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攀鋼4號高爐使用三期焦炭的生產實踐
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摘要：介紹了4號高爐使用三期焦炭的生產操作情況，分析了焦炭質量對提高高爐煤比等各項指標的影響，以及焦炭質量差時高爐煤比低、焦耗高的原因。4號高爐使用三期焦期間各項指標提高，高爐運行穩定。
關鍵詞：高爐；噴煤比；焦炭反應性；強度
0 引言
噴煤比是體現高爐操作水平的重要技術經濟指標，在原燃料資源短缺，產品成本競爭激烈的市場環境下，各煉鐵廠家的高爐都力爭提高煤比，以降低生鐵生產成本及能耗。高爐實現大噴煤、降低焦比的前提條件是精料技術，即原燃料質量穩定可靠，特別是焦炭的熱性能。
目前國內操作指標較好的高爐一般都要求焦炭的反應性<30％，反應后強度>60％，例如，武鋼高爐能夠實現噸鐵煤比達到174.6kg，是以其優質的配煤比使反應性達到29.8％為依托的。攀鋼4號高爐使用的二期焦炭一季度反應性為39.04％，焦炭在爐身上部的溶損嚴重，反應C02 C=2C0過分發展，不僅使煤氣利用變差，焦比增高，最重要的是使焦炭失重而產生裂縫，同時氣孔壁變薄而失去強度。雖然焦炭轉鼓強度眠。有85.98％，但反應后強度僅為52.64％，不足以起到骨架的支撐作用，負荷一旦加重或爐溫波動大，就出現下料不順、滑料甚至懸料事故，而且爐況恢復艱難，煤比一直難以提高。為此，煉鐵廠于2007年4月利用新3號高爐檢修的機會在4號高爐使用了三期焦炭，運行期間高爐各項指標明顯提高。
1 三期焦與二期焦質量對比
攀鋼目前使用的煉焦煤種主要有貴州、富源、郊區、華坪、巴關河、隆昌、格里坪等，其中云貴地區的煤粘結性較好，硫含量低，屬煉焦用優質煤種。新3號高爐容積為2000m3，相對于4號高爐(1350m3)對焦炭質量要求高，所以三期焦炭配煤以云貴煤及周邊低灰川煤為主，供新3號高爐使用。二期焦配煤以川煤為主，配合少量的云貴煤，因此，焦炭物化性能相對較差。攀鋼二、三期焦炭性能對比見表1。
表1 二、三期焦炭物化性能對比 ％
|
|
灰分 |
揮發分 |
水分 |
M40 |
M10 |
＜25㎜ |
St,d |
反應性 |
反應后強度 |
|
二期焦炭 |
11.95 |
1.16 |
1.7 |
85.98 |
7.3 |
4.0 |
0.5 |
39.04 |
52.64 |
|
三期焦炭 |
12.09 |
1.15 |
0.9 |
89.36 |
5.9 |
2.9 |
0.4 |
36.15 |
58.08 |
由表1可見，三期焦炭灰分比二期焦炭高0.14個百分點。二期焦水分明顯高于三期焦，這主要是三期焦炭采用了干熄焦工藝的原因。由于三期焦結焦時間(正常為22h)平均長于二期焦(18～20h)，所以揮發分及St,d都低于二期焦炭。在強度方面，三期焦各項指標均優于二期焦，冷強度M40比二期焦高3.38個百分點，M10低1.4個百分點，說明三期焦在爐內抗沖擊、抗破碎以及抗磨能力強于二期焦。對高爐冶煉行程影響最大的熱強度——反應性和反應后強度，三期焦反應性36.15％，反應后強度58.08％，優于二期焦的39.04％和52.64％。三期焦入爐粉末(<25㎜)僅為2.9％，使高爐透氣性更好�？傮w來說，由于三期焦使用了大量的優質煉焦煤，其焦炭的各項指標明顯好于二期焦。
2 三期焦炭在4號高爐的使用效果
2007年4月13～28日，煉鐵廠利用新3號高爐檢修，三期焦富余的機會，在4號高爐使用了三期焦炭，使用期與前期主要指標對比見表2、3。
表2 2007年4號高爐4月使用三期焦與3月使用二期焦主要指標對比
表3 4月份4號高爐滑料、懸料及休減風統計
|
時間月-日 |
滑料次數/次 |
懸料次數/次 |
休風時間/min |
減風時間/min |
全風天數/天 |
總天數/天 |
滑料次數/次 |
|
03-01～12,29～31 |
4 |
1 |
310 |
420 |
6 |
14 |
4 |
|
04-13～28 |
0 |
0 |
0 |
20 |
16 |
16 |
0 |
由表2、3可見，高爐使用三期焦炭，期間高爐各項指標均得到明顯改善，日煤比最高提高到152.6kg/t，創下本代爐齡最高水平，高爐利用系數達到2.623t/(m3·d)，焦比顯著降低，最低為403kg/t，對降低高爐煉鐵成本提供了重要參考依據。煤氣利用更趨穩定，最高值和平均值分別為18.7％和18.6％，減少了爐況波動，高爐順行得到改善，無滑料及懸料事故，使高爐得以守全風，其中4月13～28日期間高爐平均風量高達3415m3/min。高爐取得了較好的技術經濟指標。
3 三期焦對高爐影響的分析
3.1 對高爐操作的影響
隨著貴州煤配比增加(見表4)，焦炭熱性能改善，高爐首先在焦炭負荷上進行了相應的調整，為進一步提高料批煤量創造條件。2007年4月1～12日，焦炭質量差，高爐風難守，4月6日負荷退至4.100，4月8、10日連續滑料，平均負荷4.046，高爐順行差。4月12日中班變配煤比，貴州煤配比增加5％，爐況開始好轉，高爐逐漸增加負荷，平均負荷為4.443，4月18～24日，負荷維持4.6左右，24日中班變配煤比，貴州煤配比提高到60％，負荷相應增加，4月27日增加到4.727，達到本代爐齡最高負荷，高爐表現順行良好。
2007年4月份4號高爐焦炭配煤比見表4，焦炭負荷增減見圖1。
表4 2007年4月4號高爐三期焦炭貴州煤配比變化
|
日期 |
配比/% |
|
1-12 |
0 |
|
13 |
5 |
|
14-24 |
10 |
|
25-28 |
60 |
|
29、30 |
5 |
由表1和圖1可見，在保證順行的前提下，焦炭最重負荷4.727，與變配煤比之前的4.046相比，每噸焦炭所能承受的礦石量增加了681kg，這表明焦炭的抗壓、抗沖擊能力提高，也是M10、M40指標改善后在高爐行程中的體現。
隨焦炭負荷的增加，高爐爐況未出現任何異常，順行良好，未出現滑料和懸料等事故，能夠守全風，平均風量維持在3415m3/min，壓差控制在正常范圍，爐缸活躍，表現為渣鐵排放順暢，平均產量為3416.85t/d(而用二期焦的4月1～12日、29～30日，共出現滑、懸料事故5次，高爐順行較差，5月期間，焦炭質量惡化，高爐風難守，產量受到影響)。
料制變動少，角度和圈數均未做調整，基本維持原有料制，隨著透氣性好轉，批重在原有基礎上增加1t。爐頂、爐喉溫度穩定規則，爐喉平均溫度89℃，各點接近且無單點竄；爐頂平均溫度179℃，各點均勻混合，裝料前后呈之字形變化，爐頂攝像表現中心開、見火，邊緣和中心氣流穩定(使用二期焦時，爐喉平均溫度160℃，各點上下波動大，最高點溫度270℃，低點溫度70℃，爐頂溫度110℃，中心不開邊緣竄，壓差高易滑料，甚至懸料)。使用三期焦料柱透氣性更好，能夠承受增加1t的礦石批重，且保證中心吹得開、邊緣壓得住，兩道氣流均衡發展。
爐頂上升管取樣煤氣利用穩定且利用率較高，平均為18.6％，最高18.7％，相比之下3月份平均為18.3％，最高18.7％，煤氣利用率低且波動大。沿爐喉截面取樣煤氣C02呈雙峰式，使用三期焦期間，除煤氣利用率總體較用二期焦好之外，中心煤氣利用率15.5％，較邊緣的15.9％低，說明氣流中心較邊緣發展，與前面爐頂、爐喉溫度所呈現的特征相符合。
煤氣利用明顯提高主要是因為焦炭反應性低，使軟熔帶以上間接還原發展，直接還原抑制，焦炭在達到風口前的溶損減少，焦炭骨架作用得以保證。
3.2 對4號高爐煤比的影響
焦炭質量提高使得焦炭負荷不斷得到增加，增加后的負荷(4.727)與之前負荷(4.046)相比，相當于每批料入爐的焦炭量降低了855kg(按24t批重計)，入爐的焦炭量減少了10.25t/h(每小時上12批料)，用于礦石還原所需的還原劑及還原所需熱量處于虧損狀態，這部分炭就需要通過提高噴煤量來補充，因此高爐焦比降低，煤比提高。但這一過程的前提是：批料焦炭量降低后，入爐的焦炭能保證料柱的透氣性，起到支撐料柱的作用。只有焦炭強度指標良好，高爐才能通過噴煤調劑爐溫，為高爐大噴煤創造了條件。
4號高爐使用三期焦期間，焦炭熱強度的提高使順行好轉，高爐易于守全風和保持充足的富氧，渣鐵能夠及時出盡，避免了由于大噴煤導致煤粉質點在爐缸內不能完全燃燒氣化，在軟熔帶被渣鐵液吸收，特別是對于釩鈦礦，這將導致爐缸工況惡化、堆積，渣粘稠，渣鐵難以分離，鐵損增加等。同時充足的富氧可以抵消大噴煤帶來的爐缸理論燃燒溫度降低的負面影響，也利于燃燒帶的均勻分布。使用三期焦期間高爐噸鐵煤比如圖2所示，日煤比最高達到152.59kg/t，最高班煤量(8h)達到179.9t。
綜上所述，4號高爐使用三期焦，達到了低爐溫風全料順，靠噴煤做爐溫避免大返熱，穩定了爐況。返熱時避免停煤導致的爐溫大幅下滑，穩定了爐況，使后期有條件增加焦炭負荷，從而進一步加大噴煤量、降低焦炭用量。
3.3 對4號高爐其他主要技術經濟指標的影響
3.3.1 對焦比的影響
隨著噴煤比的不斷提高，高爐焦比和綜合焦比變化如圖3所示。凡圖3可見，焦比、綜合焦比都得到顯著降低，達到了提高煤比的實質目的。綜合焦比降低有以下幾方面的因素：①焦炭反應性降低使爐身中上部間接還原發展，直接還原抑制，煤氣利用提高，2007年4月1～12日(除去11日休風影響)煤氣平均利用率17.32％，12～28日為18.57％，從而減少了用來還原礦石的焦炭量；②爐況承受低爐溫的能力增強，節約大量的物理熱和爐缸還原Si、Ti等其他元素時消耗的炭。
3.3.2 高爐利用系數提高
使用三期焦期間日產鐵量最高達到3521.9t(4月15日)，高爐平均利用系數2.531t/(m3·d)(4月份使用二期焦利用系數2.308t/(m3·d)，平均日產鐵量3116.2t)，高爐利用系數的提高主要有以下原因：①高爐順行好(未出現滑料、懸料事故)，冶煉強度高，渣鐵量大；②風量大，爐缸活躍，渣鐵分離好，易于排放；③邊緣抑制、中心發展鐵口出鐵穩，不會早吹，渣口好放。
3.3.3 高爐鐵損降低
使用三期焦期間鐵損平均為4.74％，3月份平均5.99％，鐵損平均降低了1.25個百分點，每月可多回收生鐵1200t(按日產鐵3200t計)，經濟效益可觀。
釩鈦礦高爐冶煉鐵損高于普通礦，主要是因為渣中碳氮化鈦存在使渣鐵不易分離、渣中夾鐵，爐溫高是渣中碳氮化鈦含量升高的主要原因。由于使用三期焦實現了通過噴煤平衡爐缸熱制度，噴煤控制爐溫見效快，一般在3—4h；而調負荷、加焦炭控制爐溫則相對要滯后些，分別是70和50批料，正常情況下折合為6h和4h。因此，使用三期焦爐缸熱制度更易控制，渣鐵分離好，鐵損降低。
3.3.4 對高爐休減風率的影響
2007年4月使用三期焦炭的16天中，4高爐因換渣口，減風2次，共計20min。使用二期焦炭的14天中，減風420min(其中換渣口4次共計40min；下料不好、滑料4次，共計330min；懸料1次，50min)，休風1次，計310min(設備檢修、處理壞風口)�？梢钥闯觯孩偈褂萌诮乖趽p壞率降低(主要是因為前面提到的上渣帶鐵少渣好放)，減少了爐前操作導致的減風；②高爐順行好轉，降低因爐內操作引起的減風率；③爐況穩定，避免短期休風。
4 結語
4號高爐使用三期焦炭爐況明顯改善，滑料懸料事故顯著降低，煤氣流分布更趨合理，休減風率降低。三期焦炭與二期焦炭相比，除灰分高0.14個百分點外，其他各項指標三期焦均優于二期焦炭。使用三期焦炭高爐利用系數由3月份的2.459t/(m3·d)提高至2.531t/( m3·d)；焦比由465kg/t降至431kg/t；鐵損由5.99％降至4.74％，每月可多回收生鐵1200t，經濟效益可觀。
焦炭質量改善使高爐可以完全通過噴煤穩定爐缸熱制度，煤比顯著提高。由于高爐要求長期穩定的連續作業，4月4號高爐只是短期使用三期焦，雖然煤比等各項指標都得到改善，但4月28號煤比提高至152kg/t時三期焦停用，焦炭質量下滑，高爐無法做進一步的試探。同時三期焦雖較一、二期焦炭指標好，但與其他廠大高爐相比還是相差甚遠。因此攀鋼高爐要提高煤比，提高和長期穩定焦炭質量是關鍵。
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