用户名: 密码: 验证码: 点击换另外一幅          客服电话:0311-80927349设为主页  加入收藏  
   所有  文献  资讯  行情
 

客服:点击这里给我发消息 点击这里给我发消息
焦化技术  炼铁技术 炼钢技术  烧结技术 球团技术 轧钢技术 国外技术 质量标准 操作规程 企业名录 冶金专利 视频中心 兑换中心 会员单位
您现在的位置:技术文献 >> 论文投稿
浅谈焦炭质量对高炉冶炼的影响
发表时间:[2017-03-24]  作者:毛洁成  编辑录入:小钼  点击数:4461

浅谈焦炭质量对高炉冶炼的影响

毛洁成

(陕钢集团汉中钢铁有限责任公司)

摘  要:本文结合汉钢生产实际,介绍了焦炭在高炉冶炼中的作用,阐述了焦炭质量对高炉冶炼的炉温、顺行和长寿的影响,进而影响到高炉生产指标,说明了焦炭质量在高炉生产中的重要性,钢铁企业应根据自身的实际条件,确定对焦炭质量的要求是非常必要的。

关键词:焦炭质量;高炉冶炼 ;生产指标

1  前 言

目前,精料技术对高炉生产指标的影响率在70%,工长操作水平占10%,企业现代化管理水平占10%,设备作业水平占5%,外界因素(动力、供应、上下工序等)占5%。在高冶炼强度、高喷煤比条件下,焦炭质量变化对高炉指标的影响率在35%左右[1]。而我国优质炼焦煤资源紧缺,因受炼焦煤性质和炼焦工艺方式所制约,焦炭质量与国际上的焦炭相比有一定的差距,主要表现在焦炭灰分高,热态性能差。煤炭质量的优劣对钢铁企业的生产指标影响很大,如何根据企业自身的实际条件,确定对焦炭质量的要求是非常必要的。汉钢高炉使用的焦炭全部为外购水熄捣固焦,主要有陕焦一、二级和汇丰一、二级四种,2015年焦炭质量指标(见表1)达不到公司内控标准(见表2),焦炭水分波动大、含沫量高、粒度偏小、热态性能差,已成为影响汉钢高炉生产指标的重要因素。

表1  2015年汉钢焦炭质量指标

项目

水分

%

灰分

%

挥发分

%

固定碳

%

硫分

%

转鼓指数%

含沫量%

CRI

%

CSR

%

M25

M10

≤25mm

汇丰一级

6.23

12.26

1.39

86.30

0.70

92.67

6.29

12.28

30.19

58.08

陕焦一级

7.95

12.52

1.41

85.97

0.69

92.56

6.37

12.05

30.71

57.03

汇丰二级

9.82

12.50

1.47

85.95

0.74

92.20

6.63

11.96

31.68

54.46

陕焦二级

9.24

13.04

1.41

85.47

0.72

92.39

6.56

12.07

34.01

50.13

表2  汉钢焦炭质量内控标准

项目

水分

%

灰分

%

挥发分

%

固定碳

%

硫分

%

转鼓指数%

含沫量%

CRI

%

CSR

%

M25

M10

≤25mm

一级焦炭

8.0

12.50

1.60

86.0

0.70

92.0

7.0

8.0

30.0

60.0

二级焦炭

8.0

13.00

1.80

86.0

0.80

89.0

8.0

8.0

35.0

55.0

2  焦炭在高炉冶炼中的作用

焦炭是将可以炼焦的煤粉装在炼焦炉内,在950~1050℃高温下隔绝空气干馏所得的多孔块状物,其质量的好坏,对高炉冶炼的技术经济指标有决定性的影响[2]。焦炭在高炉冶炼中起到四个作用:

(1) 提供热源。高炉冶炼所消耗热量的70%来自于焦炭的燃烧。风口前燃烧1Kg焦炭放热9800kJ,扣除焦炭自身灰分造渣耗热和脱硫耗热,每1Kg焦炭在炉内净供热q=9800C焦-2760A焦-20000S焦。

(2)还原剂。焦炭中C是直接还原的还原剂,燃烧生成的CO是间接还原的还原剂。

(3) 料柱的骨架料。焦炭在高炉内是起骨架作用,支撑着炼铁原料(烧结矿,球团矿,天然块矿), 特别是在软熔带及其以下的区域,焦炭是煤气流通过的唯一通道,是下部料柱的主体。

(4) 渗碳剂。在高炉炼铁过程中焦炭中的碳是逐步渗透到生铁中,一般铸造生铁含碳3.9%左右,炼钢生铁在4.3%左右。生铁渗碳消耗焦炭7%~10%。

焦炭的四种作用中,提供热源的主导作用不会改变,在各种条件下高炉炼铁中碳的还原作用和渗碳功能不会有较大的变化,在高冶炼强度、高喷煤比条件下,焦炭在高炉中的“骨架”作用就变得尤为重要,因此对焦炭质量的要求也就愈来愈高。2008年公布的《高炉炼铁工艺设计规范》对焦炭质量指标具体要求见表3。

表3  焦炭质量指标要求

炉容级别(m3)

1000

2000

3000

4000

5000

M40

≥78%

≥82%

≥84%

≥85%

≥86%

M10

≤8.0%

≤7.5%

≤7.0%

≤6.5%

≤6.0%

反应后强度CSR

≥58%

≥60%

≥62%

≥64%

≥65%

反应性指数CRI

≤28%

≤26%

≤25%

≤25%

≤25%

焦炭灰分

≤13%

≤13%

≤12.5%

≤12%

≤12%

焦炭含硫

≤0.7%

≤0.7%

≤0,7%

≤0.6%

≤0.6%

焦炭粒度范围(mm)

75~20

75~25

75~25

75~25

75~30

大于上限

≤10%

≤10%

≤10%

≤10%

≤10%

小于下限

≤8%

≤8%

≤8%

≤8%

≤8%

3  焦炭质量对高炉冶炼的影响

焦炭质量包括其化学成分,物理性能和热态性能三个部分,它们三者之间的关系是互相依存和关联的,化学成分是基础,物理性能是保证,热态性能是关键。焦炭质量的波动,会对高炉冶炼产生不同程度的影响。

3.1  焦炭质量对炉温的影响

焦炭质量首先是化学成分固定碳或灰分的高低。固定碳和灰分是焦炭的主要组成部分,两者互为消长关系,焦炭灰分高,固定碳含量相应降低,单位焦炭提供的热量就少。焦炭水分的波动也会引起炉温的波动,尤其是水分过高时,焦粉粘在焦块上带入高炉,随煤气除尘系统进入除尘灰,会造成高炉焦炭负荷带不动。高炉燃料(包括焦炭和煤粉)带入硫量约占高炉硫负荷的80%,焦炭含硫增加,高炉的硫负荷相应增加,而脱硫需消耗能量,焦炭灰分造渣也要消耗能量,因此焦炭化学成分变化大时,如果高炉不能及时做出调整,会引起炉温大幅波动,甚至出号外铁。汉钢高炉由于入炉焦炭成分波动较大,有时会出现炉温突然大幅升高或降低,虽然在实际生产中,影响炉温的因素很多,但两座高炉在冶炼条件没有作改变的情况下,同时做出相同反应时,可以判断是人炉原燃料发生变化,如矿石正常,那肯定是焦炭质量发生了变化。

3.2  焦炭质量对炉况顺行的影响

在高炉冶炼进程中炉内煤气流上升和炉料下降往往是构成高炉冶炼过程诸矛盾中的主要矛盾,焦炭质量波动会造成煤气流分布和炉缸工作状况的改变,从而影响炉况顺行,焦炭质量的稳定是高炉顺行的基础条件之一。焦炭在炉内下降过程中因以下三个破损原因造成粒度变小:一是焦炭块表面与中心温度差(200℃以上)造成的热应力,使焦炭沿原有微裂缝破损;二是CO2及碱金属与焦炭中C反应,反应界面成蜂窝状,使焦炭强度变差;三是焦炭与炉料及炉墙摩擦而破损。

焦炭冷态机械强度包括抗碎强度M40(或M25)和抗磨强度M10,这两项指标主要是反映焦炭在高炉内保持粒度的能力。焦炭热态性能包括反应性指数CRI和反应后强度CSR,反应性指数是焦炭在高炉里和CO2的反应能力,反应性高,焦炭溶损比例高,反应性越低越好。反应后强度是衡量焦炭在经受CO2和碱金属侵蚀下保持高温强度的能力, 反应后强度越高越好。焦炭的热态性能差,严重影响软融带和滴落带的骨架作用,导致炉缸粉末增加,恶化死料柱的透气性和透液性,易造成炉缸堆积。高炉风口焦炭取样研究表明:焦炭从料线到风口平均粒度减少20%~40%,焦炭强度好,焦炭在到达风口回旋区后其粒度裂化程度相对较小,焦粉量少,有利于改善高炉下部透气性和高炉顺行。焦炭强度差,会使块状带透气性变差,风口回旋区的碎焦量增加,中心气流变弱,边缘气流变强,炉缸中心死料柱增大,造成炉况不顺,高炉出现频繁崩料或悬料,其至恶性悬料。汉钢高炉由于焦炭水分波动大、含沫量高、粒度偏小、热态性能差,使高炉炉温难以稳定,正常的风量难以维持,顺行变差,炉况曾多次出现大的波动都是因焦炭质量恶化造成的,如不及时进行调剂,易造成高炉炉况失常。

3.3  焦炭质量对高炉长寿的影响

焦炭强度及热态性能差,使高炉中心气流变弱,边缘气流变强,炉缸中心死料柱透气性和透液性变差,易造成炉缸侧壁和炉衬的侵蚀;高炉频繁崩料时,炉温大幅波动,引起炉内高温区上下移动,炉内软融带位置高低变动,易造成炉墙粘结;高炉坐料时,也会对炉衬、炉底造成较大破坏,缩短高炉寿命。长时间炉况失常,还容易形成炉缸中心堆积,风口套频繁烧损。汉钢1080m3高炉主要是汇丰二级和省焦二级焦炭搭配使用;2280m3高炉主要是汇丰一级和省焦一级焦炭搭配使用,有时还使用一部分二级焦;由于焦炭质量一直得不到较好的改善,为保证高炉顺行和完成生产任务,高炉边缘气流不能得到有效控制,加之炉料有害元素锌和碱金属常超标,导致两座高炉的炉衬侵蚀严重,投产三年多就被迫停炉喷涂造衬,直接影响到高炉的长寿。

3.4  焦炭质量对高炉生产指标的影响

高炉是一项系统工程,各种因素相互制约,焦炭质量对高炉生产产生深层次而广泛的影响。焦炭作为料柱的骨架,是决定高炉能否强化,能否提高喷煤比的重要因素。同时,焦炭与CO2反应的多少又是决定直接还原度的高低的重要因素。焦炭固定碳和水分含量与高炉热制度相关,硫含量与生铁质量相关;焦炭强度和热态性能对高炉顺行和长寿影响尤大。汉钢高炉由于使用的焦炭质量较差,因此高炉指标不太理想,主要表现在煤气利用率低和燃料比高,2015年1080m3高炉平均燃料比为544.2kg/t。 2016年1080m3高炉单系统生产,焦炭质量得到重视,焦炭配比由原来全二级焦调整为陕焦一级焦50%+汇丰二级焦50%,取消了质量较差的陕焦二级焦配加,焦炭质量的改善使高炉技术经济指标得到大幅度提升(见表4)。汉钢高炉焦炭质量指标变化对焦比及产量影响的经验值见表5。

表4   汉钢1080m3高炉主要技术经济指标变化情况

时间

系数

t/(m3.d)

燃料比

kg/

风温

生铁硅

%

硅偏差

%

煤气利

用率%

综合

品位%

2012

2.61

570.7

1103

0.62

0.19

41.58

56.40

2013

2.94

548.8

1197

0.49

0.15

42.73

56.64

2014

2.98

555.0

1151

0.41

0.12

41.96

56.68

2015

3.16

544.2

1194

0.39

0.10

43.95

57.51

2016.1

2.88

527.5

1162

0.39

0.10

45.19

57.36

2016.2

3.04

524.4

1150

0.38

0.10

46.12

57.59

2016.3

3.05

516.9

1150

0.39

0.10

46.03

57.49

2016.2

3.04

524.4

1150

0.38

0.10

46.12

57.59

2016.3

3.05

516.9

1150

0.39

0.10

46.03

57.49

备注:2015年3月因高炉停炉喷涂造衬只生产5天,指标未参与统计;9月份以后因热风炉拱顶耐材受损,风温供应受限。

表5  汉钢高炉焦炭质量指标变化对焦比及产量影响的经验值

指标名称

变动量

影响焦比

影响产量

灰分

+1%

+2%

-3%

水分

+1%

+1%

-1%

S分

+0.1%

+1.5%

-2%

M25

+1%

-5kg /t

+1.5%

M10

+0.1%

+3kg /t

-2%

CRI

+1%

+3kg /t

-2%

CSR

+1%

-5kg /t

+2%

从表5可看出,焦炭灰分变化1%,焦比将变化2%,M10变化0.1%,焦比将变化3kg/t,CSR变化1%,焦比将变化5kg/t,因此应十分关注焦炭灰分、M10和CSR的变化。

4  结 语

焦炭质量在高炉生产中起着十分重要的作用,焦炭质量的好坏影响到高炉冶炼的炉温、顺行和长寿,进而影响到高炉生产指标和生产成本。钢铁企业应根据自身的实际条件,确定对焦炭质量的要求是非常必要的。

(1)汉钢焦炭水分波动大、含沫量高、粒度偏小、热态性能差,已成为制约高炉指标的重要因素,今后在评估焦炭对炼铁经济成本影响时,不能只顾眼前利益,应从长远或一代炉龄去考虑,坚持按公司内控标准严把焦炭进购质量关。

(2)随着高炉精料和炼铁技术的进步以及喷煤比的增加,高炉入炉焦比越来越低,焦炭的负荷和料柱骨架作用越来越重。与此同时由于主焦煤和配煤质量的下降,焦炭的热态性能对高炉炼铁的作用显得越来越重要。因此,焦炭热态性能应引起炼铁和焦炭工作者特别重视。

(3)焦炭质量是钢铁企业降低炼铁工序成本的瓶颈,如何提高焦炭质量、稳定焦炭来源、加强质量监控、优化焦炭配置,应引起企业足够重视。

(4)焦化厂应通过优化配煤和炼焦工艺,努力改善、提高焦炭质量,以满足高炉炼铁生产的需要。

5  参考文献

[1]  王维兴.高炉炼铁对原燃料质量的要求和影响. 2011年全国炼铁原料学术会议.

[2]  范广权.高炉炼铁操作.北京:冶金工业出版社,2008年第1版:56.

相关文章
热点排行
  • 扫一扫,访问冶金之家
更多友情链接      申请友情链接,请加QQ:1525077243
更多合作单位
版权所有:冶金之家 www.GTjia.com 未经许可不得转载  
客服电话0311-80927349   客服传真0311-80927348  客服邮箱gtjiacom@126.com
客服:点击这里给我发消息  客服:点击这里给我发消息  客服:点击这里给我发消息
[冶金之家QQ群] 炼铁技术交流群:53122098 炼钢技术交流群:116793970
工信部网站备案/许可证号:冀ICP备14023137号-1
免责声明:本站部分内容来自互联网 不承诺拥有其版权 如有异议请联系本站 将在第一时间删除相关内容。