唐钢南区高炉3 200 m3应对焦炭质量波动的生产实践

2018-01-17曹维超范文生方丽平司新国黄亚玲王少宁

河南冶金 2017年6期

曹维超范文生方丽平司新国黄亚玲王少宁

(河钢集团唐钢公司)

0 前言

随着高炉大型化的发展，精料对大型高炉稳定顺行的决定性作用已经成为炼铁生产的共识。随着高炉喷煤比的大幅提升，焦炭的还原剂和发热剂的作用已经被部分替代，但焦炭作为料柱骨架的作用反而更加重要。这是由于高炉大型化，喷煤比大幅提升以及矿焦比的不断增加，焦炭质量对料柱透气性起着关键作用，对炉缸状态起决定性作用[1]。

近年来，行业利润大幅下降，钢铁企业都把降低成本作为一项主要课题。随着成本空间的压缩，高炉原燃料质量都呈下降趋势。特别是进入2016年9月份以来，炼焦煤价格上涨，焦炭成本大幅上升，但由于资源质量的下降和焦炭供不应求的市场状态，外购焦炭质量呈(现)劣化趋势。

唐钢南区高炉有效容积为3 200 m3，设计利用系数为2.50 t/m3d，2007年9月投产，2012年9月～11月中修，投产后南区高炉保持高产低耗，日产铁量8 000 t，煤比150 kg/t，燃料比505 kg/t。但进入2015年下半年以来，高炉炉况频繁波动，恢复困难，日产量下降到7 000 t，燃料比升高到530 kg/t。唐钢自产干熄焦焦炉为2座65孔7 m型焦炉，周转时间为24 h，标准温度为1 240 ℃、1 290 ℃，产量为150 万t/年。

唐钢南区3 200 m3高炉面对焦炭质量的波动，主要表现为焦炭冷热强度下降，灰分上升，水分波动大，炉况出现稳定性下降，炉温波动大，产量下降，燃料比大幅升高等现场，采取了一系列措施，摸索出一套应对焦炭质量波动的生产实践经验。

1 焦炭质量对高炉指标影响分析

唐钢炼焦制气厂老系统于2014年7月停产，只留一套干熄焦系统生产。南区高炉的焦炭结构正常生产情况下为40%～50%的自产干熄焦，50%～60%的外购一级湿熄焦，其中湿熄焦包括10%～20%的山西湿熄焦1和40%～50%的山西湿熄焦2。唐钢南区高炉2016下半年焦炭质量和技术指标变化见表1。

表1 2016年唐钢南区高炉焦炭质量和技术指标

注：表中成分为自产干熄焦、湿熄焦1和湿熄焦2按入炉比例的加权平均成分。

2016年9月份后，唐钢南区高炉处于炉况恢复期，技术指标较之前大幅下降，煤比维持在较低水平。从表1可以看出，入炉焦炭的灰分稳定在12.6%左右，高于一级冶金焦标准。焦炭灰分的主要成分是SiO2和Al2O3等酸性氧化物，焦炭在高炉内被加热到高于炼焦温度时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，焦炭沿灰分颗粒周围产生并扩大裂纹，使焦炭碎裂粉化，强度降低。另外，焦炭灰分中的碱金属氧化物对焦炭反应性有正催化作用，所以应该降低焦炭灰分。此外，南区高炉的焦炭水分波动大，特别是外购湿熄焦，2016年11月份，湿熄焦水分在8.1%～9.8%之间波动。实践表明，含有一定量水分的焦炭能够降低炉顶煤气温度，但水分过高且大幅波动会造成高炉热制度波动，影响炉况稳定顺行，造成高炉焦比大幅升高[2]。

1.1 焦炭冷态强度对高炉指标影响

焦炭冷态强度主要用抗碎强度M40 和耐磨强度M10来表征[3]。表1 中，唐钢南区高炉入炉焦炭M40在88%，M10在6.1%的水平，在同级别的高炉中，焦炭质量处于较低水平，且进入2016年下半年以来，焦炭质量呈下降趋势。

焦炭冷态强度M40、M10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[3]。唐钢南区高炉2016年7月～11月焦炭冷态强度M40、M10对焦比、煤比的影响分别如图1、图2所示。

南区高炉规定入炉焦炭的M40≥88%，M10≤6%，但受外购湿熄焦质量下降的影响，入炉焦炭的冷态强度难以保障。从图1和图2可以看出，随着焦炭M40下降和M10的上升，高炉焦比升高，煤比下降。这是由于焦炭冷态强度能够保持其粒度和较低的含粉率，保证高炉料柱特别是块状带的透气性，改善炉况顺行的程度。随着焦炭冷态强度的降低，焦炭抵抗料柱压力和各种侵蚀的能力下降，高炉透气性明显变差，压差升高，难以维持高煤比和低焦比。还可以看到，与M40相比，焦炭M10对焦比和煤比的影响更加显著，这与文献[4]的结论一致。唐钢南区高炉采用中心加焦的布料方式，焦炭M10差，抗磨性差，含粉率高，恶化料柱特别是中心焦的透气性，造成高炉中心主导气流弱，上部压差大，料尺行走不畅，风量波动，炉缸不活。

图1 M40对焦比和煤比的影响

图2 M10对焦比和煤比的影响

1.2 焦炭热性能对高炉指标影响

焦炭热性能主要用热态强度CSR和反应性CRI来表征。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[5]。唐钢南区高炉2016年7月-11月焦炭热态性能CRI、CSR对焦比、煤比的影响如图3、图4所示。

图3 CSR对焦比和煤比的影响

图4 CRI对焦比和煤比的影响

从图3和图4可以看出，唐钢南区高炉CSR在67%水平，CRU在23.5%水平，在同级别高炉中焦炭质量属于中下。随着CSR降低和CRI的升高，高炉焦比也呈显著上升趋势，煤比下降，且CSR对焦比和煤比影响的趋势更加显著。生产实践中，南区高炉使用热性能劣化的焦炭后，下部压差升高，风口活跃性差，风口容易烧坏破损，铁水硫易出现超标，燃耗上升。

2 应对措施

2016年11月初，唐钢自产干熄焦系统检修，生产少量湿熄焦，加之外购湿熄焦价格上升，质量大幅波动。唐钢南区高炉11月5日和11月6日的焦炭质量指标见表2。

表2 唐钢南区高炉焦炭质检成分

注：自产湿熄焦与自产干熄焦配比不同。

从表2可以看出，11月5日和11月6日的入炉焦炭质量波动很大，M10基本都在6.0%以上，山西湿熄焦1最高达到了7.4%；M40大幅下降，最低为85%；热性能除了山西湿熄焦2外，其他三种焦炭都出现严重劣化，自产干熄焦CSR最低仅为64.18%，CRI最高达到了26.15%；此外，三种湿熄焦的水分波动很大，最高达到了9.6%。11月5日之前焦炭配比为40%自产干熄焦+20%山西湿熄焦1+40%山西湿熄焦2，11月5日白班改为40%自产干熄焦+20%自产湿熄焦+40%山西湿熄焦2，11月5日～11月10日期间，焦炭配比保持为40%自产干熄焦+20%自产湿熄焦或山西湿熄焦1 +40%山西湿熄焦2。

质量较差的焦炭入炉后，经过一两个冶炼周期的反应，高炉顺行出现明显变化。开始表现为上部压差增大，小幅度的偏滑尺，之后发展为风口不活跃，几个铁口渣铁分布不均，铁水硫含量波动大，再之后变现为风量波动大，料尺不畅，有小幅度窜气，焦比上升，产量下降，期间19号风口小套烧坏。11月5日～11月12日的技术指标见表3。

表3 唐钢南区高炉2016年11月初技术指标

从表3可以看出，11月7日开始，由于高炉透气性变差，炉况波动，利用系数下降，焦比上升，煤比大幅下降。面对劣化的焦炭指标对高炉顺行的影响，南区高炉采取了一系列措施。

2.1 降低焦炭负荷

现代大型高炉采用大矿批、高焦炭负荷的装料制度，但当原燃料条件恶化，特别是粉末增加时，透气性变差，不宜扩大矿批、增加焦炭负荷。应对焦炭质量劣化，唐钢南区高炉首先采取逐步降焦比、退矿批的措施。11月7日中班入炉焦比由435 kg/t提高到445 kg/t，11月8日白班入炉焦比由445 kg/t提高到455 kg/t，同时矿批由77 t降低到75 t，焦炭负荷由3.90 t/t降低到3.81 t/t。采取上述措施之后，高炉压差明显降低，透气性变好，中心气流也由弱变强，提高炉况抗波动能力，减小焦炭质量劣化对高炉的影响程度。

2.2 合理的操作制度和热制度

面对焦炭质量劣化引起的高炉透气性下降和炉缸状态恶化，南区高炉调整操作制度，控制整个料柱压差，操作压差比正常时低5 kPa ～10 kPa，减少或避免出现管道或大幅度滑尺，造成炉况难行。焦炭冷热强度下降，导致高炉炉况焦炭粉末多，恶化炉缸死料柱的透气性和透液性，造成高炉下部压差高，炉缸工作不活跃。保持合理的热制度对炉缸的活跃性至关重要。炉况波动后，南区高炉按照高炉温和低碱度的操作方针，铁水炉温控制不低于0.5%，炉渣二元碱度不大于1.15，控制炉温为0.5%时，铁水含硫不低于0.03%，保持铁水和炉渣具有适宜的流动性，保证炉缸活性。对于质量较差焦炭，采用分仓上料的方式，质量较好和质量差的焦炭分仓入炉，减少劣质焦炭入炉比。加强焦仓筛网的维护，堵塞和损坏的筛网及时检修和更换，减少入炉的焦炭粉末。加强炉前出铁组织，减少出铁间隔，提高渣铁出尽率，必要时采用双场重叠出铁，避免渣铁未出尽造成的炉内憋压。