guān)系，即灰分增加，強度下降。

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)，進一步降低，高爐可獲得更高的技術(shù)經(jīng)濟指標(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度和反應(yīng)后強度。揮發(fā)分高，焦炭氣孔壁材質(zhì)疏松，耐磨強度和反應(yīng)后強度就低；揮發(fā)分低，焦炭氣孔壁材質(zhì)致密，耐磨強度和反應(yīng)后強度就高。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，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

焦炭的耐磨強度（M25）和破碎強度（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、中匯焦炭耐磨強度（M25）控制在92%以上、破碎強度（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。

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)濟指標(biāo)也得到逐步提升。高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進一步突破，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)濟指標(biāo)進一步突破，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

[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.