高爐高溫高壓對焦炭質(zhì)量的影響

高爐高溫高壓對焦炭質(zhì)量的影響

高鉻技術(shù)是鋼鐵行業(yè)的總趨勢，是減少和污染的不可避免措施。同時(shí)，它也是國家對鋼鐵行業(yè)宏觀調(diào)控的重要舉措。高爐的大型化對焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定提高提出了新的要求,同時(shí)也成為企業(yè)煉焦工作者需要解決和追求的目標(biāo)。一、高爐對焦炭質(zhì)量的要求隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,高爐已由過去的幾百立方米發(fā)展到現(xiàn)今的4000立方米以上的大容積高爐,由于高爐容積日趨增大和風(fēng)口噴煤量的逐漸增多,焦炭在高爐中的停留時(shí)間隨之增長,焦炭在高爐中的劣化條件有所改變,再加上經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌過程中煤源出現(xiàn)了種種復(fù)雜的不易應(yīng)付的局面,致使提高焦炭質(zhì)量成為煉焦企業(yè)的一項(xiàng)經(jīng)常性的緊迫任務(wù),這無疑對焦炭質(zhì)量有進(jìn)一步的要求,各鋼鐵廠對不同容積高爐進(jìn)行風(fēng)口焦性質(zhì)檢測分析對比,以確定不同容積的高爐對焦炭質(zhì)量的要求。一是焦炭的質(zhì)量要與高爐的爐容相匹配。實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明,與300m二是焦炭的熱態(tài)性能與高爐技術(shù)指標(biāo)相配比。隨著噴煤水平的提高,入爐焦比不斷降低,焦炭在高爐內(nèi)停留時(shí)間加長,焦炭負(fù)荷增大了,這就對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求,通過對不同噴煤水平下的入爐焦和相應(yīng)的風(fēng)口焦的粒度組成、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度對比分析發(fā)現(xiàn),隨著煤比的提高,入爐焦比降低,風(fēng)口焦與入爐焦平均粒度的差值呈增加趨勢。這是由于隨著煤比的提高和入爐焦比的降低,焦炭在高爐內(nèi)劣化時(shí)間和程度有所增加的緣故。因此在保證焦炭灰分、硫分含量及冷態(tài)強(qiáng)度的前提下,要根據(jù)不同煤比,相應(yīng)控制焦炭的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度,只有焦炭熱態(tài)性能得以改善,才能進(jìn)一步提高高爐煤比,從而降低焦比,使生產(chǎn)成本降低,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。三是焦炭質(zhì)量高低與提升高爐產(chǎn)能相匹配。焦炭灰分越低越好,灰分每降低l%,煉鐵焦比可降低2%,渣量減少2.7%-2.9%,高爐增產(chǎn)約2.0%-2.5%,硫分每增加0.1%,熔劑和焦比將分別增加2%,高爐產(chǎn)量則降低2%-5%。焦炭水分重要的是要穩(wěn)定,否則將引起高爐爐況的波動,并給焦炭轉(zhuǎn)鼓指標(biāo)帶來誤差,另外焦炭水分大、在其外表面會裹上一層焦粉,這層細(xì)小的焦粉在后面的工序運(yùn)行中難于去除,若進(jìn)入高爐,將使?fàn)t況產(chǎn)生波動。二、高爐煤質(zhì)及配合煤質(zhì)量特征一是擴(kuò)大煉焦煤資源。焦煤和肥煤是煉焦用煤的基礎(chǔ)煤種,開展煉焦配煤必須要保證一定比例的焦煤和肥煤,否則將不能保證焦炭質(zhì)量符合要求。但是焦煤和肥煤又是煉焦用煤的緊缺煤種。焦炭中的硫?qū)掕F工序來說是有害物質(zhì),可使鐵質(zhì)變脆,影響鐵水質(zhì)量,配合煤硫分過高,將影響后續(xù)煤氣脫硫工序的壓力,影響煤氣含硫量從而影響后續(xù)工序。因此高硫煤的配加比例一直受到各煉焦企業(yè)的控制和關(guān)注。開展高硫煤應(yīng)用研究可擴(kuò)大煉焦煤資源,緩解焦煤和肥煤的緊張局面。二是提高和穩(wěn)定焦炭熱態(tài)強(qiáng)度。從煉焦用煤的煤質(zhì)分析中可知,高爐所用高硫煤除硫分含量較高外,高硫焦煤的粘結(jié)性都達(dá)到甚至好于優(yōu)質(zhì)焦煤的粘結(jié)性。高硫肥煤較普通肥煤除硫分含量稍高外,高硫肥煤的粘結(jié)性也好于肥煤。反觀普通焦煤,除硫分含量較低外,從粘結(jié)性、混煤程度及煤質(zhì)穩(wěn)定性來看,都與高硫焦煤有較大的差距。從平均最大反射率和反射率分布圖看,高硫焦煤Rmax基本都在1.6%左右,并且各礦點(diǎn)高硫焦煤都比較穩(wěn)定,煤場粗配時(shí)具有良好的重疊性。但普通焦煤混煤情況相當(dāng)嚴(yán)重,大部分批次普通焦煤鏡質(zhì)組反射率分布圖的標(biāo)準(zhǔn)偏差都在0.2以上,且混煤種類多樣,各礦點(diǎn)普通焦煤的反射率分布重疊性不好,經(jīng)煤場粗配后,反射率分布范圍進(jìn)一步加寬,不利于配合煤質(zhì)量的穩(wěn)定控制。因此,用部分高硫焦煤替代普通焦煤甚至部分優(yōu)質(zhì)焦煤,用高硫肥煤替代部分肥煤,有利于焦炭熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)的穩(wěn)定和提高。三是降低配合煤成本。用較低的配合煤成本得到符合高爐質(zhì)量要求的焦炭是煉焦企業(yè)不懈的追求。高硫煤因其硫分較高,為減少對后續(xù)工序生產(chǎn)(煤氣凈化、煉鐵、煉鋼等)及質(zhì)量的影響,其配加比例一直受到國內(nèi)各煉焦企業(yè)的嚴(yán)格控制。以采購高硫焦煤為例,高硫焦煤的價(jià)格每噸比優(yōu)質(zhì)焦煤低200元左右,比普通焦煤每噸低100元左右,比肥煤每噸低150元左右。因此在保證焦炭硫分達(dá)標(biāo)的情況下,每提高1%的高硫煤配加比例,可降低配合煤成本1-2元/噸煤。按年產(chǎn)400萬噸焦炭計(jì)算,可降低配合煤成本400-800萬元,效益巨大。三、焦炭質(zhì)量的保障措施一是正確把握現(xiàn)代高爐操作對焦炭質(zhì)量的要求。高爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上至下分爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五段,焦炭從爐頂依次分批裝入爐內(nèi)。高溫空氣(或富氧空氣)由風(fēng)口鼓入,使焦炭在風(fēng)口前的回旋區(qū)內(nèi)激烈燃燒。燃燒產(chǎn)生的熱能是高爐冶煉過程的主要熱源,燃燒反應(yīng)后生成的CO作為高爐冶煉過程的主要還原劑。高爐中風(fēng)口區(qū)以上始終保持塊狀的物料只有焦炭,尤其在滴落帶,鐵礦石和熔劑都已熔化,此時(shí)只有焦炭是對高爐爐料起支撐作用的骨架,并承受著鐵水、液渣的沖刷。同時(shí),焦炭在高爐中比其他爐料的堆積密度小,具有很大空隙度,因?yàn)榻固矿w積占爐料總體積的35%-50%左右,所以起到疏松作用,使高爐中上升氣體流動阻力小,氣流均勻,成為高爐順行必要條件。高爐焦炭要求一定塊度組成和強(qiáng)度指標(biāo),就是為了在高爐中有良好的透氣性。生鐵中的碳全部來源于焦炭。進(jìn)入生鐵中的碳約占焦炭中含碳量的7%-10%。焦炭中的碳從高爐軟融帶開始滲入鐵內(nèi),最后可使生鐵的碳含量達(dá)到4%左右。因此,隨著高爐的大型化,現(xiàn)代高爐操作對焦炭的質(zhì)量要求一是焦炭要有較高的耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度,焦炭在從爐頂下落的過程中不至于因磨損或摔打而破碎,在到達(dá)高爐底部時(shí)其要保持一定的完整的塊度;二是要有較低的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。這有這樣才能確保焦炭在高爐底部燃燒時(shí),能夠保持長時(shí)間的完整性,發(fā)揮骨架作用,確保高爐操作過程中良好的透氣性;三是要有較低的灰分和硫份。焦炭中的灰分和硫份都是有害物質(zhì),可能降低鐵石質(zhì)量,腐蝕高爐爐膛。二是正確采取改善焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施。焦炭質(zhì)量主要問題是灰分含量高和強(qiáng)度差(包括機(jī)械強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度)。特別是容積2000m(1)開展配煤試驗(yàn)。煉焦煤的性質(zhì)是決定焦炭質(zhì)量的基本因素。所以,選擇適當(dāng)?shù)臒捊姑杭爸贫ê侠淼呐涿悍桨甘翘岣呓固抠|(zhì)量的首要措施。隨著對煤、焦炭性質(zhì)和成焦機(jī)理的深入研究,以及不斷總結(jié)配煤試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),人們相繼提出了許多預(yù)測焦炭強(qiáng)度的方法。典型的預(yù)測方法主要有揮發(fā)份與粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層厚度、惰性組分之間的關(guān)系等焦炭質(zhì)量預(yù)測方法。各種預(yù)測方法的研究和生產(chǎn)實(shí)踐,對提高焦炭質(zhì)量,降低配合煤成本發(fā)揮了巨大作用。(2)配型煤煉焦。配型煤煉焦工藝可改善焦炭抗碎強(qiáng)度1%-3%,耐磨強(qiáng)度1%-4%,反應(yīng)后強(qiáng)度l%-5%,配型煤煉焦工藝首先由日本開始采用并向中國等國家輸出,此煉焦工藝對于提高焦炭質(zhì)量方面效果顯著并且易于實(shí)施。國內(nèi)諸多企業(yè)都先后與鞍山焦耐院進(jìn)行合作,開展了配型煤煉焦技術(shù)的應(yīng)用和研究。配型煤煉焦工藝對于粘結(jié)性較差揮發(fā)分較高的配煤對焦炭質(zhì)量的改善效果更明顯,因此,配型煤煉焦工藝的廣泛應(yīng)用既可用于老廠改造,也可用于新建焦化廠的配套備煤工藝。(3)選擇性粉碎。配合煤的粉碎工藝有先配后又能防止活性組分過細(xì)粉碎,使煉焦入爐煤粒度組成合理,以提高煤的結(jié)焦性和減少焦炭裂紋。選擇粉碎工藝在煤粒分離方法上有機(jī)械篩分和風(fēng)力篩分兩大類。風(fēng)力篩分選擇粉碎工藝有單機(jī)生產(chǎn)能力大、投資低、電能消耗少、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn),而且風(fēng)力篩分既可以像機(jī)械篩分一樣把大顆粒煤分出,又可以把密度大的惰性組分和灰分高的煤分出,使之粉碎得更細(xì),從而消除或減少裂紋中心,提高焦炭強(qiáng)度。但是純風(fēng)力篩分工藝對于水分高于10%的配合煤粉碎并不適合,因此鞍山焦耐院與一些煉焦企業(yè)合作開發(fā)了煤調(diào)濕和風(fēng)力選擇粉碎工藝的聯(lián)合工藝。先通過煤調(diào)濕裝置把配合煤水分降低到7～9%,然后采用風(fēng)力篩分選擇粉碎,從而實(shí)現(xiàn)提高焦炭質(zhì)量的目的。(5)搗固煉焦工藝。煉焦煤在爐外搗固,使堆密度增加到950-1150kg/m3,一般可改善焦炭抗碎強(qiáng)度1~6%,耐磨強(qiáng)度2%-4%,反應(yīng)后強(qiáng)度1%-6%。搗固煉焦工藝因在爐外搗固,堆密度增加,配合煤的粉碎細(xì)度可以達(dá)到90%以上。搗固煉焦工藝在多用于配煤結(jié)構(gòu)以高揮發(fā)、弱粘結(jié)性煤為主的配合煤,且所煉焦炭質(zhì)量明顯提高。對于在目前優(yōu)質(zhì)煉焦煤緊缺的情況下,擴(kuò)大煉焦煤源,降低煉焦企業(yè)煉焦配煤成本具有重要意義。對于高揮發(fā)分的氣煤類配比較高的煉焦配煤,搗固工藝能顯著地改善焦炭強(qiáng)度。焦炭在高爐中起到了提供熱源、還原劑和骨架的作用,焦炭質(zhì)量尤其是焦炭熱性質(zhì)好壞對于高爐操作及鐵水質(zhì)量具有重要作用,我們期待著兩者能有一個(gè)新的更好的融合。(4)煤調(diào)濕工藝。煤調(diào)濕工藝是把配合煤水分在裝爐煉焦前調(diào)整到一個(gè)相對比較低的水平,一般為6%-7%,研究表明,煤調(diào)濕技術(shù)可使焦炭抗碎強(qiáng)度提高1%-2%,耐磨強(qiáng)度下降1%-3%。配合