安钢3#高炉对焦炭质量的要求探讨

2015-12-22王照华孙存生

河南冶金 2015年4期

王照华孙存生王伟

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

近年来，随着钢铁行业利润空间被极大压缩，铁前工序要实现低成本运行，高炉大型化、高富氧、大喷煤、高风温等成为高炉生产追求的目标。大型高炉长期稳定顺行，实现低焦比冶炼，对提高生产效率、节能减排和可持续发展至关重要。高炉生产技术的不断进步，对入炉焦炭质量提出更高要求，［1］但焦炭质量的提高，往往是以较高的配煤成本作为的代价的，由此，探索适合大高炉的焦炭质量，在高炉的稳定顺行和较低的炼焦成本之间找到平衡点，成为降低铁前成本、增加企业效益的重要课题。2013年安钢3#高炉投产使用以来，经过一定时期的磨合，生产逐步走向稳定，本文以安钢3#高炉投产以后的生产数据情况为背景，分析了焦炭冷态强度、热态强度、粒度和成分等对高炉冶炼的影响情况，提出了适合大高炉冶炼的焦炭质量指标。

1 焦炭对高炉冶炼的作用

焦炭对高炉冶炼的作用是:(1)主要的热量来源，(2)还原剂，(3)炉料的骨架作用。其热量来源和还原剂的作用随着喷吹煤粉等喷吹物技术的应用，得到部分代替，对降低焦比有一定的作用，但焦炭在高炉中骨架作用则不可代替。

在高炉风口的前端，焦炭与鼓风中的氧发生燃烧反应后产生煤气，同时放出大量的热量。煤气上升过程中，不断将热量传给高炉炉料，从而使高炉内部的各种物理、化学反应得以顺利进行［1］。在大型高炉中，由于炉内压力的增加，为保证高炉的透气性，必须要求使用有较高质量的焦炭，高炉容积扩大也必须以改善焦炭性能为前提，焦炭质量决定了焦比、煤比的高低。此外，焦炭质量对炉缸的工作状态起着决定性作用［2］。

2 焦炭质量指标对高炉冶炼的影响

2．1 冷态强度对高炉冶炼的影响

焦炭冷态强度M40(抗碎强度)、M10(耐磨强度)是焦炭质量的重要指标，是反映焦炭在冷态下抗挤压破碎成为粉末的能力，是焦炭热强度的基础。焦炭冷态强度取决于配煤质量、备煤工艺、焦炉炉型及操作制度和熄焦工艺等。冷态强度也是焦炭能否起到炉料骨架支撑作用、保证高炉透气性的重要指标。

我们对2014年3#高炉所用焦炭冷强度及入炉焦比进行了统计，见表1。

月均值走势对比见图1(为便于对比，对M10 及入炉焦比数值分别进行了扩大和缩小)。

表1 2014年3#高炉所用焦炭冷强度及入炉焦比对比表 / %

图1 2014年3#高炉所用焦炭冷强度及入炉焦比走势图

从图1 可以看出，焦炭冷态强度能保证其粒度和较低的含粉率，确保改善高炉块状带的透气性，保证炉况顺行。在一定的生产条件下，确保炉况稳定的前提下，在焦炭M40 保持在89 以上、M10 保持在5．3 以下时，高炉焦比保持在370 kg/t 的较低水平。从图1 还可以看到，与M40 相比，焦炭M10 走向曲线与入炉焦比走向曲线更加吻合，表现出较强的对应关系，可见由M10 代表的耐磨强度，往往更能影响焦比的变化，在生产中，可以更多关注M10 变化，作为对焦炭质量评价的依据。

2．2 热态强度对高炉冶炼的影响

焦炭的反应后强度CSR 是反映焦炭在高温下抵抗压力破碎的能力，是入炉焦炭在高炉内骨架作用的反映，焦炭热反应性是指焦炭在高温下与CO2发生反应的速率，一方面反映焦炭与矿石的还原反应速率，另一方面也反映焦炭在高炉内的粉化速率。焦炭的热态性能不好(CRI 高、CSR 低)，会使块状带透气性变差，软熔带位置下移，表现为中心气流变弱，边沿气流增强;炉缸中心死料柱增大，风口及回旋区的碎焦量增加，炉缸透液性变差，铁口深度减小等;这些都会严重影响高炉顺行［3］。

2014年3#高炉所用焦炭热性能及入炉焦比对比表见表2。

月均值走势对比如图2 所示(为便于对比，灰分数值进行了扩大，入炉焦比数值进行了缩小，CRI采用(100 －CRI)值)。

表2 2014年3#高炉所用焦炭热性能、灰分及入炉焦比对比表 / %

图2 2014年3#高炉所用焦炭热性能、灰分及入炉焦比走势图

从图2 可以看出，焦炭的反应后强度CSR 与反应性CRI 一般具有较强的相关性，反应后强度CSR 越高的焦炭，其反应性CRI 也越低。但要想提高反应后强度CSR，就要加大优质焦煤的使用量，对成本影响较高，对焦炭热性能，应该在保证高炉顺行的前提下，控制在合理范围。当焦炭CIR 达到23．5%以上、CSR 达到67 以下时，焦比明显升高，产量也随之下降。尤其在2014年8月，随着热态性能的变差，其中焦炭的CRI和CSR月平均值分别为24．03 和66．3，冷态强度为88．9，焦比升高到382，产量为23．89 万t。

2．3 成分对高炉冶炼的影响

2．3．1 灰分对高炉冶炼的影响

焦炭灰分是影响其热性能的重要因素，灰分对热性能的影响是通过破坏焦炭微观结构、形成焦炭裂纹造成的。因为煤的灰分在炼焦过程中会全部进入焦炭中，所以煤中灰分的高低决定了焦炭中的灰分，而焦炭中的灰分降低，有利于提高焦炭冷热强度，从而有利于高炉冶炼［1］，详见图2。考虑到炼焦煤资源的紧张，为控制炼焦成本，安钢焦炭灰分基本控制在12% ～12．5%左右。

2．3．2 挥发分对高炉冶炼的影响

挥发分是衡量焦炭成熟度的一个重要标志，焦炭中挥发分高，气孔壁的材质越疏松，耐磨强度和反应后强度就越低;相反，挥发分越低，气孔壁的材质越紧密，耐磨强度和反应后强度就越高［1］。

安钢3#高炉使用的焦炭挥发分能够长期稳定在1．17、1．16 左右，为保证焦炭质量提供了可靠的质量指标。

2．3．2 硫分对高炉冶炼的影响

铁水硫分是反映铁水质量的重要指标，是炼钢生产高级别钢种的基础。高炉中的硫80%来源于焦炭，控制焦炭中的硫含量是降低生铁中硫含量的重要措施。炼焦生产过程中，配合煤中70% ～90%的硫转化到焦炭中，配合煤中的硫含量决定了焦炭中的硫分。铁水硫分受焦炭硫分影响较大，但除了受焦炭硫分影响之外，还与高炉操作有较大关系。

2014年，安钢3#高炉使用焦炭中的硫分控制在0．86%上下，逐月焦炭硫分及铁水硫分统计详情见表3。

由于高炉生产的复杂性，高炉是否稳定顺产往往受多种因素影响，笔者是从质量管理的角度探讨了适合大高炉生产的焦炭质量，这一方面的探讨有待继续深化。