淺談焦炭質量對高爐冶煉的影響

摘要：本文根據筆者多年的工作經驗，并結合焦炭對高爐生產的理論知識，以馬鋼2500m3高爐為例子，研究了焦炭質量對高爐冶煉的影響，最后從而提出了高爐冶煉對焦炭質量的要求，供業內人士參考。

關鍵詞：焦炭質量；高爐冶煉；影響；要求

隨著高爐采用富氧大噴煤為代表的強化冶煉措施后，高爐的冶煉發生了很大的變化，一個突出的表現就是對焦炭的骨架作用要求更高。隨著煤比不斷提高，焦炭負荷越來越重，焦炭的冶金性能也越來越受到重視。目前國內大型高爐技術經濟指標不高，大多是受原燃料條件尤其是焦炭質量的限制。本文就從焦炭的質量對高爐冶煉的影響進行分析。

1 焦炭質量對高爐冶煉的影響

1.1焦炭水分對高爐冶煉的影響

焦炭水分的波動勢必引起稱量不準而影響高爐爐況的穩定，并導致鐵水中硅、硫含量的變化。水分過高，焦粉粘附在焦塊上，影響焦炭強度和篩分，將焦粉帶人爐內；如果焦粉不能全部隨煤氣吹出，將影響高爐透氣性和透液性，嚴重時造成爐缸堆積。從馬鋼2500m3高爐生產實踐過程得知：當焦炭水分控制在4.0%以下時，對高爐冶煉影響不大。當焦炭水分超過4.0%時，則人爐含粉率、爐塵量以及爐塵含炭量將明顯上升，高爐順行狀態變差。

1.2焦炭灰分對高爐冶煉的影響

焦炭在高爐內被加熱至高于煉焦溫度時，由于焦質與灰分的熱膨脹性不同，沿灰分顆粒周圍產生裂紋，使焦炭碎裂，含粉增加。焦炭的灰分與強度幾乎成線性關系，即灰分增加，強度下降。從表1中可見，馬鋼2500 m3高爐自投產以來，焦炭灰分逐年下降，焦炭的熱態性能則逐年提高，而高爐技術經濟指標也呈逐年提高之勢。焦炭灰分控制在12%以下，高爐生產可以獲得比較先進的技術經濟指標。

1.3揮發分對高爐冶煉的影響

焦炭的揮發分含量影響焦炭的耐磨強度和反應后強度。揮發分高，焦炭氣孔壁材質疏松，耐磨強度和反應后強度就低；揮發分低，焦炭氣孔壁材質致密，耐磨強度和反應后強度就高。焦炭的揮發分含量與煉焦最終溫度有關，是焦炭成熟程度的標志；提高煉焦最終溫度與延長燜爐時間，使結焦后期的熱分解與熱縮聚程度增強，使焦炭揮發分含量降低，從而改善焦炭的質量。馬鋼2500 m3高爐作焦炭的揮發分含量控制在1.2%以下，終點溫度和結焦時間分別為l050℃和20 h；焦炭的冷態和熱態性能均能滿足高爐的要求。

1.4焦炭的冷態改組對高爐冶煉的影響

焦炭的耐磨強度（M40）和搞碎強度（M10）是反映焦炭冷態性能的重要指標。冷態性能好的焦炭，即較高的M40和較低的M10，在篩分設備能力一定的條件下，可以保證人爐焦炭有較好的粒度組成和較低的含粉率，有利于提高高爐塊狀帶的透氣性，改善高爐爐況順行。人爐含粉率低，還可改善爐缸工作狀況。雖然目前高爐不斷追求強化冶煉，十分重視焦炭的熱態性能，但冷態性能也不可忽視而且也十分重要。隨著焦炭負荷不斷地增加，改善塊狀帶透氣性也是突出的問題。從表1可見，2000年以后，馬鋼2500m3高爐用焦炭的冷態強度有了明顯的改善，這為高爐順行和穩產、高產創造了必不可少的條件。從馬鋼2500m3高爐的生產實踐可知，大型高爐的焦炭，M40在85%以上、M10在7%以下是可以滿足高爐生產的要求。

1.5焦炭熱態性能對高爐冶煉的影響

焦炭的反應性（CRI）和反應后強度（CSR）是評價焦炭熱態性能的重要指標；CRI是指焦炭的化學穩定性，CSR是指焦炭在爐內的高溫強度。CRI越低，CSR越高，焦炭的熱態性能就越好，在爐內支撐料柱的作用就越強。有些冶金工作者提出：CRI<28%，CSR>60%，就可以滿足大型高爐冶煉的要求；但從馬鋼2500m3高爐這幾年的生產實踐看，焦炭熱態性能僅達到這樣的水平是不能滿足大型高爐冶煉的要求，高爐經濟技術指標較低。2000年以后，馬鋼的焦炭工作者在提高焦炭熱態性能方面做了大量工作并以寶鋼的焦炭質量為目標，焦炭的熱態性能有了明顯的改善；特別是2002年，CRl達到25%以下、CSR達到66%以上，已與寶鋼的焦炭十分接近。這為馬鋼2500m3高爐生產創造先進的經濟技術指標，提供了保障。

2 高爐冶煉對焦炭質量的要求

2.1焦炭的化學成分

焦炭的化學成分常以焦炭的工業分析來表示。工業分析項目包括固定碳、灰分、硫分、揮發分和水分的含量。

2.1.1固定碳和灰分

焦炭中的固定碳和灰分的含量是互為消長的。固定碳按下式計算：

ω（C固）=[100-（灰分十揮發分十硫）]%

要求焦炭中固定碳含量盡量高，灰分盡量低。因為固定碳含量高，發熱量高，還原劑亦多，有利于降低焦比。生產實踐證明：固定碳含量升高l%，可降低焦比2%。焦炭中灰分的主要成分是Si、A。灰分高，則固定碳含量少，而且使焦炭的耐磨強度降低，熔劑消耗量增加，渣量亦增加，使焦比升高。生產實踐還證明：灰分增加l%，焦比升高2%，產量降低3%。我國冶金焦炭灰分一般為ll%一14%。

2.1.2硫和磷

在焦炭的煉制過程中，雖然采取了一些措施去除了一部分硫的存在，但仍有大部分硫仍殘留在焦炭中，并在高爐冶煉過程中進人生鐵中，使生鐵中的含硫量增加，因此，為了有效降低生鐵中的含硫量，必須控制焦炭中的含硫量，通常情況下焦炭中磷的含量會較少。

2.1.3揮發分

焦炭中的揮發分是指在煉焦過程中未分解揮發完的、C、等物質。揮發分本身對高爐冶煉無影響，但其含量的高低表明焦炭的結焦程度。正常情況下，揮發分一般在0.7%—1.2%。含量過高，說明焦炭的結焦程度差，生焦多，強度差；含量過低，則說明結焦程度過高，易碎。因此焦炭揮發分高低將影響焦炭的產量和質量。

2.1.4水分

焦炭中的水分通常情況下都是在熄炭時加進去的，所以在量上會有所控制，通常為2%-6%。焦炭中的水含量不會對高爐冶煉產生影響，但是一旦焦炭中的水含量增加，則會影響焦炭的質量，這樣在以重量為準的人爐焦炭中則會影響焦炭的入爐量，從而引起爐溫的波動，因此對焦炭中水分的測量時，可采用中子測水儀來進行。

2.2焦炭的物理性質

2.2.1機械強度

焦炭的機械強度是指焦炭的耐磨性和抗撞擊能力。它是焦炭的重要質量指標。高爐冶煉要求焦炭的機械強度要高，否則，機械強度不好的焦炭，在轉運過程中和高爐內下降過程中破裂產生大量的粉末，進入初渣，使爐渣的黏度增加，增加煤氣阻力，造成爐況不順。目前我國一般用小轉鼓測定焦炭強度，小轉鼓強度只代表焦炭在常溫下的強度，并不能代表焦炭在高爐內的實際強度。鑒定焦炭在高溫下的強度的方法有待于進一步研究。

2.2.2粒度均勻、粉末少對于焦炭粒度，既要求塊度大小合適，又要求粒度均勻。大型高爐焦炭粒度范圍為20--60mm，中小高爐用焦炭，其粒度分別以20-40mm和大于15mm為宜，但這并不是一塵不變的標準。高爐使用大量熔劑性燒結礦以來，礦石粒度普遍降低，焦炭和礦石間的粒度差別擴大，這不利于料柱透氣性，因此，有必要適當降低焦炭粒度，使之與礦石粒度相適應。

2.3焦炭的化學性質

焦炭的化學性質包括焦炭的燃燒性和反應性兩方面。燃燒性是指焦炭在一定溫度下與氧反應生成的速度，即燃燒速度。其反應式為：C+=反應性是指焦炭在一定溫度下和作用生成CO的速度。反應式為：C+若這些反應速度快，則表明燃燒性和反應性好。

3 結語

（1）馬鋼2500m3高爐對焦炭的認識經歷了由重視冷態性能到同時重視冷態性能和熱態性能的轉變，其經濟技術指標的進步很大程度上歸功于焦炭性能的改善。

（2）焦炭灰分和揮發分的控制，是保證焦炭性能的重要措施；馬鋼高爐的焦炭，其灰分控制在12%以下、揮發分控制在1.2%以下。

（3）要控制好焦炭水分，否則其影響相當于MlO增加。

（4）焦炭生產要穩定，焦炭成分及其性能的波動對高爐冶煉的影響也不可忽視。

參考文獻：

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