安鋼3#高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求探討

王照華 孫存生 王 偉

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

近年來，隨著鋼鐵行業(yè)利潤(rùn)空間被極大壓縮，鐵前工序要實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行，高爐大型化、高富氧、大噴煤、高風(fēng)溫等成為高爐生產(chǎn)追求的目標(biāo)。大型高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，實(shí)現(xiàn)低焦比冶煉，對(duì)提高生產(chǎn)效率、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。高爐生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)入爐焦炭質(zhì)量提出更高要求，［1］但焦炭質(zhì)量的提高，往往是以較高的配煤成本作為的代價(jià)的，由此，探索適合大高爐的焦炭質(zhì)量，在高爐的穩(wěn)定順行和較低的煉焦成本之間找到平衡點(diǎn)，成為降低鐵前成本、增加企業(yè)效益的重要課題。2013年安鋼3#高爐投產(chǎn)使用以來，經(jīng)過一定時(shí)期的磨合，生產(chǎn)逐步走向穩(wěn)定，本文以安鋼3#高爐投產(chǎn)以后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)情況為背景，分析了焦炭冷態(tài)強(qiáng)度、熱態(tài)強(qiáng)度、粒度和成分等對(duì)高爐冶煉的影響情況，提出了適合大高爐冶煉的焦炭質(zhì)量指標(biāo)。

1 焦炭對(duì)高爐冶煉的作用

焦炭對(duì)高爐冶煉的作用是:(1)主要的熱量來源，(2)還原劑，(3)爐料的骨架作用。其熱量來源和還原劑的作用隨著噴吹煤粉等噴吹物技術(shù)的應(yīng)用，得到部分代替，對(duì)降低焦比有一定的作用，但焦炭在高爐中骨架作用則不可代替。

在高爐風(fēng)口的前端，焦炭與鼓風(fēng)中的氧發(fā)生燃燒反應(yīng)后產(chǎn)生煤氣，同時(shí)放出大量的熱量。煤氣上升過程中，不斷將熱量傳給高爐爐料，從而使高爐內(nèi)部的各種物理、化學(xué)反應(yīng)得以順利進(jìn)行［1］。在大型高爐中，由于爐內(nèi)壓力的增加，為保證高爐的透氣性，必須要求使用有較高質(zhì)量的焦炭，高爐容積擴(kuò)大也必須以改善焦炭性能為前提，焦炭質(zhì)量決定了焦比、煤比的高低。此外，焦炭質(zhì)量對(duì)爐缸的工作狀態(tài)起著決定性作用［2］。

2 焦炭質(zhì)量指標(biāo)對(duì)高爐冶煉的影響

2．1 冷態(tài)強(qiáng)度對(duì)高爐冶煉的影響

焦炭冷態(tài)強(qiáng)度M40(抗碎強(qiáng)度)、M10(耐磨強(qiáng)度)是焦炭質(zhì)量的重要指標(biāo)，是反映焦炭在冷態(tài)下抗擠壓破碎成為粉末的能力，是焦炭熱強(qiáng)度的基礎(chǔ)。焦炭冷態(tài)強(qiáng)度取決于配煤質(zhì)量、備煤工藝、焦?fàn)t爐型及操作制度和熄焦工藝等。冷態(tài)強(qiáng)度也是焦炭能否起到爐料骨架支撐作用、保證高爐透氣性的重要指標(biāo)。

我們對(duì)2014年3#高爐所用焦炭冷強(qiáng)度及入爐焦比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表1。

月均值走勢(shì)對(duì)比見圖1(為便于對(duì)比，對(duì)M10 及入爐焦比數(shù)值分別進(jìn)行了擴(kuò)大和縮小)。

表1 2014年3#高爐所用焦炭冷強(qiáng)度及入爐焦比對(duì)比表 / %

圖1 2014年3#高爐所用焦炭冷強(qiáng)度及入爐焦比走勢(shì)圖

從圖1 可以看出，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度能保證其粒度和較低的含粉率，確保改善高爐塊狀帶的透氣性，保證爐況順行。在一定的生產(chǎn)條件下，確保爐況穩(wěn)定的前提下，在焦炭M40 保持在89 以上、M10 保持在5．3 以下時(shí)，高爐焦比保持在370 kg/t 的較低水平。從圖1 還可以看到，與M40 相比，焦炭M10 走向曲線與入爐焦比走向曲線更加吻合，表現(xiàn)出較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可見由M10 代表的耐磨強(qiáng)度，往往更能影響焦比的變化，在生產(chǎn)中，可以更多關(guān)注M10 變化，作為對(duì)焦炭質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)。

2．2 熱態(tài)強(qiáng)度對(duì)高爐冶煉的影響

焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度CSR 是反映焦炭在高溫下抵抗壓力破碎的能力，是入爐焦炭在高爐內(nèi)骨架作用的反映，焦炭熱反應(yīng)性是指焦炭在高溫下與CO2發(fā)生反應(yīng)的速率，一方面反映焦炭與礦石的還原反應(yīng)速率，另一方面也反映焦炭在高爐內(nèi)的粉化速率。焦炭的熱態(tài)性能不好(CRI 高、CSR 低)，會(huì)使塊狀帶透氣性變差，軟熔帶位置下移，表現(xiàn)為中心氣流變?nèi)?，邊沿氣流增?qiáng);爐缸中心死料柱增大，風(fēng)口及回旋區(qū)的碎焦量增加，爐缸透液性變差，鐵口深度減小等;這些都會(huì)嚴(yán)重影響高爐順行［3］。

2014年3#高爐所用焦炭熱性能及入爐焦比對(duì)比表見表2。

月均值走勢(shì)對(duì)比如圖2 所示(為便于對(duì)比，灰分?jǐn)?shù)值進(jìn)行了擴(kuò)大，入爐焦比數(shù)值進(jìn)行了縮小，CRI采用(100 －CRI)值)。

表2 2014年3#高爐所用焦炭熱性能、灰分及入爐焦比對(duì)比表 / %

圖2 2014年3#高爐所用焦炭熱性能、灰分及入爐焦比走勢(shì)圖

從圖2 可以看出，焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度CSR 與反應(yīng)性CRI 一般具有較強(qiáng)的相關(guān)性，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR 越高的焦炭，其反應(yīng)性CRI 也越低。但要想提高反應(yīng)后強(qiáng)度CSR，就要加大優(yōu)質(zhì)焦煤的使用量，對(duì)成本影響較高，對(duì)焦炭熱性能，應(yīng)該在保證高爐順行的前提下，控制在合理范圍。當(dāng)焦炭CIR 達(dá)到23．5%以上、CSR 達(dá)到67 以下時(shí)，焦比明顯升高，產(chǎn)量也隨之下降。尤其在2014年8月，隨著熱態(tài)性能的變差，其中焦炭的CRI和CSR月平均值分別為24．03 和66．3，冷態(tài)強(qiáng)度為88．9，焦比升高到382，產(chǎn)量為23．89 萬t。

2．3 成分對(duì)高爐冶煉的影響

2．3．1 灰分對(duì)高爐冶煉的影響

焦炭灰分是影響其熱性能的重要因素，灰分對(duì)熱性能的影響是通過破壞焦炭微觀結(jié)構(gòu)、形成焦炭裂紋造成的。因?yàn)槊旱幕曳衷跓捊惯^程中會(huì)全部進(jìn)入焦炭中，所以煤中灰分的高低決定了焦炭中的灰分，而焦炭中的灰分降低，有利于提高焦炭冷熱強(qiáng)度，從而有利于高爐冶煉［1］，詳見圖2?？紤]到煉焦煤資源的緊張，為控制煉焦成本，安鋼焦炭灰分基本控制在12% ～12．5%左右。

2．3．2 揮發(fā)分對(duì)高爐冶煉的影響

揮發(fā)分是衡量焦炭成熟度的一個(gè)重要標(biāo)志，焦炭中揮發(fā)分高，氣孔壁的材質(zhì)越疏松，耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度就越低;相反，揮發(fā)分越低，氣孔壁的材質(zhì)越緊密，耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度就越高［1］。

安鋼3#高爐使用的焦炭揮發(fā)分能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定在1．17、1．16 左右，為保證焦炭質(zhì)量提供了可靠的質(zhì)量指標(biāo)。

2．3．2 硫分對(duì)高爐冶煉的影響

鐵水硫分是反映鐵水質(zhì)量的重要指標(biāo)，是煉鋼生產(chǎn)高級(jí)別鋼種的基礎(chǔ)。高爐中的硫80%來源于焦炭，控制焦炭中的硫含量是降低生鐵中硫含量的重要措施。煉焦生產(chǎn)過程中，配合煤中70% ～90%的硫轉(zhuǎn)化到焦炭中，配合煤中的硫含量決定了焦炭中的硫分。鐵水硫分受焦炭硫分影響較大，但除了受焦炭硫分影響之外，還與高爐操作有較大關(guān)系。

2014年，安鋼3#高爐使用焦炭中的硫分控制在0．86%上下，逐月焦炭硫分及鐵水硫分統(tǒng)計(jì)詳情見表3。

由于高爐生產(chǎn)的復(fù)雜性，高爐是否穩(wěn)定順產(chǎn)往往受多種因素影響，筆者是從質(zhì)量管理的角度探討了適合大高爐生產(chǎn)的焦炭質(zhì)量，這一方面的探討有待繼續(xù)深化。

表3 2014年3#高爐所用焦炭硫分及鐵水硫分對(duì)比表 / %

由于高爐生產(chǎn)的復(fù)雜性，高爐是否穩(wěn)定順產(chǎn)往往受多種因素影響，筆者是從質(zhì)量管理的角度探討了適合大高爐生產(chǎn)的焦炭質(zhì)量，這一方面的探討有待繼續(xù)深化。

3 結(jié)語(yǔ)

1)當(dāng)焦炭M40 保持在89 以上時(shí)，CRI 和CSR分別控制在小于22．5%和大于67%時(shí)，焦比能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定在較低水平，對(duì)高爐順行有促進(jìn)作用。

2)焦炭M10 的變化曲線與高爐焦比有更強(qiáng)的吻合性，說明M10 對(duì)焦炭實(shí)物質(zhì)量的反映比較敏感。當(dāng)焦炭M10 低于5．3 時(shí)，焦比往往維持在較低水平。

3)焦炭灰分宜保持較低水平，以低于12．5%為宜。

［1］李宏偉．焦炭質(zhì)量對(duì)京唐5500 m3高爐焦比的影響［J］．煉鐵，2015，34(1):43 －46．

［2］龍曉陽(yáng)，萬旭東．現(xiàn)代高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求［J］． 鞍鋼技術(shù)，2002(4):5 －9．

［3］張洪宇，王再義，劉德軍，等．焦炭質(zhì)量對(duì)鞍鋼高爐冶煉影響的研究［J］．鞍鋼技術(shù)，2011(1):367 －372．