搗固煉焦技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展方向

潘 登

1.搗固煉焦技術(shù)簡介

搗固煉焦是將配合煤經(jīng)搗固機(jī)搗成體積略小于炭化室的煤餅后，將煤餅從焦?fàn)t的機(jī)側(cè)推入炭化室煉焦的非常規(guī)煉焦技術(shù)。1882年德國首次使用了搗固法煉焦，歷經(jīng)130年發(fā)展歷程，如今搗固煉焦已成為很完善的非常規(guī)煉焦技術(shù)并在世界各國的焦化廠廣泛應(yīng)用。

搗固煉焦將煤料搗成煤餅后，一般堆積密度可由頂裝工藝散裝煤的0.74t/m3-0.76t/m3提高到0.95t/m3-1.15t/m3，因煤料顆粒間距縮小，接觸致密，堆積密度大，有利于多配入高揮發(fā)份煤和弱粘結(jié)性煤，并改善和提高焦炭質(zhì)量。

搗固煉焦工藝能夠優(yōu)于其他非常規(guī)煉焦工藝而被焦化廠普遍采用，是因為搗固煉焦工藝與常規(guī)頂裝工藝相比主要有如下特點：

（1）原料選擇范圍寬，可多配入高揮發(fā)粉煤和弱粘結(jié)煤生產(chǎn)高爐煉鐵用焦，也可摻入焦粉和石油焦粉生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄造焦，還可用100%高揮發(fā)粉煤生產(chǎn)氣化焦。在焦炭質(zhì)量不變的條件下，采用搗固煉焦可使氣煤的配入量提高10%-20%。

（2）在同樣的配煤比下，焦炭質(zhì)量有所改善，配合煤質(zhì)量越差，焦炭質(zhì)量改善越明顯，特別是焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度能大幅度提高，M40可提高3%-5%，M10可改善2%-4%。同時，據(jù)相關(guān)研究表明，搗固工藝對焦炭氣孔壁材料的光學(xué)組織無明顯影響，因此與光學(xué)組織有關(guān)的焦炭反應(yīng)性，在搗固后無顯著變化，但可使焦炭氣孔直徑變小、孔壁變厚、氣孔率變低，進(jìn)而提高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度和耐堿侵蝕性。

（3）焦炭產(chǎn)量提高，環(huán)保效果增強(qiáng)。搗固煉焦的裝爐煤堆比重比常規(guī)頂裝爐煤料堆比重提高3 0%-5 0%，而結(jié)焦時間只比常規(guī)頂裝工藝延長10%-20%，故焦炭產(chǎn)量增加。在相同炭化室高度和寬度下，搗固焦?fàn)t的產(chǎn)量一般比頂裝焦?fàn)t的提高10%-30%，在相同產(chǎn)量和炭化室高度情況下，搗固焦?fàn)t比頂裝焦?fàn)t減少裝煤和推焦孔數(shù)，減少煙塵和廢氣排放，環(huán)保優(yōu)越。

2. 我國搗固煉焦技術(shù)進(jìn)步

2.1 發(fā)展歷程與裝備進(jìn)步

我國最早建成投產(chǎn)的搗固焦?fàn)t是1919年在鞍鋼投產(chǎn)的Koppers式搗固焦?fàn)t，隨后經(jīng)過漫長的低谷期，到本世紀(jì)初，我國自主開發(fā)了炭化室高4.3m的搗固焦?fàn)t后，搗固焦?fàn)t在我國才開始了飛速發(fā)展，如今我國搗固焦?fàn)t技術(shù)已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。圖1為我國搗固焦?fàn)t發(fā)展的重要節(jié)點，見證了我國搗固焦?fàn)t發(fā)展的歷程。

圖1 我國搗固焦?fàn)t發(fā)展歷程

從圖1可以看到我國搗固焦?fàn)t大型化飛速發(fā)展時期。自2006年5.5m搗固焦?fàn)t在云南曲靖建成投產(chǎn)后，在全國掀起了建設(shè)搗固焦?fàn)t的熱潮。經(jīng)過這幾年的研發(fā)和設(shè)計，炭化室高度在5m-6.3m搗固焦?fàn)t的相繼問世，標(biāo)志著我國搗固焦技術(shù)與裝備跳躍式的發(fā)展，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

2.2 有利條件的形成

（1）發(fā)展搗固煉焦符合我國煉焦煤資源特點。

我國煤炭資源總體豐富，但煉焦煤資源相對貧乏，尤其是強(qiáng)粘結(jié)性優(yōu)質(zhì)主焦煤和肥煤資源偏緊。2009年我國煉焦煤已探明可采儲量約450億噸，占我國煤炭已探明可采儲量27%，煉焦煤資源中主焦煤和肥煤的占比不到40%，而我國煉焦配煤主焦煤和肥煤的配比一般都大于資源占比，甚至有的企業(yè)焦、肥煤配比超過70%。這種反差導(dǎo)致我國優(yōu)質(zhì)強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤供應(yīng)日趨偏緊，煉焦煤進(jìn)口數(shù)量逐年增加[6]。

圖2 2002-2011年我國煉焦煤進(jìn)出口情況 萬噸

圖2 是近十年我國煉焦煤進(jìn)出口情況，可以看出我國煉焦煤進(jìn)口量逐年增加，年均增幅超過了70%，特別是2008年后開始劇增，出口量相反不斷減少。2002年，我國凈出口煉焦煤1304萬噸，而從2004年開始煉焦煤一直處于凈進(jìn)口狀態(tài)，2010年凈進(jìn)口達(dá)4614萬噸，說明我國煉焦煤資源的日趨緊缺。煉焦煤資源偏緊，導(dǎo)致了煉焦煤價格一路上揚，進(jìn)出口價格都已翻了幾番，這也是如今焦化企業(yè)微利或虧本的主要原因。在這種背景下，勢必要拓寬煉焦原料范圍，促進(jìn)搗固焦的發(fā)展，也有必要推進(jìn)搗固焦的發(fā)展。

（2）發(fā)展搗固焦有相關(guān)政策和企業(yè)導(dǎo)向支持。

目前，雖然國家已經(jīng)停止審批單獨的新增產(chǎn)能焦化項目，但國家發(fā)改委9號令《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》將搗固煉焦歸為鼓勵類，今后淘汰落后焦?fàn)t和鋼鐵企業(yè)技改焦化配套設(shè)施等，會優(yōu)先選用搗固焦?fàn)t，發(fā)展搗固焦?fàn)t有產(chǎn)業(yè)政策支持。

搗固焦?fàn)t剛開始多為獨立焦化廠采用，但繼山西長治鋼廠、南昌鋼鐵公司等企業(yè)4.3米搗固焦?fàn)t先后投產(chǎn)，達(dá)鋼、漣鋼、攀鋼和包鋼等許多鋼鐵聯(lián)合企業(yè)也陸續(xù)建設(shè)和投產(chǎn)了5.5米搗固焦?fàn)t，外加漣鋼3200m3高爐全部使用搗固焦生產(chǎn)的案例，給后來新建和搬遷建設(shè)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)選用搗固焦?fàn)t吃了定心丸。這諸多情況表明，搗固煉焦工藝已經(jīng)為我國大中型鋼鐵企業(yè)接受并得到推廣使用。這些政策和企業(yè)導(dǎo)向，為近年來搗固焦?fàn)t的迅猛發(fā)展提供了推進(jìn)劑。

（3）發(fā)展搗固焦有成熟的技術(shù)支撐。

目前，國內(nèi)能自主設(shè)計搗固焦?fàn)t的單位有近10家，其中有半數(shù)企業(yè)能設(shè)計炭化室高度5m及以上搗固焦?fàn)t，這為我國搗固焦?fàn)t的開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時各焦?fàn)t機(jī)械廠家經(jīng)過近年的技術(shù)引進(jìn)，消化吸收創(chuàng)新，基本能獨立設(shè)計制造5.5m及以上搗固焦?fàn)t的配套機(jī)械。隨著各地大型搗固焦?fàn)t的建設(shè)投產(chǎn)，我國已經(jīng)積累了豐富的項目管理和施工建設(shè)經(jīng)驗，為發(fā)展大型搗固焦?fàn)t提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和發(fā)展保障。

2.3 產(chǎn)能增長與生產(chǎn)完善。

2011年我國焦炭產(chǎn)量又創(chuàng)歷史新高，達(dá)42779萬噸，與2002年（14280萬噸）相比，十年間焦炭產(chǎn)量增加了近2倍，年均增幅約13%。我國焦化行業(yè)在淘汰落后產(chǎn)能的同時也在不斷新增先進(jìn)水平的產(chǎn)能，目前我國機(jī)焦產(chǎn)能約4.6億噸，其中搗固焦的產(chǎn)能占比超過30%，據(jù)初步統(tǒng)計，從2007年到2011年5年時間，我國新增煉焦產(chǎn)能約1.7億噸（未扣除淘汰落后產(chǎn)能），新增產(chǎn)能中約0.8億噸為搗固焦（炭化室高度多為5.5m及以上大型搗固焦?fàn)t），占比近50%，說明我國搗固焦發(fā)展勢頭迅猛。

隨著炭化室高度分別為6.25m、6m、5.5m等搗固焦?fàn)t的投產(chǎn)，各生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)中不斷總結(jié)創(chuàng)新，積累了大量的生產(chǎn)經(jīng)驗。近年來，可以看到許多關(guān)于搗固焦生產(chǎn)改進(jìn)與實踐的相關(guān)報道和效果分析，通過這些年的生產(chǎn)實踐和總結(jié)，搗固焦的消煙除塵得到改善、煤餅倒塌得到有效防范與控制、焦?fàn)t操作穩(wěn)定性得到明顯提高等，這些成果表明搗固焦生產(chǎn)日趨成熟完善。

3.搗固煉焦存在的問題與改進(jìn)措施

我國搗固煉焦水平已經(jīng)走在世界前列，取得了階段性碩果，但因大力發(fā)展搗固焦，特別是大型搗固焦時間不到10年，因此生產(chǎn)與設(shè)計還有許多問題需要解決，目前主要有以下較為突出的問題。

（1）配入優(yōu)質(zhì)強(qiáng)粘結(jié)性煤比例過高，未能發(fā)揮搗固焦優(yōu)勢

搗固焦?fàn)t的最大優(yōu)勢是能多配入高揮發(fā)性弱粘結(jié)性煤，擴(kuò)大煉焦原料，節(jié)約煉焦煤資源，降低煉焦成本。但目前有很多企業(yè)，煉焦煤中配入大量的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)粘結(jié)性（肥煤和主焦煤），有的甚至比頂裝的配入比例還高，這樣不僅沒有發(fā)揮搗固煉焦工藝的優(yōu)點，同時對搗固焦?fàn)t也有損害作用，因此這種做法是很不可取的。各企業(yè)應(yīng)該充分考慮企業(yè)所在地及周邊煤資源特點和焦炭用戶對焦炭質(zhì)量的要求，設(shè)計出合適的配煤方案和配合煤質(zhì)量，在滿足焦炭質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定的同時，將搗固煉焦工藝的特點發(fā)揮出最大，才能正在緩解煉焦煤資源緊缺的問題，起到發(fā)展搗固焦的意義。

（2）超大型搗固機(jī)設(shè)計制造技術(shù)需要引進(jìn)

隨著焦?fàn)t大型化發(fā)展，大型化焦?fàn)t（炭化室高度在6m及以上）采用的SCP機(jī)都需要從國外引進(jìn)，造成了搗固機(jī)設(shè)計制造投資成本較高。因此，要加強(qiáng)對超大型搗固焦?fàn)t搗固機(jī)的研發(fā)設(shè)計，在引進(jìn)國外設(shè)備的同時，各企業(yè)設(shè)計院所應(yīng)加強(qiáng)消化吸收再創(chuàng)新，使得大型搗固焦?fàn)t的焦?fàn)t機(jī)械實現(xiàn)全部國產(chǎn)化，且效果優(yōu)于進(jìn)口，這樣才能益于搗固焦?fàn)t的生產(chǎn)穩(wěn)定，降低投資成本。

（3）焦?fàn)t爐溫難控制，熱工評定需落實

搗固煉焦不能像頂裝焦?fàn)t那樣測量焦餅中心溫度，進(jìn)行焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度控制，所以，在生產(chǎn)中常會出現(xiàn)搗固焦?fàn)t高向加熱均勻性差，焦餅成熟不均勻等問題。在生產(chǎn)中，有的焦?fàn)t爐頂空間溫度高，導(dǎo)致化學(xué)產(chǎn)品分解過多，影響后面煤氣凈化穩(wěn)定性；而爐頂溫度偏低又容易導(dǎo)致爐頂空間部分結(jié)石墨困難，引起煤氣竄漏等問題。因此搗固焦?fàn)t，特別是大型搗固焦?fàn)t，需要組織熱工評定，制定合理的熱工制度，指導(dǎo)焦?fàn)t穩(wěn)定生產(chǎn)。

4.搗固煉焦發(fā)展方向

隨著我國社會發(fā)展，冶金行業(yè)對焦炭的需求將會在很長一段時間保持高位，煉焦煤作為一次化石資源，其資源緊缺問題將越來越突出。為緩解資源緊張局面，降低焦炭生產(chǎn)成本，搗固煉焦在我國還有很大的發(fā)展空間。預(yù)計2025年，我國搗固焦產(chǎn)能占焦炭總產(chǎn)能50%左右，搗固焦?fàn)t中炭化室高度在5.5m及以上占比將超過80%，其中炭化室高5.5m搗固焦?fàn)t將日趨完善，我國搗固焦技術(shù)水平將達(dá)到一個歷史的新高點。

（1）焦炭產(chǎn)能總體減少，搗固焦產(chǎn)能將進(jìn)一步增加

隨著中國社會現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，對鋼材的需求在較長一段時間將保持增長，只是增長幅度有所減緩，焦炭的需求量也將在很長時間保持高位。預(yù)計未來5年，焦炭的產(chǎn)能和產(chǎn)量還會小幅度增長，隨后將開始小幅度減少。今后10-20年間，焦炭產(chǎn)能將縮減到現(xiàn)有的70%左右。當(dāng)前我國焦炭產(chǎn)能近5億噸，預(yù)計到2025年左右，因鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步使得焦比進(jìn)一步降低，我國對焦炭的需求量減少，焦炭總產(chǎn)能將減少3.6億噸左右，屆時搗固焦產(chǎn)能占比會達(dá)到5 0%左右。

（2）裝備水平持續(xù)提高，整體水平處于世界前列

目前我國炭化室高4.3m焦?fàn)t和無回收焦?fàn)t的產(chǎn)能還維持在50%以上，隨著這些焦?fàn)t達(dá)到設(shè)計壽命和國家淘汰落后產(chǎn)能的進(jìn)一步推進(jìn)，這些產(chǎn)能將減量化被大型焦?fàn)t替代，其中將有超六成為搗固焦取代，屆時搗固焦和頂裝焦將平分秋色（搗固焦?fàn)t絕大部分為炭化室5.5m及以上級別占比達(dá)80%以上），搗固焦產(chǎn)能將維持在1.8億噸左右，其裝備水平將處于世界前列。

（3）投資成本降低，生產(chǎn)操作日趨完善

搗固焦再經(jīng)過5-10年的發(fā)展，其技術(shù)水平將會進(jìn)一步提高。首先，6m及以上搗固焦?fàn)t用SCP機(jī)可以國產(chǎn)化，焦?fàn)t建設(shè)成本將進(jìn)一步降低。在各設(shè)計制造單位和生產(chǎn)企業(yè)的共同努力下，耐火材料的進(jìn)步與設(shè)計完善將使搗固焦?fàn)t的設(shè)計壽命延長，搗固焦裝煤除塵等環(huán)保問題也會得到有效解決。

另外，隨著搗固焦生產(chǎn)經(jīng)驗的不斷積累，各種影響生產(chǎn)穩(wěn)定的問題會得到有效解決。正如我國6m 焦?fàn)t成長過程一樣，搗固焦?fàn)t的生產(chǎn)操作將日趨完善。

5.結(jié)論與建議

搗固焦是我國焦化行業(yè)今后發(fā)展的一個重要方向。當(dāng)我國過了現(xiàn)代化建設(shè)高峰期后，焦炭的需求勢必會減少，隨著淘汰落后的進(jìn)一步推進(jìn)，目前我國約2.5億噸的一般水平產(chǎn)能(炭化室高4.3m與熱回收焦?fàn)t)將會由大型焦?fàn)t減量化替代。在這個過程中，大型搗固焦?fàn)t將成為建設(shè)的主流。要發(fā)揮搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢，需要關(guān)注以下幾個主要問題：

（1）研究搗固焦冶煉性能，選擇最優(yōu)配煤方案

目前有3000m3高爐全部使用搗固焦生產(chǎn)案例，但大容積、超大容積高爐全部使用搗固焦的案例還不多見。大高爐全部使用搗固焦的生產(chǎn)過程中，多數(shù)搗固焦都配入了較多的優(yōu)質(zhì)煉焦煤，沒有起到搗固煉焦工藝的優(yōu)勢作用。因此需要各方合作，共同研究搗固焦的冶煉性能，結(jié)合企業(yè)特點，指導(dǎo)搗固煉焦配煤，將搗固焦多配入弱粘結(jié)性煤的優(yōu)勢發(fā)揮至最大，真正節(jié)約資源，降低成本。

（2）應(yīng)根據(jù)地理位置和資源特點合理選擇爐型

搗固焦將成為今后發(fā)展的主流，但應(yīng)根據(jù)地方資源特點，合理選擇采用頂裝工藝還是搗固工藝。搗固煉焦最大的特點是多配入弱粘結(jié)性煉焦煤，擴(kuò)大原料來源，相反多配入優(yōu)質(zhì)強(qiáng)煉焦煤不但沒有發(fā)揮搗固焦?fàn)t的優(yōu)勢，對爐體還將產(chǎn)生損害，減少焦?fàn)t壽命。對于煉焦煤資源貧乏，特別是主焦煤和肥煤貧乏的內(nèi)陸地區(qū)，選擇搗固焦較為合適，對有豐富優(yōu)質(zhì)煉焦煤的地區(qū)以及沿海有港口地區(qū)，選擇頂裝焦?fàn)t較為合適。企業(yè)在選擇焦?fàn)t爐型時應(yīng)從區(qū)域內(nèi)資源、企業(yè)煉焦煤供應(yīng)、交通運輸條件等多方面綜合考慮。

（3）設(shè)計和生產(chǎn)應(yīng)持續(xù)完善

搗固焦?fàn)t在我國發(fā)展很快，但積累并不深厚，很多方面都有較大的改進(jìn)空間。設(shè)計建設(shè)單位應(yīng)與生產(chǎn)企業(yè)建立投產(chǎn)后回訪機(jī)制，對焦化廠生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題要進(jìn)行總結(jié)改進(jìn)，通過不斷改進(jìn)設(shè)計，使搗固焦設(shè)計建設(shè)成熟和完善。企業(yè)在生產(chǎn)過程中應(yīng)不斷總結(jié)，積累經(jīng)驗，熟練操作，完善管理，持續(xù)改進(jìn)，穩(wěn)定搗固焦生產(chǎn)。