高炉生产优化对高质量焦炭的新要求

张倍恺 赵阳 姬文超 胡冠宇

摘 要：钢铁工业一直是我国工业发展的支柱之一，随着工业技术的不断发展，高炉大型化、高富氧环境下的大喷煤技术都为高炉生产带来新的大的变革。而为了应对高炉生产的不断优化，焦炭的质量要求也有了新的变化。本文首先说明在我国钢铁工业中焦炭的重要性，之后就高炉优化生产对于焦炭质量的要求进行具体说明，在有已经暴露出的一些问题中进行针对性的思考，提出个人的想法，希望可以帮助我国钢铁工业的健康高效发展。

关键词：高炉生产；高质量焦炭；钢铁冶炼

钢铁工业与焦炭的关系极为密切，上世纪90年代，焦炭生产推动了钢铁工业的高速发展，而现今钢铁高炉生产的发展又拉动焦炭质量的进一步发展。煤炭在我国能源消耗结构中占据了主体地位，因此这也决定了钢铁工业的生产与煤炭质量的密切相关。

一、焦炭对于高炉生产的重要性

我国的能源结构中，煤炭资源占据了主要地位，在钢铁工业中，使用的一次能源的80%都是煤炭。而焦炭对于钢铁生产的意义极为重要，是维持高炉稳定的一项关键性因素，其主要作用分为两个部分：第一，化学作用。焦炭在钢铁冶炼的原理反应中作为将矿石中的铁元素还原出来的还原剂，是目前进行钢铁冶炼的核心要素。其具体原理是，焦炭与鼓风机提供的混合气体发生不完全氧化还原反应，混合气体主要有二氧化碳与氢气等还原性气体，生成一氧化碳，因此对于焦炭参与钢铁冶炼的反应是一个间接还原反应。这一部分主要发生在高炉的中上部分，而一氧化碳会在高炉下部与钢铁冶炼原料，也就是氧化铁矿石发生反应，得到粗制的钢铁粗胚。第二，物理反应。焦炭被主要放置在高炉上部，其主要需要为高炉提供足够可靠的支撑，为高炉加热与参与反应的气体提供稳定通畅的气体通道，并且在焦炭参与反应之后，还需要能够承受料柱的重量，提供稳定支撑的同时不会出现破碎状况，因此还需要具备一定的强度。

二、高炉生产优化对焦炭生产提出的新要求

我国现代化绿色发展对于各行各业都有了新的要求，在提高钢铁生产产量的同时还要努力实现生产的绿色化，消除有害排放，实现可持续发展，因此高炉生产的优化对于焦炭质量提出了新的要求。

2.1 焦炭的传统一般要求

焦炭用于高炉生产已经有一段时间的历史，因此已经有一个较为完善的基础要求。其主要是对于焦炭含有的其他化学元素杂质的含量提出了新的要求。首先是对于焦炭中硫元素的含量要求。硫元素在钢铁生产中是一种影响极大的有害元素，而在钢铁生产中的主要硫元素来源就是焦炭。煤炭矿石在开采脱硫之后投入使用，但是由于技术问题，不能完全去除，因此在实际高炉生产中要根据焦炭含硫度调整炉渣碱度。其次是对于焦炭中碳元素晶向的要求，需要利用高晶度化的焦炭以降低焦炭的反应率与对于焦炭反应过后强度的提高。再就是对于焦炭灰分的要求，灰分对于钢铁冶炼而言具有较大危害，应當降低其灰分比例。

此外对于焦炭的物理性质也有一定的要求，这里主要指焦炭的粒度，粒度的大小对于高炉生产有着重要影响。粒度较小的焦炭会造成高炉透气性不足，对于高炉整体运行会产生一定的危害。并且会影响煤气在高炉内壁的均匀分布，造成高炉的热负荷增加，不利于高炉的持续工作。

2.2 高炉生产优化条件下的新要求

我国经济发展高速期已经过去，目前国家在依旧重视生产量的保证的同时，还对于产业的生产质量提出了新的要求，因此大型高炉生产成为高炉生产发展的主要方向，并且融入了电子计算机控制系统，传统的焦炭评价指标已经不足以完全评估新的大型化高炉需求的焦炭质量，其要求的主要特点有如下几点：第一，高炉大型化之后，料柱的高度也随之扩大，这就导致高炉的透气性更差，为了更好适应这一问题，在焦炭质量性能中加入了热性能要求，也就是对于不同容积的高炉设置不同的焦炭质量标准，其中对于有害杂质的含量标准也降低到了3kg/t。

三、中国炼焦行业与焦炭质量存在的问题

我国焦炭炼制行业存在一些问题，这限制了我国炼焦行业的发展，为了搞好适应高炉优化生产的需求，要对这些问题需要进行分析探讨。

3.1 我国炼焦行业的不完善

我国的炼焦行业存在许多问题，其中主要问题有以下几点：第一，普遍存在的炼焦炉较小，其炼焦效率不高，并且对于环境的污染较大，低水平的技术在炼焦行业中占据了现存的三分之一。第二，炼焦副产品的回收利用不足。在行业中，许多企业的焦炭煤气净化的水平参差不齐，对于焦炭生产的副产品，也就是煤气等等存在极大的浪费现象。对于一些珍贵化学元素的回收利用不足，不仅仅是一种极大的浪费，更加会对环境造成极大的危害。第三，对于炼焦产生的废品处理不足。由于煤炭矿石存在大量的杂质，因此在进行炼焦生产之后会出现许多需要后期处理，主要是废气、废水以及废渣需要进行后期处理。但是目前的处理形式不容乐观，对于炼焦产生的废气、废水以及废渣的处理难度较大，大部分企业对于炼焦废弃物的处理简单粗暴，隐藏了极大的危害。第四，焦炭生产种类不均衡，我国主要焦炭生产的种类集中在冶金与铸造两个方向，对于铁合金、化工行业等等的焦炭炼制能力不足。第五，炼焦行业的炼焦煤处理技术发展不足，炼焦的原料中存在含量不等的杂质，需要在炼焦之前进行科学的加工处理，而目前的技术瓶颈导致焦炭质量的难以提高。

3.2 外部环境问题

炼焦行业涉及主要外部问题有如下三点：第一，炼焦煤资源的紧缺。我国虽然是一个煤炭大国，可开采总量达到了世界第三，但是我国的炼焦煤占比只有四分之一，而近年来我国钢铁工业产能不断扩大，而由于大量中小企业的技术发展较慢，因此造成了极大的资源缺口。第二，运输能力不足。我国的货运铁路设施对于炼焦煤的运输能力发展较慢，而我国国土面积较大，煤矿区域与铁矿区域并不重叠，因此有极大的运输需求。第三，也因为我国的炼焦煤产地分布不均，一些区域的开采配套设施建设成本较大，例如野外开采的员工生活所需，也极大的限制了炼焦行业的发展。

四、应对炼焦行业现状的一些思考

对于以上的一些问题，也结合我国未来的发展形势，笔者对于高炉优化生产的条件下焦炭质量提高提出一些个人的思考，希望对于钢铁行业的稳定快速发展提供一定的参考价值。

对于炼焦煤基地的选择需要注意以下几点：第一，煤质较好，含硫量较低、含碳量较高、可加工性强；第二，地理位置，运输位置条件优越，周边工人生活成本不高。第三，其中煤的种类结构均匀，主焦煤、肥煤、气煤、瘦煤、1/3焦煤等等各部分达到较为优化的配比。

再有就是对于原料煤的粉碎优化处理，通过将原料煤进行科学的处理，可以有效帮助提升焦炭的质量。在进行焦炭生产之前将各种类的煤原料进行区别粉碎处理，对于硬度较大的煤炭矿石需要进行细粉碎处理，而硬度较低的要处理成为一些较大颗粒，提升煤的结焦性，减少焦炭的裂纹。

五、结语

钢铁工业是我国主要实体产业的重要支柱，对于我国经济的高质量稳定发展而言有着极为重要的意义。我国钢铁工业的发展促进了高炉生产的优化升级，这对于钢铁所需的焦炭原料提出了一些新的要求。面对新的要求，需要重视科学分析，积极探索，取得更好的发展。

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