提高焦炭質量的途徑分析

王維興

近年來，焦炭供應緊張，質量下降，成份不穩(wěn)定，給高爐煉鐵生產帶來了負面影響。2011年1季度全國重點企業(yè)高爐入爐焦比與上年同期相比升高4千克/噸，煉鐵工序能耗降低2.54千克標準煤/噸，噴煤比下降3千克/噸。說明焦炭質量好壞對高爐煉鐵來說是至關重要的，尤其對于2000m3容積以上的高爐影響就更大。高爐煉鐵是以精料為基礎，精料技術水平對高爐指標的影響率在70%左右，工長操作水平占10%，企業(yè)管理水平占10%，設備運行狀態(tài)占5%，外界因素（動力、供應、上下工序等）占5%。在高冶煉強度和高噴煤比條件下，焦炭質量變化對高爐生產的影響率要占35%。建設大高爐和高爐擴容，一定要以提高焦炭質量為前提，提高噴煤比也要有高質量的焦炭質量為保證。評價焦炭質量不但要有M40、M10灰分、硫分，而且要重視焦炭熱反應性(CRI)、反應后強度（CSR）指標所起的作用。搗固焦指標好，但與非搗固焦相比，沒有起到相應的作用。用高爐實際冶煉效果來評價焦炭質量是科學的，定期從風口取焦炭，進行化驗，指導煉焦配煤的方法也是科學的。（見表1）

據(jù)統(tǒng)計，我國煤炭保有儲量為10070億噸，其中可采儲量為1891億噸，但煉焦煤的儲量占全部煤炭貯量的25%-28%。主要煉焦煤種、焦煤和肥煤的貯量在煉焦煤儲量的40%以下。所以，全國主焦煤供應緊張，且價格高。

國內外焦化界一直降低焦炭成本，提高鋼鐵企業(yè)的市場競爭力，在降低主焦煤用量，又不影響焦炭質量方面努力。國內技術比較先進的焦化廠，在不會對焦炭質量有較大影響條件下，個別企業(yè)主焦煤的配比可在25%左右。日本先進的焦化廠主焦煤的配比可在14%，而對焦炭質量要求仍可保持在較高水平。下面分述他們所采取的相應技術措施。

1 ．建立理想的煉焦煤基地

焦炭質量的好壞主要是取決于煉焦煤的性質。所以，合理選擇煉焦煤基地是保證焦炭質量的首要措施。煉焦煤基地的條件是：煤質好，性能穩(wěn)定，供應量也能穩(wěn)定；價格適中，爭取運距短。好的煉焦煤是灰份低，含硫低、可磨和可選性好、強粘結性好，含碳高、含有害雜質低等。

表1 焦炭質量變化對高爐煉鐵的影響

鞍山熱能院孟慶波發(fā)表的文章，指出焦炭質量優(yōu)劣主要取決于煤的成因、性質。用煤巖學指標（G值、Y值、反射率等）來指導煉焦配煤，是較科學的。

2 ．優(yōu)化煤的粉碎工藝

煉焦用煤的粉碎細度和粒度組成對焦炭質量影響較大。不應當把各種煤先混合再粉碎。要根據(jù)不同煤種（巖相組成的硬度差異），按不同粒度要求進行粉碎和篩分（可使用機械或風力）。對于硬度較高的氣煤等煤種要細破碎，對于易粉碎的焦煤和肥煤可有較大的粒度。不同煤種分組進行粉碎，提出不同粒度要求，這叫做煉焦選擇粉碎煤工藝。這種工藝能夠提高煤的結焦性和減少焦炭裂紋，進而提高焦炭質量。要通過試驗，優(yōu)化出本企業(yè)的最佳配煤氣度的方案，指導煉焦優(yōu)化生產。我國煉焦配煤中難破碎的氣煤配比較高，要重視對氣煤的細粒度要求，可以獲得較好的經濟效益。目前，我國已開發(fā)出不同煤種配煤后焦炭性能預測的軟件。

3 ．煤的調濕

煤的調濕是將煤在裝爐之前除掉一部分水分，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)保和經濟效益，同時可以提高焦炭質量。如煤的水分能穩(wěn)定在6%左右，其焦炭產量可提高7. 7%，裝爐煤密度可提高4%-7%，轉鼓指數(shù)D150提高0.8%-1.5%。煤脫濕可使用流化床技術，用焦爐煙道廢氣與濕煤進行熱交換；也可以使用干熄焦發(fā)電機抽出的蒸汽為熱源，在回轉式干燥機（多管）內間接熱交換。

4 ．配添加劑

在煉焦煤中適量配入粘結劑、抗裂劑等非煤添加劑，可以改善煤的結焦性能。配入粘結劑工藝適用于低流動性的弱粘結性的煤種，改善焦炭的機械強度和焦炭的反應性?？沽褎┦褂霉に囘m用于高流動性的高揮發(fā)性媒種，可增大焦炭塊度，提高強度 改善焦炭氣孔結構，提高焦炭反應后強度。我國一些焦化廠用無煙煤（或焦粉）作為抗裂劑，其技術要求是尋找最佳粒度、配量、混勻方法等。

5 ．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%，反應后強度CSR提高1%~6%。在焦炭質量變化不大的條件下，煤搗固可以多配5%-20%弱粘結性的氣肥煤、氣煤，這樣可少用主焦煤。

煤搗固的方法：一般是在焦爐外進行。將煤壓成塊狀（可方型、長方型、球型等）。與散狀煤料混合裝入焦爐，也有在爐外整體搗固，再推入焦爐炭化室。煤搗固可提高裝爐煤料的密度。當配入30%-50%的型煤時，其煤的密度可達800kg/m3，可以顯著改善焦炭質量，同時可以允許增加10%-15%的弱粘結性煤的用量。目前，我國已擁有年1億噸能力的搗固煉焦設施，主要在獨立焦化廠。

6 ．結焦速度降低或悶爐

降低結焦速度和悶爐是為延長結焦時間。對于粘結性能好的煤，延長結焦時間可以提高焦炭的強度。其機理是：焦餅在焦爐內成熟之后，再經過一段時間悶爐，可以促使焦炭均勻成熟均化粒度，達到質量提高。通過試驗表明，延長結焦時間1小時，可提高焦炭M401%。

7 ．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。干熄焦與濕法熄焦對比，干熄焦的焦炭M40可提高3%-8%，M10降低0.3%-0.8%，焦炭反應性降低，粒度均勻．進而改善高爐煉鐵技術經濟指標（焦比降低2%，產量提高1%），提高鋼鐵企業(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%。能量轉化為電能，又能緩解電力供應緊張。據(jù)計算，年處理能力為110萬噸的干熄焦裝置，噸焦收益在63. 09元，扣除噸焦綜合成本38.70元，可獲凈利噸焦24.39元。

8 ．新型熄焦方法

改進傳統(tǒng)的濕法熄焦，在噴淋量和控制方法上進行改進，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，實現(xiàn)提高焦炭質量。現(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、武鋼等企業(yè)已引用。

9 ．煤預熱工藝

將裝爐煤預熱到150℃-200℃后再裝爐，不但可以降低煤中的水分，而且可以提高煤的流動性進而提高了裝爐煤的密度。這樣有利于煤的表面粘結和界面反應，進而改善了焦炭的氣孔結構，實現(xiàn)焦炭質量的提高。

煤的預熱可以提高焦爐的生產能力和降低煉焦工序能耗。目前實施煤的預熱尚存在一些技術難點，影響了該技術的進一步推廣。

10 ．焦爐應向大型化發(fā)展

焦爐增加炭化室容積的辦法是可以提高焦爐高度（如由4.3m升高到7m以上），也可以增加炭化室寬度。增加焦爐炭化室容積的好處是提高裝爐煤的散密度（煤進入高的炭化室下落時間長，動能增大致使煤壓實，炭化室的寬度增大，減少了煤對炭化室爐墻的“邊壁效應”），煤餅加大后熱態(tài)煤顆粒之間接觸點多，熱解液相產物和氣象物多，膨脹壓力大，利于煤的表面粘接和界面反應，實現(xiàn)提高焦炭質量和節(jié)約能耗。

大型焦爐自動化水平高，生產出焦炭質量穩(wěn)定，勞動生產率高，成本低。使用同樣煤種煉焦，6m 焦爐生產的焦炭比4.3m焦爐的M40要高3%-4%，M10降低0.5%。

1 1.加強對焦爐的管理

焦爐的操作水平和熱工制度對焦炭質量、焦爐壽命、生產成本均有較大的影響。建立標準化、規(guī)范化、數(shù)字化的焦爐操作、維護和管理制度是實觀煉焦正常生產的重要條件。穩(wěn)定配煤、穩(wěn)定操作、穩(wěn)定焦炭質量是實現(xiàn)焦化優(yōu)化生產的前提條件，要最大限度地減少人為變動因素。既不搞放衛(wèi)星創(chuàng)高產活動，也不要低生產率作業(yè)，以免影響焦炭質量和焦爐壽命。建立設備定檢定修制度，采用先進的爐體修補技術。大焦爐要采用自動控溫技術，加強日常焦爐熱工調節(jié)，以保證焦爐爐溫均勻、焦炭成熟均勻、節(jié)能降耗、提高和穩(wěn)定焦炭質量。