建立焦炭評價辦法及應用實踐

李 斌

（陜西龍門鋼鐵有限責任公司，陜西 韓城 715400）

鐵前成本在長流程鋼鐵生產中占比達到80%，而低成本是企業競爭力的核心，因此鐵前工序在鋼鐵企業中的重要性不言而喻。而影響煉鐵工序生產中焦炭質量占比35%，含鐵原料占比20%，生產組織占比10%，設備管理占比20%，操作技術占比15%，其中焦炭質量在整體影響過程中占比最大。煉鐵操作人員一直追求低水分、低灰分、低硫、高固定碳、好的冷態強度、好的熱態指標、適宜的粒級組成的“三低、一高、兩好、一適宜”的焦炭質量，但在生產實際中很難保證所有指標都達到理想值。受到優質煉焦煤資源逐步枯結、焦化企業追求利潤最大化的制約，焦炭的眾多指標此高彼低，如何從眾多的焦炭指標來評價焦炭的整體性能，是當代煉鐵人及管理人員所期望的。

1 建立評價機制

1.1 確定焦炭各指標評價基準及評價范圍

焦炭的理化性能檢測有6大類30個小項，針對高爐生產公司目前對焦炭質量指標的檢測主要是工業分析（水分、灰分、揮發分、固定碳、硫）、物理性能檢測（M40/M25、M10）、冶金性能檢測（CRT、CSR）、粒級組成。為盡可能將現有焦炭納入評價體系，所以需參照當期所供應焦炭質量指標來選擇。

表1中對全部焦炭指標進行了統計，對最好值、最差值進行取整操作，作為基準值、極限值，確定評價范圍。但是部分指標為成對出現指標，如M25與M10，CRI與CSR，為減少重復測算影響評價結果，對于成對出現的指標只取其中一項， M25與M10僅取M10作為評價指標，CRI與CS僅取CSR作為評價指標。依據行業內同級別高爐對焦炭指標的要求、高爐爐容，結合高爐生產實際情況，CSR在65%以上對高爐指標提升的貢獻量不大，太高造成資源、成本的浪費，所以調整CSR基準值為65%。干熄焦水分一般小于1%，調整水分基準值為1%。

表1 當期10種焦炭指標區間及基準值（%）

1.2 確定焦炭各指標權重

1.2.1 冷態強度、熱態強度

焦炭是高爐料柱的骨架，料柱透氣性的保障性物料。M25、M10是對焦炭在冷態下強度的檢驗，但是最終的衡量指標確是經過轉鼓破壞后的焦炭粒度，即焦炭在經過一定的冷態環境下破壞之后也要保證有足夠的粒度；CSR、CRI也是對焦炭粒度的檢驗，與前者不同的是在模擬高爐軟熔帶冶煉狀態下的檢驗，最終的衡量標準也是對焦炭粒度，是對焦炭粒度在高溫冶煉條件下的檢驗。

就目前的技術狀況來判斷，作為高爐煉鐵骨架作用的數量至少要220Kg/t～250Kg/t左右，焦炭的這一作用目前尚不能為其它燃料所代替，基于其重要作用，設定強度指標占總評價比重的40%，其中熱態指標20%、冷態指標20%。

1.2.2 焦炭粒級

近年來，隨著高爐大型化、高富氧、大噴吹，焦炭粒級組成逐步成為煉鐵工作都對焦炭質量評價核心內容，入爐原始粒級對焦炭劣化后粒級組成有較大影響，若冷態、熱態強度穩定，原始粒級越大，則在風口區焦炭粒級組成越好，亦是影響高爐透氣性、透液性的關鍵，設定粒級指標占總評價比重的10%。

1.2.3 灰分、固定碳

灰分是焦炭的重要指標，首先灰分增加其固定碳含量降低；其次焦炭結構中因碳素和灰分的脹系數不同，在高溫作用下產生內應力，使焦炭碎裂，造成焦炭強度降低；第三是灰分大部分是SiO2和Al2O3等酸性氧化特，因此焦炭灰分增加必須增加堿性熔劑用量，從而使渣量增加、燃料比升高；第四是灰分中的SiO2，Al2O3遇到K2O,Na2O等時會發生反應形成低熔點的礦物白檔石，鉀霞石等，體積膨脹30%造成焦炭嚴重劣化。

焦炭作為高爐生產的發熱劑與還原劑，固定碳含量高，其發熱量高，能夠為高爐生產提供更多的熱量，同時單位重量焦炭所提供的還原劑也多，利于燃料比的降低，但焦炭的這個作用可以用噴吹代替燃料予以代替，將焦炭固定碳評價比重定為15%。而灰分升高而造成堿性熔劑用量增加、渣量增加、燃料比升高是不可避免的，所以灰分的權重定為10%。

1.2.4 硫含量

高爐冶煉過程中，高爐爐料帶入爐內的硫，大約有20%～25%的硫由含鐵爐料帶入；大約75%～80%的硫來自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來源。其負面影響有，一是硫負荷大幅增加使硫負荷升高，為了滿足生鐵質量要求，勢必需要適當提高爐渣堿度，保證爐渣脫硫能力，由于渣堿度提高，增加了堿性熔劑用量，使單位生鐵渣量增加，影響了料柱透氣性，使入爐風量降低，冶煉強度降低；二是因增加熔劑后，增加熔劑用量后也使綜合入爐品位有所降低，使產量降低、燃料消耗升高；三是直接影響到高爐生鐵質量為脫S增加熱量消耗。依據行業經驗，焦炭硫含量每升高0.1%，焦比升高1.5%，結合實際進購指標，硫含量的波動范圍較大，其權重定為20%。

1.2.5 水分

焦炭水分主要為游離水，在100℃以上時蒸發，且焦炭在塊礦帶的停留時間超過2小時，對高爐生產的影響表現在水分波動調整焦炭負荷時造成爐溫波動。但在若水分較高冬季若水分較易造成頂溫低，布袋放灰困難，因此在行選擇焦炭，應盡量降低水分及波動，尤其在冬季更要做好水分控制。所以在確定水分權重時，夏季可適當低些，取5%，冬季根據頂溫情況進行適當調整。

依據各焦炭各指標對高爐生產的影響，最終確定各指標權重（見圖1），冷卻強度權重20%、熱態強度權重20%，粒級組成權重10%，硫含量權重20%，灰分權重10%，固定碳權重15%，水分權重5%。

圖1 焦炭指標權重分布

1.3 形成評價辦法

依據指標權重建立百分制評價辦法，將基準值設為滿分，極限值設為0分，采取退分制的原則建立評價辦法如下。

表2 焦炭評價辦法

2 焦炭評價體系運行效果

2.1 為焦炭分級使用提供依據

從表3可以看出，在所供應的焦炭中，煤化、海燕、陽光、中匯評分相對較好，高于70分，暫定其為主流焦炭，其余為補充焦炭。

表3 2019年1～4月份焦炭評價結果

2019年5 月份以后，通過利用焦炭評價辦法，對進購焦炭指標進行全面評價，評分較高的優先在3-5#高爐（1800m3）使用，剩余部分供1-2#高爐（1280m3）使用，對于評分低的焦炭全部在1-2#高爐使用，為焦炭分級入爐提供了依據。

2.2 形成焦炭質量管理倒逼機制

通過評價評比，若某種焦炭評分較低，及時約談供應商并提出改進要求，確保焦炭質量滿足生產需求。通過焦炭評價辦法形成管理倒逼機制后，焦炭指標持續向好，水分降低了1.04%，灰分降低了0.05%，CSR提高了3.27%，大于40mm粒級占比提高了6.54。整體評分達到90分以上，較評價辦法運行前提高了13分，為高爐穩定順行，經濟技術指標穩定提升奠定了基礎。

2.3 形成焦炭品種淘汰機制、穩定焦炭品種

通過與焦炭企業持續運行“雙溝通”機制，一方面把焦炭對高爐生產的作用及影響形成課件，進行行巡回宣講，提高焦炭企業從領導班子到操作人員對焦炭質量重要性的認識；另一方面焦炭質量出現波動時，及時進行溝通協調，共同查找原因進行提質，有效降低焦炭的質量波動。通過持續改進，到2020年5月份后，焦炭品種由最多時的14種/月，穩定到6-7種/月，整體評分結果穩定在90分以上。

3 結語

焦炭作為高爐工序的重要燃料，其每一個指標都對高爐生產有都或多或少的影響，根據爐容及區域資源情況建立相適應的評價辦法，可以清晰的反應出焦炭的整體質量水平，有助于操作人員及時發現焦炭質變化進行合理調劑，實現高爐的長期順行。從管理上進行推動，長期運行焦炭評價機制，形成質量提升倒逼機制，為焦炭的采購、高爐分級使用、淘汰不合格供方提供依據，督促焦炭質量改進創造良好的供應氛圍。通過焦炭評價辦法的長期運行，可促進焦炭質量的穩步提高，為經濟技術指標的提升創造條件。