唐鋼南區(qū)高爐應(yīng)對(duì)焦炭質(zhì)量波動(dòng)的生產(chǎn)實(shí)踐

曹維超  范文生  司新國  王少寧  黃亞玲

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司煉鐵部）    

摘  要：結(jié)合唐鋼南區(qū)高爐的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析焦炭冷態(tài)強(qiáng)度M40和M10、熱性能CSR和CRI對(duì)高爐指標(biāo)的影響。通過采取降低焦炭負(fù)荷、合理的操作制度和熱制度、加強(qiáng)原料和生產(chǎn)管理以及保持穩(wěn)定的布料制度等措施，有效降低焦炭質(zhì)量波動(dòng)對(duì)爐況的影響。

關(guān)鍵詞：焦炭質(zhì)量，冷態(tài)強(qiáng)度，熱性能，高爐

The Production Practice to Address Quality Fluctuation of Coke in South Blast Furnace of Tangsteel

Cao Weichao  Fan Wensheng  Si Xiguo  Wang Shaoning  Huang Yaling

(Ironmaking Plant of Hesteel Group Tangsteel Comcapny)

Abstract：Considering with the production data of south blast furnace in Tangsteel, the influence of cold state strength M40 and M10, thermal property CSR and CRI of coke on the indexes of BF is analyzed. The influence of coke quality deterioration on BF was effectively reduced by lower burden ratio, reasonable operation system and thermal system, raising the management level of raw material and production, maintaining a stable burden distribution system.

Key words：coke quality，cold state strength，thermal property，blast furnace

1 前言

隨著高爐大型化的發(fā)展，精料對(duì)大型高爐穩(wěn)定順行的決定性作用已經(jīng)成為煉鐵生產(chǎn)的共識(shí)。隨著高爐噴煤比的大幅提升，焦炭的還原劑和發(fā)熱劑的作用已經(jīng)被部分替代，但焦炭作為料柱骨架的作用反而更加重要。這是由于高爐大型化，噴煤比大幅提升以及礦焦比的不斷增加，焦炭質(zhì)量對(duì)料柱透氣性起著關(guān)鍵作用，對(duì)爐缸狀態(tài)起決定性作用^[1]。

近年來，行業(yè)利潤大幅下降，鋼鐵企業(yè)都把降低成本作為一項(xiàng)主要課題。隨著成本空間的壓縮，高爐原燃料質(zhì)量都呈下降趨勢(shì)。特別是進(jìn)入2016年9月份以來，煉焦煤價(jià)格上漲，焦炭成本大幅上升，但由于資源質(zhì)量的下降和焦炭供不應(yīng)求的市場(chǎng)狀態(tài)，焦炭質(zhì)量卻呈劣化趨勢(shì)。

唐鋼南區(qū)3200m3高爐面對(duì)焦炭質(zhì)量的波動(dòng)，主要是焦炭冷熱強(qiáng)度下降，灰分上升，水分波動(dòng)大，造成爐況穩(wěn)定性差，爐溫波動(dòng)大，產(chǎn)量下降，采取了一系列措施，摸索出一套應(yīng)對(duì)焦炭質(zhì)量波動(dòng)的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

唐鋼煉焦制氣廠老系統(tǒng)于2014年7月停產(chǎn)，只留一套干熄焦系統(tǒng)生產(chǎn)。南區(qū)高爐的焦炭結(jié)構(gòu)正常生產(chǎn)情況下為40%~50%的自產(chǎn)干焦，50%~60%的外購一級(jí)冶金水焦，其中水焦包括10%~20%的山西水焦1和40%~50%的山西水焦2。表1為唐鋼南區(qū)高爐2016下半年焦炭質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)變化。

注：表中成分為自產(chǎn)干焦、水焦1和水焦2按入爐比例的加權(quán)平均成分。

唐鋼南區(qū)高爐2016年下半年為爐況恢復(fù)期，總體技術(shù)指標(biāo)較之前大幅下降，煤比維持在較低水平。從表1中看出，入爐焦炭的灰分穩(wěn)定在12.6%左右，高于一級(jí)冶金焦標(biāo)準(zhǔn)。焦炭灰分的主要成分是SiO₂和Al₂O₃等酸性氧化物，焦炭在高爐內(nèi)被加熱到高于煉焦溫度時(shí)，由于焦質(zhì)與灰分的熱膨脹性不同，焦炭沿灰分顆粒周圍產(chǎn)生并擴(kuò)大裂紋，使焦炭碎裂粉化，強(qiáng)度降低。另外，焦炭灰分中的堿金屬氧化物對(duì)焦炭反應(yīng)性有正催化作用，所以應(yīng)該降低焦炭灰分。此外，南區(qū)高爐的焦炭水分波動(dòng)大，特別是外購水熄焦，2016年11月份水熄焦水分在8.1~9.8%之間波動(dòng)。實(shí)踐表明，含有一定量水分的焦炭能夠降低爐頂煤氣溫度，但水分過高且大幅波動(dòng)會(huì)造成高爐熱制度波動(dòng)，影響爐況穩(wěn)定順行，造成高爐焦比大幅升高^[2]。

2.1 焦炭冷態(tài)強(qiáng)度對(duì)高爐指標(biāo)影響

焦炭冷態(tài)強(qiáng)度主要用抗碎強(qiáng)度M40 和耐磨強(qiáng)度M10來表征^[3]。表1 中，唐鋼南區(qū)高爐入爐焦炭M40在88%，M10在6.1%的水平，在同級(jí)別的高爐中，焦炭質(zhì)量處于較低水平，且進(jìn)入2016年下半年以來，焦炭質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。

焦炭冷態(tài)強(qiáng)度M40、M10是焦炭質(zhì)量的重要指標(biāo)，是反映焦炭在冷態(tài)下抗擠壓破碎成為粉末的能力，是焦炭熱強(qiáng)度的基礎(chǔ)。焦炭冷態(tài)強(qiáng)度取決于配煤質(zhì)量、備煤工藝、焦?fàn)t爐型及操作制度和熄焦工藝等。冷態(tài)強(qiáng)度也是焦炭能否起到爐料骨架支撐作用、保證高爐透氣性的重要指標(biāo)^[3]。

圖1 M10對(duì)焦比和煤比的影響

南區(qū)高爐規(guī)定入爐焦炭的M40≥88%，M10≤6%，但受外購水焦質(zhì)量下降的影響，入爐焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度難以保障。從圖1和圖2中可以看出，隨著焦炭M40下降和M10的上升，高爐焦比升高，煤比下降。這是由于焦炭冷態(tài)強(qiáng)度能夠保持其粒度和較低的含粉率，保證高爐料柱特別是塊狀帶的透氣性，改善爐況順行的程度。隨著焦炭冷態(tài)強(qiáng)度的降低，焦炭抵抗料柱壓力和各種侵蝕的能力下降，高爐透氣性明顯變差，壓差升高，難以維持高煤比和低焦比。還可以看到，與M40相比，焦炭M10對(duì)焦比和煤比的影響更加顯著，這與文獻(xiàn)[4]的結(jié)論一致。唐鋼南區(qū)高爐采用中心加焦的布料方式，焦炭M10差，抗磨性差，含粉率高，惡化料柱特別是中心焦的透氣性，造成高爐中心主導(dǎo)氣流弱，上部壓差大，料尺行走不暢，風(fēng)量波動(dòng)，爐缸不活。

2.2 焦炭熱性能對(duì)高爐指標(biāo)影響

焦炭熱性能主要用熱態(tài)強(qiáng)度CSR和反應(yīng)性CRI來表征。焦炭的熱態(tài)性能不好（CRI高、CSR低），會(huì)使塊狀帶透氣性變差，軟熔帶位置下移，表現(xiàn)為中心氣流變?nèi)酰�邊沿氣流增�?qiáng)，爐缸中心死料柱增大，風(fēng)口及回旋區(qū)的碎焦量增加，爐缸透液性變差，鐵口深度減小等，這些都會(huì)嚴(yán)重影響高爐順行^[5]。

圖4 CRI對(duì)焦比和煤比的影響

從圖3和圖4可以看出，唐鋼南區(qū)高爐CSR在67%水平，CRU在23.5%水平，在同級(jí)別高爐中焦炭質(zhì)量屬于中下。隨著CSR降低和CRI的升高，高爐焦比也呈顯著上升趨勢(shì)，煤比下降，且CSR對(duì)焦比和煤比影響的趨勢(shì)更加顯著。生產(chǎn)實(shí)踐中，南區(qū)高爐使用熱性能劣化的焦炭后，下部壓差升高，風(fēng)口活躍性差，風(fēng)口容易燒壞破損，鐵水硫易出現(xiàn)超標(biāo)，燃耗上升。

2016年11月初，唐鋼自產(chǎn)干熄焦系統(tǒng)檢修，生產(chǎn)少量水熄焦，加之外購水熄焦價(jià)格上升，質(zhì)量大幅波動(dòng)。

表2 唐鋼南區(qū)高爐焦炭質(zhì)檢成分

表2是唐鋼南區(qū)高爐11月5日和11月6日的焦炭質(zhì)量指標(biāo)，可以看出這兩日入爐焦炭的質(zhì)量波動(dòng)很大，M10基本都在6.0%以上，山西水焦1最高達(dá)到了7.4%；M40大幅下降，最低為85%；熱性能除了山西水焦2外，其它三種焦炭都出現(xiàn)嚴(yán)重劣化，自產(chǎn)干焦CSR最低僅為64.18%，CRI最高達(dá)到了26.15%；此外，三種水熄焦的水分波動(dòng)很大，最高達(dá)到了9.6%。11月5日之前焦炭配比為40%自產(chǎn)干焦+20%山西水焦1+40%山西水焦2，11月5日白班改為40%自產(chǎn)干焦+20%自產(chǎn)水焦+40%山西水焦2，11月5日~11月10日期間，焦炭配比保持為40%自產(chǎn)干焦+（20%自產(chǎn)水焦或山西水焦1）+40%山西水焦2。

質(zhì)量較差的焦炭入爐后，經(jīng)過一兩個(gè)冶煉周期的反應(yīng)，高爐順行出現(xiàn)明顯變化。開始表現(xiàn)為上部壓差增大，小幅度的偏滑尺，之后發(fā)展為風(fēng)口不活躍，幾個(gè)鐵口渣鐵分布不均，鐵水硫含量波動(dòng)大，再之后變現(xiàn)為風(fēng)量波動(dòng)大，料尺不暢，有小幅度竄氣，焦比上升，產(chǎn)量下降，期間19號(hào)風(fēng)口小套燒壞。表3為11月5日~11月12日的技術(shù)指標(biāo)，可以看出，11月7日開始，由于高爐透氣性變差，爐況波動(dòng)，利用系數(shù)下降，焦比上升，煤比大幅下降。面對(duì)劣化的焦炭指標(biāo)對(duì)高爐順行的影響，南區(qū)高爐采取了一系列措施。

表3 唐鋼南區(qū)高爐2016年11月初技術(shù)指標(biāo)

3.1 降低焦炭負(fù)荷

現(xiàn)代大型高爐采用大礦批、高焦炭負(fù)荷的裝料制度，但當(dāng)原燃料條件惡化，特別是粉末增加時(shí)，透氣性變差，不宜擴(kuò)大礦批、增加焦炭負(fù)荷。應(yīng)對(duì)焦炭質(zhì)量劣化，唐鋼南區(qū)高爐首先采取逐步降焦比、退礦批的措施。11月7日中班入爐焦比由435kg/t提高到445kg/t，11月8日白班入爐焦比由445kg/t提高到455kg/t，同時(shí)礦批由77t降低到75t，降低焦炭負(fù)荷。采取上述措施之后，高爐壓差明顯降低，透氣性變好，中心氣流也由弱變強(qiáng)，提高爐況抗波動(dòng)能力，減小焦炭質(zhì)量劣化對(duì)高爐的影響程度。

3.2 合理的操作制度和熱制度

面對(duì)焦炭質(zhì)量劣化引起的高爐透氣性下降和爐缸狀態(tài)惡化，南區(qū)高爐調(diào)整操作制度，控制整個(gè)料柱壓差，操作壓差比正常時(shí)低5~10KPa，減少或避免出現(xiàn)管道或大幅度滑尺，造成爐況難行。焦炭冷熱強(qiáng)度下降，導(dǎo)致高爐爐況焦炭粉末多，惡化爐缸死料柱的透氣性和透液性，造成高爐下部壓差高，爐缸工作不活躍。保持合理的熱制度對(duì)爐缸的活躍性至關(guān)重要。爐況波動(dòng)后，南區(qū)高爐按照高爐溫和低堿度的操作方針，鐵水爐溫控制不低于0.5%，爐渣二元堿度不大于1.15，控制爐溫為0.5%時(shí)，鐵水含硫不低于0.03%，保持鐵水和爐渣具有適宜的流動(dòng)性，保證爐缸活性。

3.3 加強(qiáng)原燃料和生產(chǎn)管理

對(duì)于質(zhì)量較差焦炭，采用分倉上料的方式，質(zhì)量較好和質(zhì)量差的焦炭分倉入爐，減少劣質(zhì)焦炭入爐比。加強(qiáng)焦倉篩網(wǎng)的維護(hù)，堵塞和損壞的篩網(wǎng)及時(shí)檢修和更換，減少入爐的焦炭粉末。加強(qiáng)爐前出鐵組織，減少出鐵間隔，提高渣鐵出盡率，必要時(shí)采用雙場(chǎng)重疊出鐵，避免渣鐵未出盡造成的爐內(nèi)憋壓。

3.4 保持穩(wěn)定的布料制度

唐鋼南區(qū)高爐采用加中心焦的布料方式，在近半年的爐況恢復(fù)過程中，經(jīng)過幾次大波動(dòng)和恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)中心氣流對(duì)高爐順行起決定性作用。中心氣流弱時(shí)，高爐透氣性變差，壓差升高，易造成高爐懸料和管道。此外，合理的邊緣氣流也十分重要，恢復(fù)期中，南區(qū)高爐幾次出現(xiàn)爐墻粘接，都是邊緣過重的原因。因此，必須發(fā)展中心為主邊緣為輔的氣流分布。根據(jù)南區(qū)高爐的自身特點(diǎn)，采用的布料制度。面對(duì)因原燃料質(zhì)量短期波動(dòng)引起的爐況難行，不輕易改變布料制度，通過降低焦炭負(fù)荷、合理的操作制度和熱制度等措施進(jìn)行調(diào)劑。

通過采取上述措施，爐況從11月7日波動(dòng)，11月12日基本恢復(fù)到波動(dòng)之前的水平，透氣性改善，入爐焦比下降，產(chǎn)量恢復(fù)。

4 結(jié)語

（1）焦炭質(zhì)量對(duì)高爐爐況順行影響顯著，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度、熱性能劣化以及成分波動(dòng)后，料柱透氣性變差，爐況難行，焦比上升，利用系數(shù)下降。

（2）隨著焦炭M40下降和M10的上升，高爐焦比升高，煤比下降，高爐順行變差，且M10的影響更加顯著；隨著CSR降低和CRI的升高，高爐焦比也呈顯著上升趨勢(shì)，煤比下降，且CSR對(duì)焦比和煤比影響的趨勢(shì)更加顯著。

（3）通過采取降低焦炭負(fù)荷、合理的操作制度和熱制度、加強(qiáng)原料和生產(chǎn)管理以及保持穩(wěn)定的布料制度等措施，能夠有效的降低焦炭質(zhì)量波動(dòng)對(duì)高爐爐況的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 王筱留．中鋼鐵冶金學(xué)（煉鐵部分）[M]．北京:冶金工業(yè)出版社:2008:7-10.

[2] 古勇合,周龍文,喻冰鶴．焦炭品質(zhì)劣化對(duì)新鋼2 500 m³高爐生產(chǎn)的影響[J]．江西冶金，2016，36(5) ：14-16．

[3] 唐順兵．焦炭質(zhì)量對(duì)大型高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的影響[J]．煉鐵，2011，30(3) ：8-12．

[4] 王照華,孫存生,王 偉．安鋼3#高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求探討[J]．河南冶金，2015,23(4) ：54-56．

[5] 龍曉陽，萬旭東．現(xiàn)代高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求［J］． 鞍鋼技術(shù)，2002(4)： 5-9．