淺析提高焦炭質(zhì)量的途徑

楊舜伊 袁純紅 蔣高華 尹瑞瑕

(1.昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 冶金化工學(xué)院，云南 昆明 650302；2.云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，云南 曲靖 655001)

焦化工業(yè)為冶金工業(yè)的重要組成部分，其主要任務(wù)是為鋼鐵企業(yè)提供焦炭燃料。早在16 世紀(jì)就已經(jīng)開始出現(xiàn)高溫?zé)捊梗加跓掕F的需要。隨著世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐日趨大型化，對焦炭質(zhì)量和穩(wěn)定性要求愈來愈高。雖然我國煤炭資源十分豐富，但優(yōu)質(zhì)煉焦煤卻明顯短缺，對如何提高焦炭質(zhì)量，滿足大型高爐用焦的要求是煉焦工作者面臨的一個關(guān)鍵問題。結(jié)合云南及周邊的煤炭資源現(xiàn)狀，通過對影響焦炭因素分析，提出四個方面提高焦炭質(zhì)量的途徑：（1）加強(qiáng)進(jìn)廠煉焦煤質(zhì)量管理；（2）優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)；（3）開發(fā)優(yōu)質(zhì)煉焦煤；（4）運用焦炭的爐外處理新工藝。

1 影響焦炭質(zhì)量的主要因素

1.1 配煤結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代配煤理論認(rèn)為：煉焦配合煤中活性組分與惰性組分應(yīng)有一個合適的比例。惰性組分的適宜比例因煤化度（煤的變質(zhì)程度）不同而異。當(dāng)配煤的平均最大放射率Rmax＜1.3%時，以30%～32%較好；當(dāng)Rmax＞1.3%時，以20%～25%為好。配合煤中的惰性組分如同混凝土中的“砂石”，有利于形成致密的焦炭，同時也可緩解收縮應(yīng)力，減少裂紋的形成。另有研究認(rèn)為，焦炭的反應(yīng)性與配煤惰性組分有一定的相關(guān)關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，焦炭的反應(yīng)性隨惰性組分含量的增加而降低。

1.2 粉碎細(xì)度

煤料及其組分的粉碎細(xì)度對焦炭的機(jī)械強(qiáng)度和物理化學(xué)性質(zhì)都有著重要影響。通常情況下抗碎性差的鏡煤、亮煤、軟絲炭易被過度粉碎，而含有惰性組分的暗煤、硬絲炭、礦化鏡煤和頁巖則難以粉碎。根據(jù)煉焦原理，煤料中的活性組分不宜細(xì)粉碎，而惰性組應(yīng)粉碎到合適的程度，以力求消除裂紋中心。

1.3 配型煤工藝

配型煤工藝是將一部分煤料在入爐前配入粘結(jié)劑壓成型塊，然后與散狀煤料配合裝爐。配型煤工藝的優(yōu)點：（1）型煤煤粒間的間隙小，有助于改善煤料的粘結(jié)性；（2）配型煤可提高煤料的堆比重；（3）可以多配用弱粘結(jié)性或非粘結(jié)性的高惰性組分煤。

1.4 煤調(diào)濕

裝爐煤調(diào)濕工藝是將裝爐煤預(yù)先干燥，使水份控制在5%～6%，并保持穩(wěn)定后再裝爐。可以在一定程度上改善焦炭質(zhì)量，并穩(wěn)定焦?fàn)t操作，降低煉焦耗熱量。

1.5 結(jié)焦速率

焦炭的穩(wěn)定性一般隨結(jié)焦速率的提高而降低，換言之，提高爐墻溫度易增加焦炭的裂紋。煉焦煤的粘結(jié)性較強(qiáng)，降低結(jié)焦速率可有效抑制其粘結(jié)性，同時使焦炭的光學(xué)各向異性程度略有降低。研究表明，降低焦炭的光學(xué)組織指數(shù)即降低各向異性程度，會有利于抑制焦炭的反應(yīng)性。因此，可以適當(dāng)延長結(jié)焦時間，即降低結(jié)焦速率，以改善焦炭的熱態(tài)性能。

1.6 焦炭的爐外處理

1）鈍化處理：焦炭的鈍化處理是采用含有鈍化劑的水溶液對焦炭進(jìn)行鈍化，從而達(dá)到抑制其反應(yīng)性的方法。

2）低水熄焦：低水熄焦是一種正在推廣的新型濕法熄焦工藝，是在整個熄焦過程中供水按流量大小分段進(jìn)行，即變流量噴水熄焦。具體方法：先用小流量水流熄滅熄焦車內(nèi)的上部紅焦，在紅焦上面形成一個水—蒸汽—焦炭混合層，然后用大水量及其產(chǎn)生的蒸汽熄焦。據(jù)有關(guān)研究表明：低水熄焦的焦炭含水量比傳統(tǒng)熄焦的焦炭含水量低2.0%～2.7%，且水份波動范圍由±3.0%減小到±1.5%～±2.0%，另外可使焦炭的M40 提高2%～3%，M10 降低約0.5%。

3）干法熄焦：干法熄焦是采用惰性氣體熄滅赤熱焦炭的熄焦工藝。干熄焦能明顯改善焦炭質(zhì)量，主要表現(xiàn)在：（1）紅焦在干熄爐內(nèi)停留時，相當(dāng)于延長燜爐時間，可改善耐磨強(qiáng)度和熱性質(zhì)；（2）減少焦炭的裂紋產(chǎn)生和深化，提高抗碎強(qiáng)度；（3）與濕熄相比，干熄時未發(fā)生水煤氣反應(yīng)，使氣孔結(jié)構(gòu)保持完好狀態(tài)；（4）干熄過程中，焦炭機(jī)械破碎程度高，使焦炭結(jié)構(gòu)中的薄弱部分脫落，相當(dāng)于進(jìn)行了整粒。一般認(rèn)為干熄焦比濕熄焦，M40 提高3%～8%，M10 降低0.3%～0.8%。另外，焦炭的熱態(tài)性能也有所改善，反應(yīng)性CRI 降低1%～2%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR提高3%～4%。

4）整粒工藝：整粒工藝是為了穩(wěn)定焦炭的性能，使焦炭的破裂磨碎過程完成于進(jìn)入高爐之前，以減少其在高爐內(nèi)行程中的擠壓、破碎和磨損。鞍鋼化工總廠曾進(jìn)行焦炭的整粒處理，使焦炭的M40 提高12.8%，M10 降低1.0%。

2 改進(jìn)措施

2.1 優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)

利用試驗小焦?fàn)t，對現(xiàn)有單種煤及不同配煤比進(jìn)行小焦?fàn)t試驗、熱態(tài)指標(biāo)測試、巖相分析，并依據(jù)試驗結(jié)果判定進(jìn)廠精煤的真實質(zhì)量情況，指導(dǎo)配煤工作，優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)；合理利用可以獲得的資源條件，采取動態(tài)調(diào)整配比措施，減少高灰分煤及高價煤的配比，控制煉焦配合煤平均灰分相對穩(wěn)定，是目前改善焦炭質(zhì)量最有效的途徑之一。

2.2 大力開發(fā)優(yōu)質(zhì)煉焦煤

組織技術(shù)人員到周邊省份進(jìn)行煤資源考察和市場調(diào)研，掌握了大量資料，并成功利用市場模式開發(fā)恩洪煤、火鋪煤、平田煤、一平浪煤、紅果、宏源煤、松河煤、阿令德煤礦和澳洲進(jìn)口（藍(lán)水四號）等優(yōu)質(zhì)煉焦煤，確保高爐用焦質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.3 焦炭的爐外處理工藝的運用

1）改性劑的運用：通過噴灑改性劑，改善焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度，為高爐克服爐役中后期操作難度大的困難，盡快順產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造良好的原料條件。

2）干法熄焦的運用：干熄焦項目是國家計委推廣的節(jié)能專項，同時又是企業(yè)環(huán)保的要求，國內(nèi)許多焦化企業(yè)已經(jīng)正式投產(chǎn)。當(dāng)前干熄焦設(shè)備的國產(chǎn)率已達(dá)到90%，大大降低了投資，對提高焦炭質(zhì)量取得了良好的效果。

2.4 強(qiáng)化煉焦生產(chǎn)操作

提高干熄焦率，干熄焦比濕熄焦M40 提高3～8%，M10 降低0.3～0.8%，焦炭的熱反應(yīng)性CRI 降低1～2%、反應(yīng)后強(qiáng)度CSR 提高3～4%；提高干熄焦?fàn)t循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量65%，降低排焦溫度＜185℃，減少紅焦在干熄爐內(nèi)停留時，減少焦炭的裂紋產(chǎn)生和深化，提高抗碎強(qiáng)度；倉儲管理必須按半倉化管理，降低焦炭入倉時的落差，減少二次破碎，焦炭粒度均勻性提高、強(qiáng)度指標(biāo)提高；嚴(yán)格實行分倉化管理，水熄焦、干熄焦分類進(jìn)倉。對提高焦炭質(zhì)量取得了良好的效果。

3 結(jié)論

根據(jù)資源條件、工藝條件，不斷改善質(zhì)量、滿足高爐用焦，是焦化工作者不懈努力并將繼續(xù)奮斗的目標(biāo)；通過對影響焦炭質(zhì)量的主要因素進(jìn)行分析，并提出改善焦炭質(zhì)量的幾方面途徑，與同行們共同交流和研究。

［1］蘇宜春.煉焦工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

［2］潘立慧.干熄焦技術(shù)[M[.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［3］賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.