唐鋼南區高爐應對焦炭質量波動的生產實踐

曹維超  范文生  司新國  王少寧  黃亞玲

（河鋼集團唐鋼公司煉鐵部）    

摘  要：結合唐鋼南區高爐的生產數據，分析焦炭冷態強度M40和M10、熱性能CSR和CRI對高爐指標的影響。通過采取降低焦炭負荷、合理的操作制度和熱制度、加強原料和生產管理以及保持穩定的布料制度等措施，有效降低焦炭質量波動對爐況的影響。

關鍵詞：焦炭質量，冷態強度，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展，精料對大型高爐穩定順行的決定性作用已經成為煉鐵生產的共識。隨著高爐噴煤比的大幅提升，焦炭的還原劑和發熱劑的作用已經被部分替代，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，焦炭質量對料柱透氣性起著關鍵作用，對爐缸狀態起決定性作用^[1]。

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

唐鋼南區3200m3高爐面對焦炭質量的波動，主要是焦炭冷熱強度下降，灰分上升，水分波動大，造成爐況穩定性差，爐溫波動大，產量下降，采取了一系列措施，摸索出一套應對焦炭質量波動的生產實踐經驗。

唐鋼煉焦制氣廠老系統于2014年7月停產，只留一套干熄焦系統生產。南區高爐的焦炭結構正常生產情況下為40%~50%的自產干焦，50%~60%的外購一級冶金水焦，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為唐鋼南區高爐2016下半年焦炭質量和技術指標變化。

注：表中成分為自產干焦、水焦1和水焦2按入爐比例的加權平均成分。

唐鋼南區高爐2016年下半年為爐況恢復期，總體技術指標較之前大幅下降，煤比維持在較低水平。從表1中看出，入爐焦炭的灰分穩定在12.6%左右，高于一級冶金焦標準。焦炭灰分的主要成分是SiO₂和Al₂O₃等酸性氧化物，焦炭在高爐內被加熱到高于煉焦溫度時，由于焦質與灰分的熱膨脹性不同，焦炭沿灰分顆粒周圍產生并擴大裂紋，使焦炭碎裂粉化，強度降低。另外，焦炭灰分中的堿金屬氧化物對焦炭反應性有正催化作用，所以應該降低焦炭灰分。此外，南區高爐的焦炭水分波動大，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。實踐表明，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會造成高爐熱制度波動，影響爐況穩定順行，造成高爐焦比大幅升高^[2]。

2.1 焦炭冷態強度對高爐指標影響

焦炭冷態強度主要用抗碎強度M40 和耐磨強度M10來表征^[3]。表1 中，唐鋼南區高爐入爐焦炭M40在88%，M10在6.1%的水平，在同級別的高爐中，焦炭質量處于較低水平，且進入2016年下半年以來，焦炭質量呈下降趨勢。

焦炭冷態強度M40、M10是焦炭質量的重要指標，是反映焦炭在冷態下抗擠壓破碎成為粉末的能力，是焦炭熱強度的基礎。焦炭冷態強度取決于配煤質量、備煤工藝、焦爐爐型及操作制度和熄焦工藝等。冷態強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^[3]。

圖1 M10對焦比和煤比的影響

南區高爐規定入爐焦炭的M40≥88%，M10≤6%，但受外購水焦質量下降的影響，入爐焦炭的冷態強度難以保障。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。這是由于焦炭冷態強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。隨著焦炭冷態強度的降低，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對焦比和煤比的影響更加顯著，這與文獻[4]的結論一致。唐鋼南區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，造成高爐中心主導氣流弱，上部壓差大，料尺行走不暢，風量波動，爐缸不活。

2.2 焦炭熱性能對高爐指標影響

焦炭熱性能主要用熱態強度CSR和反應性CRI來表征。焦炭的熱態性能不好（CRI高、CSR低），會使塊狀帶透氣性變差，軟熔帶位置下移，表現為中心氣流變弱，邊沿氣流增強，爐缸中心死料柱增大，風口及回旋區的碎焦量增加，爐缸透液性變差，鐵口深度減小等，這些都會嚴重影響高爐順行^[5]。

圖4 CRI對焦比和煤比的影響

從圖3和圖4可以看出，唐鋼南區高爐CSR在67%水平，CRU在23.5%水平，在同級別高爐中焦炭質量屬于中下。隨著CSR降低和CRI的升高，高爐焦比也呈顯著上升趨勢，煤比下降，且CSR對焦比和煤比影響的趨勢更加顯著。生產實踐中，南區高爐使用熱性能劣化的焦炭后，下部壓差升高，風口活躍性差，風口容易燒壞破損，鐵水硫易出現超標，燃耗上升。

2016年11月初，唐鋼自產干熄焦系統檢修，生產少量水熄焦，加之外購水熄焦價格上升，質量大幅波動。

表2 唐鋼南區高爐焦炭質檢成分

表2是唐鋼南區高爐11月5日和11月6日的焦炭質量指標，可以看出這兩日入爐焦炭的質量波動很大，M10基本都在6.0%以上，山西水焦1最高達到了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嚴重劣化，自產干焦CSR最低僅為64.18%，CRI最高達到了26.15%；此外，三種水熄焦的水分波動很大，最高達到了9.6%。11月5日之前焦炭配比為40%自產干焦+20%山西水焦1+40%山西水焦2，11月5日白班改為40%自產干焦+20%自產水焦+40%山西水焦2，11月5日~11月10日期間，焦炭配比保持為40%自產干焦+（20%自產水焦或山西水焦1）+40%山西水焦2。

質量較差的焦炭入爐后，經過一兩個冶煉周期的反應，高爐順行出現明顯變化。開始表現為上部壓差增大，小幅度的偏滑尺，之后發展為風口不活躍，幾個鐵口渣鐵分布不均，鐵水硫含量波動大，再之后變現為風量波動大，料尺不暢，有小幅度竄氣，焦比上升，產量下降，期間19號風口小套燒壞。表3為11月5日~11月12日的技術指標，可以看出，11月7日開始，由于高爐透氣性變差，爐況波動，利用系數下降，焦比上升，煤比大幅下降。面對劣化的焦炭指標對高爐順行的影響，南區高爐采取了一系列措施。

表3 唐鋼南區高爐2016年11月初技術指標

3.1 降低焦炭負荷

現代大型高爐采用大礦批、高焦炭負荷的裝料制度，但當原燃料條件惡化，特別是粉末增加時，透氣性變差，不宜擴大礦批、增加焦炭負荷。應對焦炭質量劣化，唐鋼南區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，同時礦批由77t降低到75t，降低焦炭負荷。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，提高爐況抗波動能力，減小焦炭質量劣化對高爐的影響程度。

3.2 合理的操作制度和熱制度

面對焦炭質量劣化引起的高爐透氣性下降和爐缸狀態惡化，南區高爐調整操作制度，控制整個料柱壓差，操作壓差比正常時低5~10KPa，減少或避免出現管道或大幅度滑尺，造成爐況難行。焦炭冷熱強度下降，導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爐缸的活躍性至關重要。爐況波動后，南區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，鐵水含硫不低于0.03%，保持鐵水和爐渣具有適宜的流動性，保證爐缸活性。

3.3 加強原燃料和生產管理

對于質量較差焦炭，采用分倉上料的方式，質量較好和質量差的焦炭分倉入爐，減少劣質焦炭入爐比。加強焦倉篩網的維護，堵塞和損壞的篩網及時檢修和更換，減少入爐的焦炭粉末。加強爐前出鐵組織，減少出鐵間隔，提高渣鐵出盡率，必要時采用雙場重疊出鐵，避免渣鐵未出盡造成的爐內憋壓。

3.4 保持穩定的布料制度

唐鋼南區高爐采用加中心焦的布料方式，在近半年的爐況恢復過程中，經過幾次大波動和恢復，發現中心氣流對高爐順行起決定性作用。中心氣流弱時，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，恢復期中，南區高爐幾次出現爐墻粘接，都是邊緣過重的原因。因此，必須發展中心為主邊緣為輔的氣流分布。根據南區高爐的自身特點，采用的布料制度。面對因原燃料質量短期波動引起的爐況難行，不輕易改變布料制度，通過降低焦炭負荷、合理的操作制度和熱制度等措施進行調劑。

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

4 結語

（1）焦炭質量對高爐爐況順行影響顯著，焦炭冷態強度、熱性能劣化以及成分波動后，料柱透氣性變差，爐況難行，焦比上升，利用系數下降。

（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，煤比下降，且CSR對焦比和煤比影響的趨勢更加顯著。

（3）通過采取降低焦炭負荷、合理的操作制度和熱制度、加強原料和生產管理以及保持穩定的布料制度等措施，能夠有效的降低焦炭質量波動對高爐爐況的影響。

參考文獻

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

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

[3] 唐順兵．焦炭質量對大型高爐穩定生產的影響[J]．煉鐵，2011，30(3) ：8-12．

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

[5] 龍曉陽，萬旭東．現代高爐對焦炭質量的要求［J］． 鞍鋼技術，2002(4)： 5-9．