淺析提高焦炭質量的途徑

楊舜伊 袁純紅 蔣高華 尹瑞瑕

(1.昆明工業職業技術學院 冶金化工學院，云南 昆明 650302；2.云南能源職業技術學院 資源與環境工程學院，云南 曲靖 655001)

焦化工業為冶金工業的重要組成部分，其主要任務是為鋼鐵企業提供焦炭燃料。早在16 世紀就已經開始出現高溫煉焦，它始于煉鐵的需要。隨著世界鋼鐵工業的發展，高爐日趨大型化，對焦炭質量和穩定性要求愈來愈高。雖然我國煤炭資源十分豐富，但優質煉焦煤卻明顯短缺，對如何提高焦炭質量，滿足大型高爐用焦的要求是煉焦工作者面臨的一個關鍵問題。結合云南及周邊的煤炭資源現狀，通過對影響焦炭因素分析，提出四個方面提高焦炭質量的途徑：（1）加強進廠煉焦煤質量管理；（2）優化配煤結構；（3）開發優質煉焦煤；（4）運用焦炭的爐外處理新工藝。

1 影響焦炭質量的主要因素

1.1 配煤結構

現代配煤理論認為：煉焦配合煤中活性組分與惰性組分應有一個合適的比例。惰性組分的適宜比例因煤化度（煤的變質程度）不同而異。當配煤的平均最大放射率Rmax＜1.3%時，以30%～32%較好；當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力，減少裂紋的形成。另有研究認為，焦炭的反應性與配煤惰性組分有一定的相關關系。在一定范圍內，焦炭的反應性隨惰性組分含量的增加而降低。

1.2 粉碎細度

煤料及其組分的粉碎細度對焦炭的機械強度和物理化學性質都有著重要影響。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。根據煉焦原理，煤料中的活性組分不宜細粉碎，而惰性組應粉碎到合適的程度，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劑壓成型塊，然后與散狀煤料配合裝爐。配型煤工藝的優點：（1）型煤煤粒間的間隙小，有助于改善煤料的粘結性；（2）配型煤可提高煤料的堆比重；（3）可以多配用弱粘結性或非粘結性的高惰性組分煤。

1.4 煤調濕

裝爐煤調濕工藝是將裝爐煤預先干燥，使水份控制在5%～6%，并保持穩定后再裝爐。可以在一定程度上改善焦炭質量，并穩定焦爐操作，降低煉焦耗熱量。

1.5 結焦速率

焦炭的穩定性一般隨結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。煉焦煤的粘結性較強，降低結焦速率可有效抑制其粘結性，同時使焦炭的光學各向異性程度略有降低。研究表明，降低焦炭的光學組織指數即降低各向異性程度，會有利于抑制焦炭的反應性。因此，可以適當延長結焦時間，即降低結焦速率，以改善焦炭的熱態性能。

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行鈍化，從而達到抑制其反應性的方法。

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生的蒸汽熄焦。據有關研究表明：低水熄焦的焦炭含水量比傳統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量，主要表現在：（1）紅焦在干熄爐內停留時，相當于延長燜爐時間，可改善耐磨強度和熱性質；（2）減少焦炭的裂紋產生和深化，提高抗碎強度；（3）與濕熄相比，干熄時未發生水煤氣反應，使氣孔結構保持完好狀態；（4）干熄過程中，焦炭機械破碎程度高，使焦炭結構中的薄弱部分脫落，相當于進行了整粒。一般認為干熄焦比濕熄焦，M40 提高3%～8%，M10 降低0.3%～0.8%。另外，焦炭的熱態性能也有所改善，反應性CRI 降低1%～2%，反應后強度CSR提高3%～4%。

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

2 改進措施

2.1 優化配煤結構

利用試驗小焦爐，對現有單種煤及不同配煤比進行小焦爐試驗、熱態指標測試、巖相分析，并依據試驗結果判定進廠精煤的真實質量情況，指導配煤工作，優化配煤結構；合理利用可以獲得的資源條件，采取動態調整配比措施，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定，是目前改善焦炭質量最有效的途徑之一。

2.2 大力開發優質煉焦煤

組織技術人員到周邊省份進行煤資源考察和市場調研，掌握了大量資料，并成功利用市場模式開發恩洪煤、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口（藍水四號）等優質煉焦煤，確保高爐用焦質量的穩定。

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，改善焦炭反應性和反應后強度，為高爐克服爐役中后期操作難度大的困難，盡快順產、穩產創造良好的原料條件。

2）干法熄焦的運用：干熄焦項目是國家計委推廣的節能專項，同時又是企業環保的要求，國內許多焦化企業已經正式投產。當前干熄焦設備的國產率已達到90%，大大降低了投資，對提高焦炭質量取得了良好的效果。

2.4 強化煉焦生產操作

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%，焦炭的熱反應性CRI 降低1～2%、反應后強度CSR 提高3～4%；提高干熄焦爐循環風機風量65%，降低排焦溫度＜185℃，減少紅焦在干熄爐內停留時，減少焦炭的裂紋產生和深化，提高抗碎強度；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、強度指標提高；嚴格實行分倉化管理，水熄焦、干熄焦分類進倉。對提高焦炭質量取得了良好的效果。

3 結論

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

［1］蘇宜春.煉焦工藝學[M].北京：冶金工業出版社，2004.

［2］潘立慧.干熄焦技術[M[.北京：冶金工業出版社，2005.

［3］賀永德.現代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.