淺談焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響

摘要：本文根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合焦炭對高爐生產(chǎn)的理論知識，以馬鋼2500m3高爐為例子，研究了焦炭質(zhì)量對高爐冶煉的影響，最后從而提出了高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求，供業(yè)內(nèi)人士參考。

關(guān)鍵詞：焦炭質(zhì)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(qiáng)化冶煉措施后，高爐的冶煉發(fā)生了很大的變化，一個突出的表現(xiàn)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(fù)荷越來越重，焦炭的冶金性能也越來越受到重視。目前國內(nèi)大型高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不高，大多是受原燃料條件尤其是焦炭質(zhì)量的限制。本文就從焦炭的質(zhì)量對高爐冶煉的影響進(jìn)行分析。

1 焦炭質(zhì)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(zhǔn)而影響高爐爐況的穩(wěn)定，并導(dǎo)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(qiáng)度和篩分，將焦粉帶人爐內(nèi)；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(yán)重時造成爐缸堆積。從馬鋼2500m3高爐生產(chǎn)實(shí)踐過程得知：當(dāng)焦炭水分控制在4.0%以下時，對高爐冶煉影響不大。當(dāng)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(tài)變差。

1.2焦炭灰分對高爐冶煉的影響

焦炭在高爐內(nèi)被加熱至高于煉焦溫度時，由于焦質(zhì)與灰分的熱膨脹性不同，沿灰分顆粒周圍產(chǎn)生裂紋，使焦炭碎裂，含粉增加。焦炭的灰分與強(qiáng)度幾乎成線性關(guān)系，即灰分增加，強(qiáng)度下降。從表1中可見，馬鋼2500 m3高爐自投產(chǎn)以來，焦炭灰分逐年下降，焦炭的熱態(tài)性能則逐年提高，而高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也呈逐年提高之勢。焦炭灰分控制在12%以下，高爐生產(chǎn)可以獲得比較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1.3揮發(fā)分對高爐冶煉的影響

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

1.4焦炭的冷態(tài)改組對高爐冶煉的影響

焦炭的耐磨強(qiáng)度（M40）和搞碎強(qiáng)度（M10）是反映焦炭冷態(tài)性能的重要指標(biāo)。冷態(tài)性能好的焦炭，即較高的M40和較低的M10，在篩分設(shè)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(qiáng)化冶煉，十分重視焦炭的熱態(tài)性能，但冷態(tài)性能也不可忽視而且也十分重要。隨著焦炭負(fù)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(tài)強(qiáng)度有了明顯的改善，這為高爐順行和穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造了必不可少的條件。從馬鋼2500m3高爐的生產(chǎn)實(shí)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(chǎn)的要求。

1.5焦炭熱態(tài)性能對高爐冶煉的影響

焦炭的反應(yīng)性（CRI）和反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）是評價焦炭熱態(tài)性能的重要指標(biāo)；CRI是指焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性，CSR是指焦炭在爐內(nèi)的高溫強(qiáng)度。CRI越低，CSR越高，焦炭的熱態(tài)性能就越好，在爐內(nèi)支撐料柱的作用就越強(qiáng)。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(chǎn)實(shí)踐看，焦炭熱態(tài)性能僅達(dá)到這樣的水平是不能滿足大型高爐冶煉的要求，高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較低。2000年以后，馬鋼的焦炭工作者在提高焦炭熱態(tài)性能方面做了大量工作并以寶鋼的焦炭質(zhì)量為目標(biāo)，焦炭的熱態(tài)性能有了明顯的改善；特別是2002年，CRl達(dá)到25%以下、CSR達(dá)到66%以上，已與寶鋼的焦炭十分接近。這為馬鋼2500m3高爐生產(chǎn)創(chuàng)造先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，提供了保障。

2 高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求

2.1焦炭的化學(xué)成分

焦炭的化學(xué)成分常以焦炭的工業(yè)分析來表示。工業(yè)分析項(xiàng)目包括固定碳、灰分、硫分、揮發(fā)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(jì)算：

ω（C固）=[100-（灰分十揮發(fā)分十硫）]%

要求焦炭中固定碳含量盡量高，灰分盡量低。因?yàn)楣潭ㄌ己扛撸l(fā)熱量高，還原劑亦多，有利于降低焦比。生產(chǎn)實(shí)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(qiáng)度降低，熔劑消耗量增加，渣量亦增加，使焦比升高。生產(chǎn)實(shí)踐還證明：灰分增加l%，焦比升高2%，產(chǎn)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(jìn)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(fā)分

焦炭中的揮發(fā)分是指在煉焦過程中未分解揮發(fā)完的、C、等物質(zhì)。揮發(fā)分本身對高爐冶煉無影響，但其含量的高低表明焦炭的結(jié)焦程度。正常情況下，揮發(fā)分一般在0.7%—1.2%。含量過高，說明焦炭的結(jié)焦程度差，生焦多，強(qiáng)度差；含量過低，則說明結(jié)焦程度過高，易碎。因此焦炭揮發(fā)分高低將影響焦炭的產(chǎn)量和質(zhì)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(jìn)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(chǎn)生影響，但是一旦焦炭中的水含量增加，則會影響焦炭的質(zhì)量，這樣在以重量為準(zhǔn)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(jìn)行。

2.2焦炭的物理性質(zhì)

2.2.1機(jī)械強(qiáng)度

焦炭的機(jī)械強(qiáng)度是指焦炭的耐磨性和抗撞擊能力。它是焦炭的重要質(zhì)量指標(biāo)。高爐冶煉要求焦炭的機(jī)械強(qiáng)度要高，否則，機(jī)械強(qiáng)度不好的焦炭，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中和高爐內(nèi)下降過程中破裂產(chǎn)生大量的粉末，進(jìn)入初渣，使?fàn)t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(zhuǎn)鼓測定焦炭強(qiáng)度，小轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度只代表焦炭在常溫下的強(qiáng)度，并不能代表焦炭在高爐內(nèi)的實(shí)際強(qiáng)度。鑒定焦炭在高溫下的強(qiáng)度的方法有待于進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。高爐使用大量熔劑性燒結(jié)礦以來，礦石粒度普遍降低，焦炭和礦石間的粒度差別擴(kuò)大，這不利于料柱透氣性，因此，有必要適當(dāng)降低焦炭粒度，使之與礦石粒度相適應(yīng)。

2.3焦炭的化學(xué)性質(zhì)

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

3 結(jié)語

（1）馬鋼2500m3高爐對焦炭的認(rèn)識經(jīng)歷了由重視冷態(tài)性能到同時重視冷態(tài)性能和熱態(tài)性能的轉(zhuǎn)變，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)步很大程度上歸功于焦炭性能的改善。

（2）焦炭灰分和揮發(fā)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(fā)分控制在1.2%以下。

（3）要控制好焦炭水分，否則其影響相當(dāng)于MlO增加。

（4）焦炭生產(chǎn)要穩(wěn)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。

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