建立焦炭评价办法及应用实践

李 斌

（陕西龙门钢铁有限责任公司，陕西 韩城 715400）

铁前成本在长流程钢铁生产中占比达到80%，而低成本是企业竞争力的核心，因此铁前工序在钢铁企业中的重要性不言而喻。而影响炼铁工序生产中焦炭质量占比35%，含铁原料占比20%，生产组织占比10%，设备管理占比20%，操作技术占比15%，其中焦炭质量在整体影响过程中占比最大。炼铁操作人员一直追求低水分、低灰分、低硫、高固定碳、好的冷态强度、好的热态指标、适宜的粒级组成的“三低、一高、两好、一适宜”的焦炭质量，但在生产实际中很难保证所有指标都达到理想值。受到优质炼焦煤资源逐步枯结、焦化企业追求利润最大化的制约，焦炭的众多指标此高彼低，如何从众多的焦炭指标来评价焦炭的整体性能，是当代炼铁人及管理人员所期望的。

1 建立评价机制

1.1 确定焦炭各指标评价基准及评价范围

焦炭的理化性能检测有6大类30个小项，针对高炉生产公司目前对焦炭质量指标的检测主要是工业分析（水分、灰分、挥发分、固定碳、硫）、物理性能检测（M40/M25、M10）、冶金性能检测（CRT、CSR）、粒级组成。为尽可能将现有焦炭纳入评价体系，所以需参照当期所供应焦炭质量指标来选择。

表1中对全部焦炭指标进行了统计，对最好值、最差值进行取整操作，作为基准值、极限值，确定评价范围。但是部分指标为成对出现指标，如M25与M10，CRI与CSR，为减少重复测算影响评价结果，对于成对出现的指标只取其中一项， M25与M10仅取M10作为评价指标，CRI与CS仅取CSR作为评价指标。依据行业内同级别高炉对焦炭指标的要求、高炉炉容，结合高炉生产实际情况，CSR在65%以上对高炉指标提升的贡献量不大，太高造成资源、成本的浪费，所以调整CSR基准值为65%。干熄焦水分一般小于1%，调整水分基准值为1%。

表1 当期10种焦炭指标区间及基准值（%）

1.2 确定焦炭各指标权重

1.2.1 冷态强度、热态强度

焦炭是高炉料柱的骨架，料柱透气性的保障性物料。M25、M10是对焦炭在冷态下强度的检验，但是最终的衡量指标确是经过转鼓破坏后的焦炭粒度，即焦炭在经过一定的冷态环境下破坏之后也要保证有足够的粒度；CSR、CRI也是对焦炭粒度的检验，与前者不同的是在模拟高炉软熔带冶炼状态下的检验，最终的衡量标准也是对焦炭粒度，是对焦炭粒度在高温冶炼条件下的检验。

就目前的技术状况来判断，作为高炉炼铁骨架作用的数量至少要220Kg/t～250Kg/t左右，焦炭的这一作用目前尚不能为其它燃料所代替，基于其重要作用，设定强度指标占总评价比重的40%，其中热态指标20%、冷态指标20%。

1.2.2 焦炭粒级

近年来，随着高炉大型化、高富氧、大喷吹，焦炭粒级组成逐步成为炼铁工作都对焦炭质量评价核心内容，入炉原始粒级对焦炭劣化后粒级组成有较大影响，若冷态、热态强度稳定，原始粒级越大，则在风口区焦炭粒级组成越好，亦是影响高炉透气性、透液性的关键，设定粒级指标占总评价比重的10%。

1.2.3 灰分、固定碳

灰分是焦炭的重要指标，首先灰分增加其固定碳含量降低；其次焦炭结构中因碳素和灰分的胀系数不同，在高温作用下产生内应力，使焦炭碎裂，造成焦炭强度降低；第三是灰分大部分是SiO2和Al2O3等酸性氧化特，因此焦炭灰分增加必须增加碱性熔剂用量，从而使渣量增加、燃料比升高；第四是灰分中的SiO2，Al2O3遇到K2O,Na2O等时会发生反应形成低熔点的矿物白档石，钾霞石等，体积膨胀30%造成焦炭严重劣化。

焦炭作为高炉生产的发热剂与还原剂，固定碳含量高，其发热量高，能够为高炉生产提供更多的热量，同时单位重量焦炭所提供的还原剂也多，利于燃料比的降低，但焦炭的这个作用可以用喷吹代替燃料予以代替，将焦炭固定碳评价比重定为15%。而灰分升高而造成碱性熔剂用量增加、渣量增加、燃料比升高是不可避免的，所以灰分的权重定为10%。

1.2.4 硫含量

高炉冶炼过程中，高炉炉料带入炉内的硫，大约有20%～25%的硫由含铁炉料带入；大约75%～80%的硫来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。其负面影响有，一是硫负荷大幅增加使硫负荷升高，为了满足生铁质量要求，势必需要适当提高炉渣碱度，保证炉渣脱硫能力，由于渣碱度提高，增加了碱性熔剂用量，使单位生铁渣量增加，影响了料柱透气性，使入炉风量降低，冶炼强度降低；二是因增加熔剂后，增加熔剂用量后也使综合入炉品位有所降低，使产量降低、燃料消耗升高；三是直接影响到高炉生铁质量为脱S增加热量消耗。依据行业经验，焦炭硫含量每升高0.1%，焦比升高1.5%，结合实际进购指标，硫含量的波动范围较大，其权重定为20%。

1.2.5 水分

焦炭水分主要为游离水，在100℃以上时蒸发，且焦炭在块矿带的停留时间超过2小时，对高炉生产的影响表现在水分波动调整焦炭负荷时造成炉温波动。但在若水分较高冬季若水分较易造成顶温低，布袋放灰困难，因此在行选择焦炭，应尽量降低水分及波动，尤其在冬季更要做好水分控制。所以在确定水分权重时，夏季可适当低些，取5%，冬季根据顶温情况进行适当调整。

依据各焦炭各指标对高炉生产的影响，最终确定各指标权重（见图1），冷却强度权重20%、热态强度权重20%，粒级组成权重10%，硫含量权重20%，灰分权重10%，固定碳权重15%，水分权重5%。

图1 焦炭指标权重分布

1.3 形成评价办法

依据指标权重建立百分制评价办法，将基准值设为满分，极限值设为0分，采取退分制的原则建立评价办法如下。

表2 焦炭评价办法

2 焦炭评价体系运行效果

2.1 为焦炭分级使用提供依据

从表3可以看出，在所供应的焦炭中，煤化、海燕、阳光、中汇评分相对较好，高于70分，暂定其为主流焦炭，其余为补充焦炭。

表3 2019年1～4月份焦炭评价结果

2019年5 月份以后，通过利用焦炭评价办法，对进购焦炭指标进行全面评价，评分较高的优先在3-5#高炉（1800m3）使用，剩余部分供1-2#高炉（1280m3）使用，对于评分低的焦炭全部在1-2#高炉使用，为焦炭分级入炉提供了依据。

2.2 形成焦炭质量管理倒逼机制

通过评价评比，若某种焦炭评分较低，及时约谈供应商并提出改进要求，确保焦炭质量满足生产需求。通过焦炭评价办法形成管理倒逼机制后，焦炭指标持续向好，水分降低了1.04%，灰分降低了0.05%，CSR提高了3.27%，大于40mm粒级占比提高了6.54。整体评分达到90分以上，较评价办法运行前提高了13分，为高炉稳定顺行，经济技术指标稳定提升奠定了基础。

2.3 形成焦炭品种淘汰机制、稳定焦炭品种

通过与焦炭企业持续运行“双沟通”机制，一方面把焦炭对高炉生产的作用及影响形成课件，进行行巡回宣讲，提高焦炭企业从领导班子到操作人员对焦炭质量重要性的认识；另一方面焦炭质量出现波动时，及时进行沟通协调，共同查找原因进行提质，有效降低焦炭的质量波动。通过持续改进，到2020年5月份后，焦炭品种由最多时的14种/月，稳定到6-7种/月，整体评分结果稳定在90分以上。

3 结语

焦炭作为高炉工序的重要燃料，其每一个指标都对高炉生产有都或多或少的影响，根据炉容及区域资源情况建立相适应的评价办法，可以清晰的反应出焦炭的整体质量水平，有助于操作人员及时发现焦炭质变化进行合理调剂，实现高炉的长期顺行。从管理上进行推动，长期运行焦炭评价机制，形成质量提升倒逼机制，为焦炭的采购、高炉分级使用、淘汰不合格供方提供依据，督促焦炭质量改进创造良好的供应氛围。通过焦炭评价办法的长期运行，可促进焦炭质量的稳步提高，为经济技术指标的提升创造条件。