提高煤比对原燃料质量的要求

陈广成

(马钢股份公司采购中心 安徽马鞍山 243000)

1 高炉原燃料的使用

高炉使用的原燃料有冶金焦炭、喷吹煤粉、烧结矿、球团矿、块矿。冶金焦炭是由不同结焦特性的单种煤，按一定比例配合、生产而成；喷吹煤粉是由烟煤和无烟煤混合而成；烧结矿是含铁粉矿混合烧结后的产品；球团矿是以铁精粉为原料生产的；块矿是由原矿破碎直接所得。

马钢炼焦生产技术国内领先，生产的焦炭在热态、冷态强度、反应性、反应后强度、灰分和挥发分控制及稳定性等各方面都优于外购焦炭。马钢高炉生产用焦炭主要以自产焦炭为主，少量外购。

进口矿占烧结矿含铁原料的90%以上；造球精粉主要是来自马钢自有矿山，少量外购高品质精粉做补；入炉块矿主要来自澳洲，少量自产低品块矿。

马钢一直致力于在煤比提高上的分析、研究，近几年高炉煤比也在稳步提升，目前各高炉煤比长期稳定在140 kg/t以上，部分高炉煤比可以达到180 kg/t的水平。

2 高煤比对煤粉、焦炭质量的要求

2.1 喷吹煤粉的质量是影响煤比提高的最直接因素，提高煤比贵在提高有效煤比

燃烧性能要好。由于风口前碳多氧少，温度超过CO2稳定存在的温度，在风口有限的空间、时间内，可以充分的燃烧，降低未燃煤粉量。高煤比一般要求煤粉燃烧率要达到70%-80%。

胶质层厚度要低。胶质层厚度大，未燃煤粉在风口前容易结焦，影响风口的正常进 风，甚至造成风口设备事故。

可磨性要好，粒度控制合适。可磨性好有利于粒度控制。为了保证喷吹煤粉的流动性，煤粉粒度一般要求无烟煤-200目的应达到80%-85%，烟煤-200目的达到 50%-65%。

含硫量要低。煤粉是从炉腹喷入高炉，为改善生铁的质量，要求煤粉的硫分要低，一般要求小于0.7%。

2.2 焦炭在高炉内起“骨架”作用，稳定料柱

煤比提高后，焦比降低，矿焦比增大，整个料柱中焦炭层厚度、焦窗面积减小，软熔带阻力加大，在渣量较大时，这种现象更为突出；同时，煤比提高意味着风口区煤气量剧增，要求料柱特别是炉腹区域的透气性要高。

因此，高煤比对焦炭质量提出了更高的要求。

冷态强度。冷态强度反应焦炭内部裂纹的多少及严重程度。

煤比提高后，焦炭在高炉内停留时间延长，荷重增加，溶损率提高，受到的侵蚀及热应力破坏作用更加明显；同时初始煤气流中H2含量明显增加，实践证明由于还原产物H2O在高温下与焦炭产生H2O+C=H2+CO反应，使溶损上升，强度下降。

冷态强度一般以M40和M10来衡量，高炉中焦炭的M40>80%，M10<10%，在行业内已经得到了普遍认可。

热态强度。焦炭的反应性(CRI)是指焦炭的化学稳定性，反应后强度(CSR)是指焦炭在炉内的高温强度。CRI越低，CSR越高，焦炭的热态性能就越好，在炉内支撑料柱的作用就越强。CRI<25%，CSR>60%有助于高炉煤比的近一步提高。

挥发分、灰分含量。挥发分高，焦炭气孔壁材质疏松，耐磨强度和反应后强度就低。焦炭的灰分与强度几乎成线性关系，即灰分增加，强度下降。

马钢生产使用焦炭的M10、M40、CSR和CRI数据如下：

指标(%)M10M40CSRCRI灰分挥发分自产焦炭5.5089.0068.5023.2512.51.3外购焦炭5.7087.9062.3828.0512.81.6

高质量的焦炭为煤比的提高打下了坚实的基础。

3 铁矿石质量对煤比提高的影响。

高炉生产实践证明，提高产能和煤比的限制性环节在下部透气性和透液性的好坏，特别是大量喷煤的高炉，由于料柱中焦炭体积比下降，焦炭裂化，未燃煤粉等对炉腹渣的流动性均有较大影响。提高高炉下部的透气性和透液性就尤为重要。

3.1 渣量对煤比的影响

某钢生产实践表明，渣比在280 kg/t-290 kg/t时，高炉喷煤比最高达到195 kg/t-200 kg/t；当渣比降至230 kg/t-240 kg/t时，喷煤比可达250 kg/t以上。

提高入炉含铁料综合品位，降低烧结矿种的SiO2含量是降低渣比的主要措施。

马钢生产系统入炉综合品位在58%以上，烧结矿中SiO2含量控制在5.5%以下以降低渣量。目前高炉渣比区间在300 kg/t-350 kg/t，部分高炉控制在300 kg/以内，对煤比的提高做出了积极贡献。

3.2 炉渣透气性、流动性对煤比提高的影响

下图是高炉炉渣中Al2O3含量与粘度和脱硫系数的对应关系。

图2 高炉炉渣中Al2O3含量粘度和脱硫系数的对应关系

从图中可以看出，随着炉渣中Al2O3含量的增加，炉渣粘度相应升高，流动性变差，当Al2O3含量从17%增加到20%时，粘度增加十分明显。同时，随着Al2O3从17%-20%逐渐升高，硫在渣中的分配系数逐渐降低，对脱硫不利。

燃料带入高炉的Al2O3占很大的比例，煤粉的灰分及Al2O3含量均低于焦炭，提高煤比，降低焦比不但可以降低成本，同时可以有效的控制Al2O3含量，Al2O3的降低对煤比的提高及配矿结构调整均有利，他们之间的相互作用相辅相成。

随着精料技术的进步，渣量降低，渣中Al2O3的浓度相对升高，因此控制入炉料Al2O3含量尤为重要。高品低铝铁矿石资源一直受到高度追捧的原因就在于此，当前铁矿石中铝含量的扣罚力度增加明显，1%的Al2O3的扣罚从一年前的2美元上升至目前的8美元左右。

马钢生产实践证明，当渣中Al2O3含量超过16%时，高炉就会出现不稳定迹象，因此，目前高炉渣中Al2O3控制在16%以下，这对煤比的提高有一定的积极作用。

3.3 碱金属等有害杂质含量低

碱金属不但对炉底和炉衬材料侵蚀、循环富集造成高炉结瘤，更要命的是对焦炭的气化反应的催化作用明显，使得焦炭的反应性迅速提高，反应后强度急剧降低，破坏焦炭的骨架作用和高炉的透气性。从而制约了煤比的提高。

由于钢材产品的高要求及环保因素的影响。铁矿石中的其他有害元素如：P、S等必须严格控制以降低生产工序成本。

4 结论

精料是高炉顺行的基础，也是煤比提高的基础。提高煤比对原燃料总的要求是：

煤粉自身的燃烧性能好，可磨性好，杂质含量低，以确保煤粉燃烧效率，是煤比提高的先决条件。

提高焦炭强度，降低其灰分和挥发分，确保其骨架作用及料柱的透气性是煤比提高的基础。

提高入炉原料的综合品位，降低渣量，控制原燃料中Al2O3的含量，提高炉渣的透液性和流动性，控制碱金属等有害元素含量，减少对焦炭的破坏作用。

提高矿、焦的筛分效率，减少入炉粉末量，增加料柱透气性。