淺談龍鋼高爐焦炭生產應用實踐

薛偉峰  李斌宜  王榮利

（陜鋼集團龍鋼公司煉鐵廠，陜西韓城，715405）

摘要：通過對龍鋼煉鐵廠高爐所使用焦炭的冷態、熱態性能進行分析，并結合焦炭在高爐生產中的理論知識，分析了焦炭對高爐生產的影響，焦炭質量直接影響高爐產量及各項指標明顯得到提升。

關鍵詞：高爐；焦炭；性能；冶煉

1 概述

龍鋼煉鐵廠擁有燒結機3座，265m²燒結機1座、400m²燒結機1座、450m²燒結機1座；擁有高爐5座，1280 m³高爐2座、1800 m³高爐3座；球團礦豎窯2座，12 m²豎窯1座、16 m²豎窯1座。高爐焦炭主要使用附近海燕焦廠、煤化焦廠和中匯焦廠三家焦炭，補充附近部分山西區域焦炭，供應焦炭為一級焦炭。海燕、中匯焦炭、山西區域焦炭以汽運方式進購、煤化焦炭以管帶方式進購。汽運按天分類分垛堆放，管帶按筒倉順行進購。高爐焦炭用料制度標準執行“大高爐優于小高爐、按品種廠家分倉供應高爐”的原則。

隨著高爐提高富氧、噴煤的強化冶煉措施后，高爐的冶煉發生了很大變化，一個突出的問題表現為對焦炭的骨架作用要求更高。隨著煤比不斷提高，焦炭負荷越來越重，焦炭的冶金性能及質量越來越顯得很重要。分析高爐技術經濟指標的提升，離不開焦炭質量的提高，表1為煉鐵廠2019年產量及技術指標。

表1  煉鐵廠2019年產量及技術指標

2 焦炭在爐內的作用及變化

2.1  焦炭在爐內的作用

焦炭在爐內的作用有：（1）作為燃料，提供熱量；（2）作為還原劑和滲碳劑；（3）作為料柱骨架。高爐采用噴吹燃料技術以來，焦炭已不是高爐唯一的燃料，風溫水平的提高，高爐熱量收入中焦炭燃燒所占比例也顯著減少；焦炭作為還原劑和滲碳劑的作用不變；但隨焦比降低，焦炭作為料柱骨架、保證滲碳性的作用顯得更加重要。

2.2焦炭在爐內的變化

焦炭在爐內的塊狀帶變化不大；自爐身中部開始，焦炭平均粒度變小、強度變差。造成焦炭在高爐內劣化的主要因素有：機械破壞作用、高溫熱應力、碳熔反應、堿金屬的侵蝕等。

3  焦炭的冶金性能

焦炭的冷態性能（M25、M10）是評價焦炭性能的一項重要指標，它模擬的是焦炭在爐內塊狀帶的行為，反映爐內該區域焦炭的機械強度；焦炭的熱態性能（CRI、CSR）模擬的是焦炭在爐內中部的行為。表2為高爐2019年所用主流焦炭質量指標。

表2  高爐2019年主流焦炭質量指標

從表2可見：（1）焦炭反應性及反應后強度波動范圍大，而M25、M10波動范圍較小，幾乎反映不出焦炭強度的變化；（2）焦炭冷態性能與熱態性能沒有相關關系，說明影響焦炭的因素在爐內上部和中部是不全相同的。

4  焦炭質量對高爐冶煉的影響

4.1 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而影響高爐爐況的穩定，并導致鐵水中硅、硫含量的變化。水分過高，焦沫粘附在焦塊上，影響焦炭篩分并隨焦塊帶入爐內；如果焦沫不能全部隨煤氣吹出，將影響高爐透氣性和透液性，嚴重時造成爐缸堆積。

從龍鋼高爐生產實踐過程分析，焦炭水分控制4.0%以下時，對高爐冶煉影響不大；焦炭水分超過4.0%時，則高爐布袋灰量及布袋灰含碳量明顯上升，高爐順行穩定性差。

4.2  焦炭灰分對高爐冶煉的影響

焦炭在高爐內被加熱至高于煉焦溫度時，由于焦質與灰分的熱膨脹性不同，沿著灰分顆粒周圍產生碎裂，含粉增加。焦炭的灰分與強度幾乎成現性關系，即灰分增加，強度下降。

從表2可見，焦炭灰分逐步降低，焦炭的熱態則逐步提高，而高爐的技術經濟指標也逐步提升。煤化焦炭灰分超出龍鋼公司內控標準，進一步降低，高爐可獲得更高的技術經濟指標。

4.3  焦炭揮發分對高爐冶煉的影響

焦炭的揮發分含量影響焦炭的耐磨強度和反應后強度。揮發分高，焦炭氣孔壁材質疏松，耐磨強度和反應后強度就低；揮發分低，焦炭氣孔壁材質致密，耐磨強度和反應后強度就高。焦炭的揮發分含量與煉焦最終溫度有關，是焦炭成熟程度的標志；提高煉焦最終溫度與延長燜爐時間，使結焦后期的熱分解與熱縮聚程度增強，使焦炭揮發分含量降低，從而改善焦炭的質量。

從表2可見，海燕、煤化、中匯焦炭揮發分含量控制在1.30%以下，能滿足高爐生產的要求。

4.4 焦炭冷態性能對高爐冶煉的影響

焦炭的耐磨強度（M25）和破碎強度（M10）是反映焦炭冷態性能的重要指標。冷態性能好的焦炭，即較高的（M25）和較低的（M10），可以保證入爐焦炭有較好的粒度組成和較低的含沫量，有利于提高高爐塊狀帶的透氣性，改善高爐爐況順行程度。入爐含沫量低，還可改善爐缸工作狀況。高爐目前不斷追求強化冶煉，十分重視焦炭的熱態性能，但冷態性能也不能忽視而且也十分重要。隨著焦炭負荷的不斷增加，改善塊狀帶透氣性也是突出的問題。

從表2可見，海燕、煤化、中匯焦炭耐磨強度（M25）控制在92%以上、破碎強度（M10）控制在6%以下，能滿足高爐生產的要求。

4.5 焦炭熱態性能對高爐冶煉的影響

焦炭的反應性（CRI）反應后強度（CSR）是評價焦炭熱態性能的重要指標；CRI是指焦炭的化學穩定性，CSR是指焦炭在爐內的高溫強度。CSI越低、CSR越高，焦炭的熱態性能就越好，在爐內支撐料柱的作用就越強。

從表2和龍鋼高爐生產實踐過程分析，焦炭的熱態性能逐步提高，高爐的技術經濟指標也得到逐步提升。高爐技術經濟指標進一步突破，還需提高焦炭的熱態性能。

5結語

（1）龍鋼高爐對焦炭的認識經歷了由重視冷態性能到同時重視熱態性能的轉變，其經濟技術指標的提升很大程度上歸功于焦炭熱態性能的改善。

（2）焦炭質量及性能的波動對高爐冶煉的影響不可忽視。

（3）高爐技術經濟指標進一步突破，需降低主流焦炭的水分、灰分，以及提高主流焦炭的熱態性能。

參考文獻

[1]  周傳典  高爐煉鐵生產技術手冊[M]，北京：冶金工業出版社.