加强焦炭质量与高炉冶炼关系研究 采用炼焦新技术改善焦.pdf

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1、世界金属导报/2010年/6月/22日/第010版原料炼铁加强焦炭质量与高炉冶炼关系研究采用炼焦新技术改善焦炭质量孟庆波1前言高炉炼铁是全世界钢铁行业占主导地位的炼铁工艺，而且在未来20年～30年，这一局面不会发生根本改变。2009年中国焦炭产量35344万t，同比大幅度提高，再创历史新高。中国钢铁行业和焦化行业在未来较长时期还将保持世界第一的生产能力，中国焦炭产量占世界产量近60%的局面也将伴随存在，炼焦煤供应紧张，尤其是优质炼焦煤品种的短缺状况必将长期存在。焦炭作为高炉炼铁无法替代的原燃料，其

2、质量直接影响高炉冶炼的技术经济指标和温室气体排放指标。为使焦化企业生产质量合理、稳定的焦炭满足高炉炼铁需要，应加强焦炭质量与高炉炼铁关系的研究，研发和采用合适的工艺、技术改善焦炭质量。2焦炭质量与高炉冶炼关系研究2.1焦炭在高炉内行为焦炭在高炉内的作用有:热源、还原剂、渗碳剂、料柱骨架等。焦炭中不足1%的碳随高炉煤气逸出，其余全部消耗在高炉中，其大致比例为:风口燃烧55%～65%，料线与风口间碳溶反应25%～35%，生铁渗碳7%～10%，其他元素还原反应及损失2%～3%。随着高炉冶炼焦比的降低、风

3、口辅助燃料喷吹量的加大，焦炭中碳在风口燃烧的比例相对减少，而消耗于碳溶反应比例增加。根据大量文献资料的研究，总结出高炉内自上而下过程中焦炭产生粉化的主要因素有:机械冲击和磨损、碳溶损反应、碱浸蚀、高温热力、风口高速鼓风破坏。高炉内焦粉消耗的主要因素有三个:碳溶损反应、渗碳反应、焦炭与炉渣反应。当产生的焦粉与消耗的焦粉二者平衡没有焦粉聚集时，高炉即可顺行。在1100℃以下的块状带，炉料以蓄热为主，同时矿石与来自下部的CO发生间接还原反应。焦炭在下降过程中的粉化主要是机械冲击和磨损。焦炭达到一定温度后

4、(820℃～900℃)，焦炭开始与上升炉气中CO2发生碳溶反应并发生粉化现象。碳溶反应率与焦炭反应性及高炉具体情况密切相关。提高焦炭反应性可增加煤气中CO浓度，提高铁矿石的间接还原率，降低下部直接还原率，降低综合燃料比，但会使焦炭粉化加剧，可能影响高炉透气性并影响顺行。在约1100℃～1400℃的软融带，矿石及熔剂已软化熔融，焦炭是保障煤气上升的窗口。焦炭与软化熔融的矿石发生直接还原反应和渗碳，同时与CO2发生碳容反应。此阶段，直接还原反应、碳溶反应和热应力是焦炭粉化的主要原因，直接还原反应和碳溶

5、反应也消耗焦粉。在约1400℃～1500℃的滴落带，焦炭是透液和透气的“骨架”。焦炭与液态铁发生渗碳，同时也与炉渣发生反应并还原得到其它元素，因该区域CO2浓度较低，碳溶反应量较低。渗碳、炉渣还原反应和高温热力是粉化主要因素，同时渗碳和炉渣还原反应也消耗焦粉。焦炭进入风口后很快燃烧放出热量，产生的CO2在高温条件下很快与焦炭反应生成CO。在风口区要求焦炭具有很好的燃烧性、较好的强度，从而可降低粉化率。综上所述，在高炉冶炼过程中，焦炭自上而下主要发生碳溶反应、碱浸蚀、高温热力、风口高速鼓风等降解粉化

6、。同时，碳溶损反应、渗碳反应、焦炭与炉渣反应消耗产生的焦粉。从改善高炉透气性角度，应尽量降低焦炭反应性、提高反应后强度，但从提高矿石间接还原度、降低焦比/燃料比角度，应适当提高焦炭反应性，同时保证足够的反应后强度。受高炉技术参数、操作制度、热平衡及矿石还原性(间接还原度)的制约，对焦炭粉化影响最大的碳溶损反应一般为25%～35%。因此，只要焦炭在第1页共4页高炉冶炼过程不产生过量焦粉，就能保证高炉顺行。对于不同高炉、不同矿石，焦炭质量应不同。2.2对现有焦炭质量指标的再认识焦炭的灰、硫对于炼铁生产

7、是有害杂质，希望其尽可能低。但受煤资源自身条件限制，并不是所有炼焦煤都能通过洗选使灰、硫指标降到较低的水平。因此，根据炼铁生产的具体情况和企业的煤资源状况制定合理的焦炭灰、硫指标是充分利用煤炭资源、降低生产成本和可持续发展的重要措施。对焦炭灰、硫的精确控制，是实现合理利用煤炭资源重要技术措施之一。焦炭冷态机械强度M40、M10是焦炭质量的重要指标，也是焦炭热强度的基础。焦炭冷态机械强度取决于配煤质量、备煤工艺、焦炉炉型及操作制度和熄焦工艺等。炼焦工艺确定后，焦炭冷态机械强度的提高很大程度取决于优质

8、炼焦煤的配入量，追求过高的冷态机械强度指标会造成配煤成本升高和优质炼焦煤资源的浪费。因此，应确定具体高炉合理的冷态机械强度指标，而不宜盲目攀比。焦炭的反应后强度CSR与反应性CRI一般具有反比关系，反应后强度CSR越高的焦炭，其反应性CRI越低。若想得到高质量的焦炭，在炼焦工艺固定条件下，一般只能通过增加优质焦煤的方式实现。在高炉大型化、富氧喷煤情况下，对高冷态强度和高热态强度焦炭的需求导致焦、肥煤的配入比例高达65%～75%，不但极大地增大了配煤成本，也加剧了优质炼焦煤供应紧张局