論焦炭質量對高爐冶煉的影響

紀增輝

（酒鋼集團宏興股份公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關 735100）

工業的興起使大型高爐冶煉成為一種趨勢，而焦炭質量要求也越來越高。隨著我國跟上世界發展腳步，雖然國內也擁有眾多炭資源，且焦炭質量有顯著的提升，但始終無法滿足大型高爐冶煉要求。對于我國工業行業來說，如何提升焦炭質量就成為最核心的一個問題。

1 焦炭質量對高爐冶煉的影響

目前，國內焦炭質量無法滿足高爐冶煉的實際要求。焦炭的質量存在差異，成分不穩定，供不應求，無法滿足高爐冶煉的用焦要求，帶來負面影響，最終阻礙工業的發展。究其原因，主要在于焦炭質量好壞的直接影響。

1.1 對爐況順行的影響

在高爐冶煉的實施中，爐料的降低以及爐內煤氣流的上升就是高爐冶煉矛盾的集中點，焦炭質量一旦出現波動，就會改變爐缸工作和煤氣流分布情況，進而影響其順行。由此可見，焦炭質量穩定是高爐順行的必要條件。在爐內焦炭下降過程中，其破損導致粒度變小，主要是因為：第一，焦炭塊的表面同中心溫度之間出現了熱應力，導致有微裂縫的出現。第二，CO2和堿金屬同焦炭中的C發生反應，影響其本身的強度。第三，焦炭同爐墻以及爐料之間的摩擦也會導致破損的出現[1]。

針對焦炭冷態機械強度，其包含了抗碎強度和抗磨強度，這兩項指標主要是表明高爐之中焦炭保持粒度的基本能力。對于焦炭的熱態性能，其主要包含了反應性指數和反應后強度，其反應指數主要是針對高爐之中的焦炭和CO2的反應能力。隨著反應性的提高，其焦炭的溶損比也會提高，所以反應性越低越好。反應后強度主要是在經過堿金屬和CO2的侵蝕后衡量焦炭保持高溫強度的一種能力，反應之后的強度是越高越好。如果焦炭本身的熱態性能較差，就會對滴落帶和軟融帶的估價作用產生影響，進而增加爐缸粉末，影響其透液性和透氣性，最終導致堆積問題的出現。基于高爐封口焦炭取樣分析：從料線一直到封口的平均粒度會減少20%～40%，焦炭本身的強度良好，在封口回旋區域的粒度實際裂化程度也會降低，而焦粉量減少也可以滿足高爐順行以及下部透氣的要求。但是如果焦炭的強度過差，就會影響塊狀帶的透氣性，增加回旋區域的碎焦量，減弱中心氣流，增強邊緣氣流，最終影響整體性能。一旦焦炭水分波動偏大、粒度過小、含沫量過高、熱態性能較差，就會直接影響高爐爐溫的穩定性，無法維持正常風量，導致順行變差。如果爐況多次出現較大的波動，主要是因為焦炭質量惡化，一旦調劑不及時，就會引起失常現象。

1.2 對爐溫的影響

在焦炭中，固定碳和灰分是其主要的組成部分，彼此是呈現消長的關系。當焦炭的灰分較高，固定碳含量降低，單位焦炭所提供的熱量就會減少。焦炭水分波動會帶動爐溫的波動，當水分過高，焦塊上會帶著焦粉進入到高爐之中，并且隨著除塵系統直接進入到除塵灰環節，影響其實際負荷。一旦高爐燃料帶入硫量占據了80%的負荷，那么增加焦炭含硫之后會增加其硫負荷。而進行脫硫需要大量能量的支持，所以一旦改變了焦炭的化學成分，如果不能及時調整，就會出現大幅度的爐溫波動。由于入爐焦炭成分的變化波動較大，有的時候會出現突然升溫或降溫的問題。雖然實際生產之中產生影響的因素較多，但如果冶煉條件沒有任何改變，同時還需要作出相同反應，就可以判斷是入爐的原燃料出現了變化；如果礦石正常，那么必定是焦炭質量出現了變化[2]。

1.3 對高爐長壽的影響

如果焦炭的強度和熱態性較差，就會減弱高爐中心氣流，增強邊緣氣流，影響透液性和透氣性，這樣很容易出現侵蝕的問題；如果高爐出現頻繁的崩料，爐溫大幅度變動，也會導致爐內的高溫區域上下移動，讓爐內軟融帶位置出現高低變動，引發爐墻粘結問題；當高爐坐料的時候，也會破壞其爐襯和爐底，影響壽命。如果爐況長時間失常，就會引起爐缸中心的堆積問題。如果一直無法改善焦炭的質量，就不能確保高爐順行，高爐邊緣氣流也無法控制，再加上堿金屬和有害元素的超標，就會出現爐襯侵蝕問題，直接影響使用壽命[3]。

1.4 對高爐生產指標的影響

高爐屬于系統化的工程，在各種因素的作用下會導致焦炭質量對高爐生產產生影響。焦炭作為料柱的骨架，決定了高爐是否可以強化，能否提升噴煤比。同時，焦炭和CO2的反應多少會直接影響其還原度的高度。焦炭固定碳及水分含量關聯到高爐的熱制度，并且硫含量與生鐵質量有關；焦炭強度和熱態性能也會直接影響其順行。如果使用的焦炭質量偏差，就會影響高爐的指標，主要表現在其煤氣利用率偏低，但是其燃料比較高。在2017年1080m3的高爐平均燃料比為544.2kg/t，在2018年因為其單系統生產，所以焦炭質量得到重視，焦炭配比從原本的二級逐漸調整為一級焦50%+匯豐二級焦50%，取消較差的部分，改善焦炭質量之后大幅度提升高爐技術經濟指標，具體見表1所示。針對質量指標變化帶來的影響，具體見表2所示。

表1 技術經濟指標變化

表2 焦炭質量指標變化對于焦比以及產量影響的實際經驗值

從上表2可以看出，當焦炭灰分出現1%的變化，其焦比就會出現2%的變化；當抗磨強度變化0.1%，焦比就變化3kg/t；反應后強度變化1%，焦比變化5kg/t。所以要重點關注灰分、抗磨強度以及反應后強度。

2 提高焦炭質量的技術措施

2.1 合理改善配煤結構

在配煤的過程中，可以選擇互代的方式改善焦炭的性能，并且調整其熱態強度和熱反應強度，增強焦炭同性結構的含量，最終提升熱與抗堿的性能；為了增加焦炭的反應性，還可以考慮增加惰性組分；為了提高反應強度，則可以選擇添加焦粉或石油延遲焦等添加物[4]。

2.2 有效降低焦炭灰分

灰分的存在會直接影響高爐的產量和原料，所以需要嚴格篩選原煤的實際成分。

2.3 采用新工藝

使用干熄焦技術可以使反應后強度提升4%，并且本技術已經非常成熟；使用配型煤煉焦工藝可以有效改善焦炭性能，并且也容易實施。

2.4 適當延長結焦時間

通過延長結焦的時間，可以改善焦炭的微觀性能，進而提高其本身的熱性能。

3 結語

總而言之，對于當前的工業來說，高爐冶煉質量會影響行業整體發展，所以要注重生產效率的提高，特別是注重焦炭質量的提高，減少生產過程中的資源浪費，適當降低生產成本，最終適應經濟發展。按照現有的工作條件和資源條件繼續努力探索，相信一定可以滿足高爐冶煉對焦炭質量的要求。