提高焦炭抗碎強度M40的實踐

張智勇 高立東 張化強 高鋒林 向海飛

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

根據(jù)國內(nèi)外高爐生產(chǎn)實踐證明，高爐越大，噴煤比越高，對焦炭的質(zhì)量要求越高，尤其焦炭強度，原因在于：高煤比低焦比的操作導(dǎo)致礦焦比上升，焦炭在高爐內(nèi)的停留時間延長，使焦炭在高爐內(nèi)軟熔帶和滴落帶的骨架支撐作用進(jìn)一步突出。如果采用質(zhì)量較差的焦炭，則焦炭熔損加快，粉化潰裂加劇，焦炭塊度變小顯著，使得高爐的透氣性變差，最終影響高爐順行［1］。

1 概況

安鋼焦化廠所用煉焦煤資源主要為山西、河北邯邢、河南平頂山、鶴壁及安陽本地的洗精煤，煤種有1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等。備煤生產(chǎn)工藝為先配后粉，2012年以前為露天儲煤場，2012年以后為煤罐儲煤，煤罐具備儲配一體化，每個煤罐設(shè)計儲存能力為1萬噸。焦?fàn)t均為頂裝焦?fàn)t，2012年生產(chǎn)焦?fàn)t有8座，其中第三煉焦2座焦?fàn)t配有75 t/h干熄焦、第四煉焦2座焦?fàn)t配有140 t/h干熄焦，老煉焦為濕法熄焦。另有第五煉焦在建大容積焦?fàn)t2座，配有190 t/h干熄焦。

2 存在問題及原因分析

焦化在建大容積焦?fàn)t是煉鐵在建大容積高爐配套項目，為保證大容積高爐順利投產(chǎn)，及投產(chǎn)后穩(wěn)定順行，公司組織相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合國內(nèi)同類型高爐指標(biāo)要求及安鋼實際情況，對大容積高爐投產(chǎn)所需焦炭，提出具體質(zhì)量指標(biāo)要求。從焦化廠生產(chǎn)情況看，即使大容積焦?fàn)t投產(chǎn)后，生產(chǎn)焦炭抗碎強度M40也很難達(dá)到要求。具體見表1。

表1 大容積高爐對焦炭要求與2011年各系統(tǒng)焦炭質(zhì)量平均值

由表1可以看出，各煉焦系統(tǒng)生產(chǎn)的焦炭熱強度及硫分控制均較好，但灰分、耐磨強度M10、抗碎強度M40均達(dá)不到要求，尤其抗碎強度M40差距較大。按此推算大容積焦?fàn)t投產(chǎn)后，通過調(diào)整配比等手段，焦炭灰分、耐磨強度M10能夠達(dá)到生產(chǎn)要求，焦炭M40很難達(dá)到88.00%以上。為了能夠保證大容積高爐順利投產(chǎn)，及投產(chǎn)后穩(wěn)定順行，針對焦炭M40現(xiàn)狀，對可能影響到M40的因素進(jìn)行了分析，經(jīng)過比對試驗后，認(rèn)為主要存在以下幾方面問題：

2.1 配合煤細(xì)度不合理

煉焦煤的粒度對焦炭影響十分復(fù)雜，不同細(xì)度的配合煤，隨著配煤細(xì)度的增加，焦炭的強度隨之改善;但當(dāng)配煤細(xì)度達(dá)到一定程度后，隨著細(xì)度的繼續(xù)增加，焦炭的強度呈劣化趨勢。分析認(rèn)為：配煤細(xì)度過低時，煤顆粒較大，特別是黏結(jié)性差的煤粒度較大，運輸及裝爐過程中易偏析，且煤中粒度不均衡，導(dǎo)致配煤質(zhì)量不均勻，引起焦炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均一，焦炭強度降低。細(xì)度過高時，煤中的活性成分被細(xì)粉碎，不僅降低了黏結(jié)煤的活性粒子作用，而且增加了非活性粒子的比表面，使煤料的黏結(jié)性下降。并且過細(xì)煤料的堆比重下降，導(dǎo)致煉焦過程中煤粒間的熔融程度不充分，所煉焦炭結(jié)構(gòu)不致密，孔隙增多，從而導(dǎo)致焦炭強度下降［2］。

焦化各企業(yè)因工藝裝備差異等，實際生產(chǎn)中煉焦煤細(xì)度控制不一。安鋼隨著新焦?fàn)t投產(chǎn)，產(chǎn)能不斷提升，但配煤系統(tǒng)投產(chǎn)多年未作調(diào)整，所以出現(xiàn)粉碎機(jī)能力不足，造成入爐煤細(xì)度偏低，盡管對粉碎機(jī)經(jīng)過多次改進(jìn)，細(xì)度勉強提高到73% ～75%，但煤的粒級組成又極不合理，其中≥10 mm比例偏高，一般情況下在5% ～8%，個別時間段達(dá)到10%，并且還有少部分≥15 mm顆粒，能夠占到1% ～3%左右。

2.2 焦炭灰分偏高

灰分是焦炭中有害的物質(zhì)，在煉焦時不熔融，不粘結(jié)，也不收縮，往往不易破碎，因此，在煉焦時它除了耗用額外的熱量外，較大的粗粒還會在焦炭內(nèi)形成裂紋中心，原因是焦炭中的礦物質(zhì)主要來自煤的灰分，礦物質(zhì)均為惰性物，比焦炭多孔體有6～10倍的體積膨脹系數(shù)，當(dāng)焦炭多孔體在高溫下收縮時，灰分顆粒卻具有方向與收縮應(yīng)力相反的膨脹力，于是產(chǎn)生以此為中心的放射性裂紋，從而降低焦炭的機(jī)械強度［3］。焦化企業(yè)在實際生產(chǎn)中都盡可能降低焦炭灰分，行業(yè)先進(jìn)企業(yè)基本控制在12.5%以下，2012年鋼協(xié)統(tǒng)計，焦化行業(yè)焦炭灰分平均12.55%，但安鋼焦炭灰分均值13.0%左右，部分月份甚至達(dá)到13.5%以上，焦炭灰分明顯偏高，與先進(jìn)企業(yè)比差距較大。

2.3 進(jìn)廠煤多為混洗煤

在備煤和煉焦工藝條件固定的情況下，煉焦煤的性質(zhì)對焦炭質(zhì)量影響起重要因素。由于洗煤廠為追求利益最大化，部分洗煤廠在入洗原煤前，先將兩種以上廉價資源混配成煤質(zhì)指標(biāo)達(dá)到高價煤品種，而且每批入洗原煤并不嚴(yán)格按照固定比例混配，根本起不到所標(biāo)牌號應(yīng)有作用。安鋼進(jìn)廠焦煤、肥煤、1/3焦煤、瘦煤四大煤種中，肥煤和主焦煤有超過50%為復(fù)雜混洗煤，單一煤層煤比例不足20%。盡管配煤比中焦煤和肥煤所占比例達(dá)到70%以上，有時甚至達(dá)到80%，但從煤巖檢測發(fā)現(xiàn)實際焦煤和肥煤比例很低，并且有非煉焦煤配入情況。

2.4 配合煤組成存在缺陷

對配合煤煤巖擬合發(fā)現(xiàn)，配合煤鏡質(zhì)組平均最大反射率都在1.1%左右，且鏡質(zhì)組反射率分布圖都在1.5%左右有一明顯凹口。從使用主要單種煤的鏡質(zhì)組反射率分布圖發(fā)現(xiàn)，所有煉焦煤的鏡質(zhì)組反射率都缺少在1.5%左右的份額，因此配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布圖在1.5%左右出現(xiàn)凹口是必然的，這意味著使用的煉焦煤缺少優(yōu)質(zhì)瘦焦煤品種。配合煤反射率分布如圖1所示。

圖1 配合煤反射率分布

3 采取措施

3.1 改善配合煤細(xì)度

2012年安鋼建設(shè)了以儲配一體煤罐為主新配煤系統(tǒng)，配煤生產(chǎn)能力能夠完全滿足生產(chǎn)需要，生產(chǎn)的配合煤中≥10 mm比例控制到3%左右，≥15 mm的幾乎為零。并經(jīng)過小焦?fàn)t比對試驗后，對配合煤細(xì)度進(jìn)行了調(diào)整，提高到78% ～80%。配合煤粒級組成調(diào)整前后對比見表2。

表2 配合煤調(diào)整前后粒級組成對比

3.2 降低焦炭灰分

采取多項措施降低焦炭灰分。①利用煤炭市場相對寬松有利條件，尋找開發(fā)低灰分煤，尤其高硫煤，要保證灰分低。②進(jìn)廠煤盡可能直接入罐，避免落地，減少二次污染。③調(diào)整輔助煤配入方向，安鋼進(jìn)廠煤灰分由高到底排序依次為肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤，減少輔助煤種瘦煤，相應(yīng)增加輔助煤種1/3焦煤。通過以上幾點措施，焦炭灰分均值成功由13.0%降低到12.5%以下。

3.3 逐步取消混洗煤

利用煉焦煤市場相對寬松的有利條件，適時將煤巖指標(biāo)納入進(jìn)廠煤管理，并且標(biāo)方差和巖相圖等列入合同考核，對于混洗煤加大降價幅度，尤其是復(fù)雜混洗煤。同時為鼓勵供煤戶供單一煤層煤，在合同上也相應(yīng)增加了優(yōu)惠條款。進(jìn)廠煉焦煤復(fù)雜混洗煤比例逐步降低，目前基本杜絕了進(jìn)廠煤有復(fù)雜混洗現(xiàn)象。

3.4 開發(fā)尋找瘦焦煤和低揮發(fā)分肥煤

根據(jù)配合煤擬合煤巖圖缺陷，在市場上尋找瘦焦煤和揮發(fā)分25% ～28%肥煤，彌補煤巖圖凹口，通過增加這兩種煤采購及配比，使配合煤反射率曲線平滑完整，目前煤巖圖成正態(tài)連續(xù)分布，無明顯凹口。改善后配合煤反射率分布如圖2所示。

4 效果

圖2 改善后配合煤反射率分布

2012年通過一系列措施實行，安鋼焦炭抗碎強度M40得到顯著提高，2013年相比2011年，老煉焦提高1.75%，第三煉焦提高3.12%，第四煉焦提高3.32%;2013年第五煉焦投產(chǎn)后焦炭抗碎強度M40始終保持在89.00%以上，并且其它指標(biāo)也都達(dá)到要求。具體見表3。

表3 2013年第五煉焦大容積焦?fàn)t焦炭質(zhì)量平均值

5 結(jié)語

實踐表明，通過對配煤部分工藝及參數(shù)調(diào)整等措施，使焦炭抗碎強度M40得到顯著提高，為后道工序的大容積高爐開爐順產(chǎn)提供了保證。

［1］ 周師庸.高爐焦炭質(zhì)量指標(biāo)探析［J］.煉鐵，2002，21(6)：22-25.

［2］ 張艷麗.不同細(xì)度煤對焦炭質(zhì)量的影響［J］.四川冶金，2007，29(2)：34-36.

［3］ 周師庸，趙俊國.煉焦煤性質(zhì)與高爐焦炭質(zhì)量［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：56-90.