浅谈龙钢高炉焦炭生产应用实践_原料_炼铁文献_技术文献

浅谈龙钢高炉焦炭生产应用实践

薛伟峰李斌宜王荣利

（陕钢集团龙钢公司炼铁厂，陕西韩城，715405）

摘要：通过对龙钢炼铁厂高炉所使用焦炭的冷态、热态性能进行分析，并结合焦炭在高炉生产中的理论知识，分析了焦炭对高炉生产的影响，焦炭质量直接影响高炉产量及各项指标明显得到提升。

关键词：高炉；焦炭；性能；冶炼

1 概述

龙钢炼铁厂拥有烧结机3座，265m²烧结机1座、400m²烧结机1座、450m²烧结机1座；拥有高炉5座，1280 m³高炉2座、1800 m³高炉3座；球团矿竖窑2座，12 m²竖窑1座、16 m²竖窑1座。高炉焦炭主要使用附近海燕焦厂、煤化焦厂和中汇焦厂三家焦炭，补充附近部分山西区域焦炭，供应焦炭为一级焦炭。海燕、中汇焦炭、山西区域焦炭以汽运方式进购、煤化焦炭以管带方式进购。汽运按天分类分垛堆放，管带按筒仓顺行进购。高炉焦炭用料制度标准执行“大高炉优于小高炉、按品种厂家分仓供应高炉”的原则。

随着高炉提高富氧、喷煤的强化冶炼措施后，高炉的冶炼发生了很大变化，一个突出的问题表现为对焦炭的骨架作用要求更高。随着煤比不断提高，焦炭负荷越来越重，焦炭的冶金性能及质量越来越显得很重要。分析高炉技术经济指标的提升，离不开焦炭质量的提高，表1为炼铁厂2019年产量及技术指标。

表1 炼铁厂2019年产量及技术指标

月份	生铁产量ｔ	利用系数t/m³d	燃料比kg/tFe	入炉焦比kg/tFe	喷煤比kg/tFe	焦炭负荷t/t	冶炼强度t/m³d	生铁Si %	煤气利用率%	风温℃	富氧率%
1月	570955	2.64	538	389	149	4.34	1.59	0.45	46.94	1161	2.47
2月	675082	2.74	531	379	152	4.37	1.63	0.43	47.20	1183	2.63
3月	604888	2.71	534	389	145	4.29	1.64	0.42	46.97	1185	2.69
4月	660001	2.71	528	379	149	4.39	1.65	0.42	47.11	1179	2.70
5月	650788	2.75	521	375	146	4.42	1.64	0.38	47.20	1184	2.68
6月	643694	2.63	532	378	153	4.42	1.61	0.41	46.83	1185	2.69
7月	638913	2.70	522	373	150	4.46	1.62	0.38	47.03	1187	2.88
8月	677111	2.74	519	369	150	4.48	1.64	0.36	47.29	1185	2.86
9月	690074	2.80	518	368	150	4.47	1.67	0.37	47.36	1187	3.09
10月	651514	2.75	521	373	149	4.45	1.65	0.38	47.25	1187	3.09
11月	670597	2.73	514	371	143	4.44	1.62	0.39	47.19	1178	3.11
12月	644781	2.72	525	379	148	4.36	1.66	0.40	47.12	1181	2.86

2 焦炭在炉内的作用及变化

2.1 焦炭在炉内的作用

焦炭在炉内的作用有：（1）作为燃料，提供热量；（2）作为还原剂和渗碳剂；（3）作为料柱骨架。高炉采用喷吹燃料技术以来，焦炭已不是高炉唯一的燃料，风温水平的提高，高炉热量收入中焦炭燃烧所占比例也显著减少；焦炭作为还原剂和渗碳剂的作用不变；但随焦比降低，焦炭作为料柱骨架、保证渗碳性的作用显得更加重要。

2.2焦炭在炉内的变化

焦炭在炉内的块状带变化不大；自炉身中部开始，焦炭平均粒度变小、强度变差。造成焦炭在高炉内劣化的主要因素有：机械破坏作用、高温热应力、碳熔反应、碱金属的侵蚀等。

3 焦炭的冶金性能

焦炭的冷态性能（M25、M10）是评价焦炭性能的一项重要指标，它模拟的是焦炭在炉内块状带的行为，反映炉内该区域焦炭的机械强度；焦炭的热态性能（CRI、CSR）模拟的是焦炭在炉内中部的行为。表2为高炉2019年所用主流焦炭质量指标。

表2 高炉2019年主流焦炭质量指标

月份	厂家	水分	灰分	挥发分	固定碳	硫	M25	M10	CRI	CSR
1月	海燕	5.04	12.22	1.16	86.66	0.73	93.12	4.93	29.10	62.87
1月	煤化	2.74	13.01	1.01	86.02	0.77	94.21	4.07	30.43	60.47
2月	海燕	6.66	12.22	1.15	86.66	0.74	93.01	5.57	28.04	63.55
	中汇	8.33	12.33	1.17	86.51	0.73	91.58	5.64	32.13	59.17
	煤化	2.35	13.00	1.04	85.99	0.76	94.70	4.10	27.13	65.36
3月	海燕	6.15	12.26	1.24	86.53	0.71	93.29	5.17	29.10	62.79
	中汇	7.69	12.37	1.25	86.39	0.72	91.32	5.80	32.97	59.36
	煤化	3.25	12.99	1.09	85.96	0.75	94.39	4.13	27.56	65.13
4月	海燕	5.91	12.24	1.23	86.54	0.73	93.23	4.96	28.62	63.57
	中汇	5.43	12.34	1.20	86.47	0.74	92.01	5.24	29.83	63.72
	煤化	2.71	12.96	1.12	85.96	0.75	94.10	3.97	28.69	63.92
5月	海燕	5.21	12.24	1.22	86.53	0.75	92.80	5.01	29.20	62.82
	中汇	5.70	12.19	1.28	86.52	0.75	91.42	5.59	30.14	61.57
	煤化	3.97	12.92	1.10	86.00	0.75	90.26	4.24	30.48	62.83
6月	海燕	8.95	12.37	1.26	86.32	0.73	92.79	5.36	28.44	64.09
	中汇	7.13	12.47	1.22	86.27	0.73	91.43	6.27	27.26	66.76
	煤化	4.75	12.96	1.09	85.93	0.73	93.68	4.70	27.28	65.61
7月	海燕	6.34	12.27	1.23	86.39	0.72	92.77	5.38	29.48	63.26
	中汇	6.12	12.34	1.20	86.39	0.73	91.61	5.94	28.41	65.21
	煤化	3.61	12.74	1.06	86.17	0.71	93.66	4.61	28.18	64.50
8月	海燕	5.32	12.29	1.25	86.34	0.73	92.33	5.61	29.65	62.82
	中汇	6.05	12.24	1.19	86.44	0.72	91.75	5.61	29.11	64.73
	煤化	2.10	12.76	1.04	86.14	0.72	93.64	4.68	29.17	62.92
9月	海燕	6.87	12.23	1.32	86.38	0.72	92.48	5.15	28.50	64.72
	中汇	6.49	12.19	1.32	86.40	0.73	91.79	5.42	29.90	63.70
	煤化	3.06	12.83	1.20	85.95	0.74	93.44	4.76	28.08	63.99
10月	海燕	5.60	12.40	1.32	86.21	0.72	92.38	5.24	28.42	65.33
	中汇	6.92	12.37	1.35	86.25	0.72	91.99	5.20	29.43	64.13
	煤化	3.74	12.77	1.17	86.04	0.69	92.98	5.32	29.50	61.30
11月	海燕	5.85	12.21	1.32	86.48	0.72	92.54	5.09	27.67	65.57
	中汇	5.77	12.48	1.31	86.21	0.72	91.79	5.22	29.42	63.94
	煤化	3.37	12.94	1.11	85.98	0.74	93.57	4.55	30.67	59.26
12月	海燕	5.03	12.03	1.32	86.70	0.74	92.98	4.93	25.98	67.88
	中汇	6.29	12.45	1.37	86.22	0.73	91.80	5.30	28.54	65.16
	煤化	2.43	12.81	1.08	86.15	0.75	93.53	4.50	28.48	61.63

从表2可见：（1）焦炭反应性及反应后强度波动范围大，而M25、M10波动范围较小，几乎反映不出焦炭强度的变化；（2）焦炭冷态性能与热态性能没有相关关系，说明影响焦炭的因素在炉内上部和中部是不全相同的。

4 焦炭质量对高炉冶炼的影响

4.1 焦炭水分对高炉冶炼的影响

焦炭水分的波动势必引起称量不准而影响高炉炉况的稳定，并导致铁水中硅、硫含量的变化。水分过高，焦沫粘附在焦块上，影响焦炭筛分并随焦块带入炉内；如果焦沫不能全部随煤气吹出，将影响高炉透气性和透液性，严重时造成炉缸堆积。

从龙钢高炉生产实践过程分析，焦炭水分控制4.0%以下时，对高炉冶炼影响不大；焦炭水分超过4.0%时，则高炉布袋灰量及布袋灰含碳量明显上升，高炉顺行稳定性差。

4.2 焦炭灰分对高炉冶炼的影响

焦炭在高炉内被加热至高于炼焦温度时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，沿着灰分颗粒周围产生碎裂，含粉增加。焦炭的灰分与强度几乎成现性关系，即灰分增加，强度下降。

从表2可见，焦炭灰分逐步降低，焦炭的热态则逐步提高，而高炉的技术经济指标也逐步提升。煤化焦炭灰分超出龙钢公司内控标准，进一步降低，高炉可获得更高的技术经济指标。

4.3 焦炭挥发分对高炉冶炼的影响

焦炭的挥发分含量影响焦炭的耐磨强度和反应后强度。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；挥发分低，焦炭气孔壁材质致密，耐磨强度和反应后强度就高。焦炭的挥发分含量与炼焦最终温度有关，是焦炭成熟程度的标志；提高炼焦最终温度与延长焖炉时间，使结焦后期的热分解与热缩聚程度增强，使焦炭挥发分含量降低，从而改善焦炭的质量。

从表2可见，海燕、煤化、中汇焦炭挥发分含量控制在1.30%以下，能满足高炉生产的要求。

4.4 焦炭冷态性能对高炉冶炼的影响

焦炭的耐磨强度（M25）和破碎强度（M10）是反映焦炭冷态性能的重要指标。冷态性能好的焦炭，即较高的（M25）和较低的（M10），可以保证入炉焦炭有较好的粒度组成和较低的含沫量，有利于提高高炉块状带的透气性，改善高炉炉况顺行程度。入炉含沫量低，还可改善炉缸工作状况。高炉目前不断追求强化冶炼，十分重视焦炭的热态性能，但冷态性能也不能忽视而且也十分重要。随着焦炭负荷的不断增加，改善块状带透气性也是突出的问题。

从表2可见，海燕、煤化、中汇焦炭耐磨强度（M25）控制在92%以上、破碎强度（M10）控制在6%以下，能满足高炉生产的要求。

4.5 焦炭热态性能对高炉冶炼的影响

焦炭的反应性（CRI）反应后强度（CSR）是评价焦炭热态性能的重要指标；CRI是指焦炭的化学稳定性，CSR是指焦炭在炉内的高温强度。CSI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。

从表2和龙钢高炉生产实践过程分析，焦炭的热态性能逐步提高，高炉的技术经济指标也得到逐步提升。高炉技术经济指标进一步突破，还需提高焦炭的热态性能。

5结语

（1）龙钢高炉对焦炭的认识经历了由重视冷态性能到同时重视热态性能的转变，其经济技术指标的提升很大程度上归功于焦炭热态性能的改善。

（2）焦炭质量及性能的波动对高炉冶炼的影响不可忽视。

（3）高炉技术经济指标进一步突破，需降低主流焦炭的水分、灰分，以及提高主流焦炭的热态性能。

参考文献

[1] 周传典高炉炼铁生产技术手册[M]，北京：冶金工业出版社.

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