在高爐生產(chǎn)中，焦炭與礦石混裝一方面可以回收利用小塊焦(焦丁)，以質(zhì)量較差的小塊焦置換質(zhì)量優(yōu)良的大塊焦，降低高爐生產(chǎn)成本;另一方面可以改善高爐操作，提高煤氣利用率。近年來，為了降低煉鐵生產(chǎn)成本，不少鋼鐵企業(yè)噴煤比不斷提高，焦比不斷降低，使O/C比升高，為了改善高爐操作狀態(tài)，部分鋼鐵企業(yè)開始開發(fā)和應(yīng)用高焦炭混裝比的操作技術(shù)。

　　焦炭混裝技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　提高噴煤比和降低焦比時(shí)，由于O/C比升高，會(huì)直接影響高爐上部和軟熔帶的透氣性，使?fàn)t子壓力降升高，并增加焦炭溶損反應(yīng)負(fù)荷，使之下降到爐缸時(shí)粒度變小，進(jìn)一步惡化爐子下部的透氣性。

　　焦炭混裝技術(shù)是比較好的應(yīng)對措施。焦炭混裝是除了大塊焦與礦石各自在高爐內(nèi)成層狀分布外，還把一小部分焦炭混裝進(jìn)礦石層中的技術(shù)。目前，許多高爐都應(yīng)用了焦炭混裝技術(shù)，大部分高爐混裝的焦炭都是小塊焦。其中，歐洲部分高爐的小塊焦混裝比較高。

　　迄今為止，曾經(jīng)報(bào)道的最高焦炭混裝比為120kg/t，達(dá)到此焦炭混裝比的有日本JFE千葉6號(hào)高爐、韓國浦項(xiàng)4號(hào)高爐和德國蒂森克虜伯漢博恩9號(hào)高爐。漢博恩9號(hào)高爐混裝的焦炭粒度7mm～35mm，日本JFE混裝的焦炭除了部分小塊焦外，還使用了部分大塊焦。

　　對料層透氣性和燒結(jié)礦還原性的影響

　　JFE曾實(shí)驗(yàn)了混裝不同粒度焦炭的影響，在實(shí)驗(yàn)室用直徑為400mm的圓筒裝入100kg燒結(jié)礦，把大塊焦或小塊焦均勻地混裝進(jìn)燒結(jié)料層中，然后以1m/s～2m/s的速度通入空氣，測量其壓力降。德國RWTH大學(xué)也模擬實(shí)驗(yàn)了小塊焦混裝對爐身料層透氣性和燒結(jié)礦還原性的影響。

　　焦炭混裝比的影響。JFE和RWTH大學(xué)的實(shí)驗(yàn)都證明，在礦焦混合層中，隨焦炭混裝比率增加，料層壓力降減小，意味著提高焦炭混裝比有利于爐子生產(chǎn)率提高。

　　焦炭混裝對軟熔帶透氣性和燒結(jié)礦還原性的影響。為了評估焦炭混裝比對軟熔帶透氣性的影響，JFE通過有關(guān)公式分別計(jì)算了軟熔帶的透氣阻力，得出了軟熔帶壓力降與混裝焦炭比率之間的關(guān)系。隨著焦炭混裝比提高，軟熔帶透氣性得到改善。RWTH大學(xué)在1100℃～1250℃的溫度范圍對燒結(jié)礦進(jìn)行等溫還原實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)料層中混裝小塊焦時(shí)，可以改善軟熔帶透氣性，并且發(fā)現(xiàn)焦炭混裝有利于改善燒結(jié)礦還原性。

　　混裝焦炭粒度的影響。在提高軟熔帶的透氣性和礦石的還原性方面，JFE發(fā)現(xiàn)，大塊焦混裝的效果與小塊焦相比，透氣性和還原效果稍有改善，但區(qū)別不大。無論大塊焦還是小塊焦，隨焦炭混裝比增加，料層壓力降下降幅度增大，料層透氣性改善。焦炭混裝比相同時(shí)，大塊焦比小塊焦使壓力降下降的幅度增大。在焦炭混裝比率為15%時(shí)，大塊焦炭使壓力降約降低57%，小塊焦使壓力降約降低30%;但進(jìn)一步增加焦炭混裝比，壓力降不會(huì)再進(jìn)一步降低。

　　焦炭混裝對保護(hù)大塊焦的作用。RWTH大學(xué)通過燒結(jié)礦非等溫還原實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過混裝小塊焦可以達(dá)到保護(hù)大塊焦的效果，隨小塊焦混裝比增加，燒結(jié)礦還原性提高，大塊焦溶損量減少，這證明了混裝小塊焦可保護(hù)大塊焦，使之避免溶解損失。

　　提高焦炭混裝比易出現(xiàn)的問題

　　死料柱透氣透液性惡化。提高焦炭混裝比時(shí)，混裝的小塊焦容易進(jìn)入高爐中心，下降到軟熔帶時(shí)不容易被完全消耗掉而作為碎焦或者焦粉下降到爐子下部，進(jìn)入死料層惡化透氣性，會(huì)對爐子生產(chǎn)造成影響。

　　寶鋼在提高2號(hào)高爐小塊焦混裝比的過程中，曾出現(xiàn)爐子透氣性惡化的現(xiàn)象。這是因?yàn)閷氫摦?dāng)時(shí)試驗(yàn)用小塊焦反應(yīng)性比大塊焦高，其在爐內(nèi)氣化反應(yīng)后粉化劇烈，進(jìn)入到爐缸的焦末顯著增加，從而影響爐子下部的透氣性和透液性。

　　浦項(xiàng)在提高煤比的過程中，采用了礦焦混裝技術(shù)以提高煤氣利用率和料層透氣性，使用的小塊焦粒度為15mm～25mm。其混裝方法是：小塊焦先裝到皮帶上，然后再裝燒結(jié)礦。這種裝料方式曾出現(xiàn)了大量小塊焦進(jìn)入高爐中心，進(jìn)而下降到爐子下部死料柱的現(xiàn)象，惡化了死料柱透氣性并使?fàn)t子上部中心煤氣流加強(qiáng)。

　　偏析現(xiàn)象。由于焦炭的粒度和密度與燒結(jié)礦不同，使均勻混裝很困難，礦焦混裝常發(fā)生偏析現(xiàn)象，提高焦炭混裝比時(shí)，偏析現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。

　　提高混裝比同時(shí)保持高爐順行

　　優(yōu)化混裝的小塊焦粒度，避免小塊焦進(jìn)入死料柱。日本神戶鋼鐵公司在降低焦比提高煤比的操作中，爐子壓力降升高，為了提高爐子透氣性和保持爐子運(yùn)行穩(wěn)定，采用了礦焦混裝技術(shù)。為了減小混裝的小塊焦下降到爐子下部對死料柱透氣性造成的不良影響，他們對混裝的小塊焦粒度進(jìn)行了研究，希望通過優(yōu)化小塊焦粒度，使其在爐子中以產(chǎn)生CO為主而被消耗掉，而大塊焦則很少或者基本上不因產(chǎn)生CO而發(fā)生粉化，以提高爐子透氣性為主。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在混裝的小塊焦粒徑小于或等于21mm時(shí)，大塊焦的粒徑可保持最大值;但如果混裝的小塊焦粒徑小于燒結(jié)礦粒徑，會(huì)減小混裝層的孔隙率，從而降低透氣性。因此，既要減小混裝小塊焦的粒度，又要使混裝料層的孔隙率增大。而在小塊焦粒度減為8mm時(shí)，混裝料層的孔隙率快速減小。最后，選取平均粒徑為15mm的小塊焦在加古川3號(hào)高爐進(jìn)行了混裝試驗(yàn)，混裝比為30kg/t，并把試驗(yàn)結(jié)果與平均粒徑為30mm、混裝比為17kg/t的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

　　結(jié)果顯示，混裝比率相同時(shí)，與粒度較大的小塊焦混裝相比，混裝較小粒度的小塊焦時(shí)煤氣利用率得到提高，溶解損失的碳量減少。但在煤氣利用率保持不變時(shí)，隨著混裝的小塊焦比率由17kg/t提高到30kg/t，溶解損失碳量增加。因此，通過減小混裝的小塊焦粒度和增加其混裝比，使煤氣透氣性提高、塊焦溶損量減少。

　　通過上下部調(diào)劑避免死料柱透氣性和透液性惡化。在上部調(diào)劑方面，浦項(xiàng)認(rèn)為，應(yīng)減小混裝的小塊焦粒度，使其下降到爐子下部時(shí)完全消耗掉，避免影響爐子下部的透氣性，這一點(diǎn)與神戶的觀點(diǎn)一致。在上下部調(diào)劑相結(jié)合方面，寶鋼采取了以下技術(shù)措施：一是適當(dāng)擴(kuò)大礦批，保持最小焦批，考慮最小焦批合適值時(shí)，根據(jù)國內(nèi)外大型高爐正常生產(chǎn)須要保證的最小焦窗厚度(200mm～300mm)來計(jì)算。二是適當(dāng)調(diào)整料線高度，以提高軟熔帶高度，增加軟熔帶焦炭層數(shù)。三是根據(jù)料批和料線的調(diào)整，相應(yīng)改變布料檔位，達(dá)到控制邊緣、發(fā)展中心煤氣流的目的。四是調(diào)整風(fēng)口面積。

　　改進(jìn)偏析控制。JFE認(rèn)為，提高焦炭混裝比時(shí)只要控制合理，采用精確的偏析控制技術(shù)，即使在焦炭混裝比很高、混裝焦炭的粒度范圍很寬的情況下，也可避免反應(yīng)后剩余的混裝焦炭進(jìn)入爐子中心，從而造成死料柱焦炭進(jìn)一步劣化的現(xiàn)象，使死料柱保持清潔。

　　JFE為了在高焦炭混裝比時(shí)抑制焦炭與燒結(jié)礦的偏析，為千葉6號(hào)高爐第二爐役開發(fā)了新的布料裝置，在旋轉(zhuǎn)溜槽上安一穩(wěn)定裝置，利用料流控制閥與穩(wěn)定裝置相結(jié)合，達(dá)到精確控制礦焦混裝布料的目的。穩(wěn)定裝置安裝在旋轉(zhuǎn)溜槽端部，是圓形的板，可以把下落的爐料打散形成混合料流。穩(wěn)定裝置既可以靈活地控制爐料的裝入位置、優(yōu)化下落料流的寬度，又可以在礦焦混裝時(shí)改善焦炭與燒結(jié)礦的混合條件。該方法使焦炭與燒結(jié)礦的混合點(diǎn)剛好位于旋轉(zhuǎn)溜槽之前，而且，燒結(jié)礦和焦炭通過與安裝在旋轉(zhuǎn)溜槽端部的穩(wěn)定裝置相碰撞再次混合。使用穩(wěn)定裝置后，混裝焦炭的下落區(qū)域與燒結(jié)礦幾乎相同，且下落寬度較窄。另外，JFE通過調(diào)節(jié)控制閘開度實(shí)現(xiàn)料流控制閥動(dòng)態(tài)控制，改變爐料從料罐裝入爐子的速度，從礦、焦同時(shí)卸出開始，焦炭卸出速度逐漸增加，而礦石卸出速度保持恒定，千葉6號(hào)高爐在焦炭混裝比達(dá)到120kg/t的情況下，軟熔帶透氣性得到改善，高爐煤氣利用率得到提高，焦比降低4.2kg/t。