王筱留-高爐煉鐵燃料高效利用解析

高爐煉鐵燃料高效利用解析王筱留祁成林北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院鋼冶系北京市海淀區(qū)學院路30號,100083Tel-mail:wangxiaoliu2023@aliyun提綱向高爐噴吹H2或富H2的焦爐煤氣噸鐵經濟噴煤量焦炭質量操作上的中心加焦結論前言近年來隨著高爐煉鐵原燃料供給緊張，質量下降而價格反升，更受環(huán)保嚴格要求需要降低煙粉塵，CO2等影響，人們提出低碳低排放冶金。于此同時受產能過剩，市場低迷，高爐煉鐵出現微利，甚至虧損的局面，人們又尋找降低本錢的途徑。于是又出現使用低價劣質煤煉焦和低價劣質礦生產燒結礦，造成高爐煉鐵生產指標局部變差，2023年甚至出現全面下降的后果，究其原因很多，其中局部煉鐵工作者對假設干問題發(fā)生的爭議，使人們產生片面理解，其中不少甚至是違背冶金熱力學，動力學和傳輸原理的客觀規(guī)律，但經知名人士，專家和媒體的宣傳，我們認為造成的負面影響很大。作者認為有必要應用冶金根本原理對這些問題進行剖析，以求與廣闊煉鐵工作者達成共識。為我國實現低碳低本錢煉鐵做一點有益的工作。這是本文作者的心愿。1.向高爐噴吹H2或富H2的焦爐煤氣近年來，國內外的局部專家，教授宣傳最多的技術之一是向高爐噴吹H2或富H2燃料，其目的是用H2來代替碳和CO復原鐵氧化物，到達低碳煉鐵，“中國鋼鐵工業(yè)科學與技術開展指南〔2023年-2023年〕〞，將噴吹焦爐煤氣列為煉鐵工藝關鍵技術，要求噴吹焦爐煤氣量到達或超過100m3/t，高爐要不要噴吹富H2燃料，例如焦爐煤氣，能不能到達噴吹焦爐煤氣量≥100m3/t，是需要認真分析的。作者在2023年曾發(fā)表過多篇論文，闡說噴吹焦爐煤氣存在的理論和實踐問題，現再補充剖析。1.1熱力學和動力學分析從高爐煉鐵的根本工藝原理來研討。高爐煉鐵是火法冶金。它生產的產品是液態(tài)高溫〔1475-1510℃〕鐵水，生產單位生鐵需要消耗9-11GJ/t熱量，這個巨大數量的熱量，主要是由碳在爐內氧化成CO和CO2放出的〔約占總熱量的75%-80%〕，其中碳在風口前燃燒放熱占25%左右，碳在直接復原中放熱占9%-10%;而CO在間接復原中放熱占43%-45%，而H2在間接復原過程中放出熱量只占5%左右。向高爐噴吹H2或焦爐煤氣，其特點是在高爐內放熱少，因為碳氫化合物中的H2在風口前燃燒時，只有其中的碳氧化成CO放熱而氫是不能氧化成H2O放熱的。焦爐煤氣含H2多含C少。因此從風口噴入高爐后在風口前燃燒放熱很少：焦炭或煤粉中C燃燒C+1/2O2=CO焦爐煤氣中碳氫化合物燃燒〔以CH4為例〕CH4+1/2O2=CO+2H2表1和表2列出不同燃料噴入高爐后燃燒放熱與焦炭燃燒放熱的比較。表1不同燃料在風口前燃燒放熱比較燃料種類燃料中H:C放熱量KJ/kgC%焦炭0.002～0.0059800100無煙煤0.02～0.03940096氣煤0.08～0.10840085重油0.11～0.13750077甲烷（天然氣中占90%～95%）0.333297030表2焦爐煤氣成分〔%〕和燃燒放熱量〔GJ/m3〕成分H2COCH4CnHmO2N2CO2H2O燃燒熱值平均成分606.5262.20.63.02.6-完全風口前波動氛圍58~625.5~8.62.4~3.02.0~2.50.5~1.22.7~3.62~3.02-318~200.08~0.18中國某廠成分59.28.629.42.01.23.62.0-19.6—所以從高爐煉鐵的供熱角度看噴吹H2，焦爐煤氣等高H2燃料是難于代替碳發(fā)熱作用的，那么從復原角度有如何呢？從鐵氧化物復原的熱力學規(guī)律〔圖1〕來分析，圖1顯示CO和H2的復原能力，即從FeO奪取氧的能力在810℃發(fā)生了變化，在810℃以上H2復原能力比CO強，復原中需要平衡產物H2O，以保證反響向生成金屬Fe方向進行的復原劑過剩系數n小于CO的n值，而在溫度低于810℃時相反。H2的復原能力不如CO，過程系數n值H2的比CO的大〔見表3〕,它說明在高爐中上部中低溫區(qū)的間接復原中H2的作用不如CO。圖1叉子曲線表3不同溫度下FeO復原到Fe的復原劑過程系數n值還原劑還原反應不同溫度下的過剩系數n值600700800900100011001200H2FeO+nH2→Fe+(n-1)H2+H2O4.183.342.942.602.342.352.25COFeO+nCO→Fe+(n+1)CO+CO22.122.502.883.173.523.824.12從動力學規(guī)律來分析H2和H2O的密度和黏度都小于CO和CO2，因此前者在氣-固相復原反響過程中擴散能力大于后者；也就是H2可以擴散到CO不能到達的鐵礦石的微孔隙進行間接復原，從而加快復原速率開展間接復原，降低鐵的直接復原度。但是這種優(yōu)勢，受到兩方面的制約：一是鐵礦石裝入高爐后，逐漸被加熱到一定程度礦石的氣空隙因燒結，軟熔作用而變小，原來的空隙被堵塞、熔合而消失。H2的擴散也被阻，另一是隨著煤氣中H2含量的增加，H2的作用遞減，其中原因之一是高爐內存在著熱力學上根本上已到達平衡的水煤氣置換反響：H2復原生成的H2O被爐內的CO置換成CO2和H2。這個平衡反響限制了H2的作用和利用率，但與此同時，卻提高了CO的復原和CO利用率。結果是高爐內H2的利用率總是低于CO的利用率。前蘇聯著名煉鐵專家A.H.拉姆教授研究ηCO和ηH2與煤氣中H2/CO比值變化范圍0-1的條件下，最高ηCO和ηH2變化相應為0.58-0.64和0.37-0.52。這從理論上證明H2的利用率低于CO的利用率。圖3前蘇聯契鋼噴吹天然氣后ηCO和ηH2的變化1.2實驗研究許多研究者對H2復原鐵氧化物復原做過很多研究，這里介紹武漢鋼鐵公司于仲潔等在實驗室中進行了富H2復原氣體復原燒結礦，球團礦的實驗研究，重點在研究噴吹富H燃料對開展高爐內間接復原，提高煤氣利用率的作用。復原試驗采用恒溫法以復原溫度900℃復原時間180min的試驗為主，還做了局部復原溫度600℃，700℃和1000℃的試驗。復原氣體由高純CO，H2和N2按CO定量為40%，H2分別為2.5%，5.0%，7.5%，10.0%，12.0%和15.0%。其余為N2的設定比例配制而成。試樣為武鋼高爐使用的自產燒結礦和鄂州球團礦，試樣粒度10-12.5mm，復原劑流量為15L/min。試驗研究結果列入表4。表4溫度和復原氣成分對鐵礦石復原的影響溫度/℃礦石還原氣中H2含量/%2.55.07.510.012.015.0600球團礦67.171.075.077.4燒結礦76.980.485.392.3700球團礦87.188.490.092.599.199.4燒結礦88.290.395.199.699.499.7900球團礦89.393.495.3897.799.599.4燒結礦94.095.196.497.599.599.61000球團礦90.395.297.499.6燒結礦95.897.598.799.9試驗研究結果說明：1〕在中低溫度區(qū)間內〔600-900℃〕H2含量從2.5%提高到5%-7%時，燒結礦和球團礦復原度提高很明顯，而H2含量繼續(xù)提高到10%及以上，復原度提高幅度不大。2〕在試驗研究的溫度和煤氣H2含量的范圍內，燒結礦的復原性明顯優(yōu)于球團礦，而在900-1000℃時，低H2含量〔2.5%〕燒結礦的復原性仍明顯優(yōu)于球團礦，高復原氣體中H2含量提高到5%以上時，燒結礦與球團礦的復原性差異很微小。由此得出結論復原性氣體中H2含量5%-7%對改善高爐間接復原，提高煤氣利用率有重要作用，過高的H2含量這一作用不大或無作用。在高爐生產中風口前燃料燃燒形成的煤氣中含H2量與噴吹燃料中的含H2量和噴吹量，鼓風中濕度和富氧量等有關，在噴吹重油，天然氣，高揮發(fā)分的長焰煙煤時，燃燒帶中形成煤氣中含H2量就高，同樣高富氧〔8%-14%〕時為維持適宜的理論燃燒溫度而加濕鼓風時，煤氣中N2含量減少，H2含量和CO含量增加。例如前蘇聯契鋼〔現俄羅斯“北方巨人〞〕噴吹天然氣50m3/t時，燃燒帶形成的煤氣中H25.6%，CO39.3%，N255.1%而噴吹天然氣100m3/t時煤氣中H2達11%以上，CO那么降為38.5%，N250.9%，隨著天然氣噴吹量增加，ηCO和ηH2的變化示于圖3。1.3生產實踐中H2行為從圖中可以觀察到，在天然氣噴吹量低于80m3/t時，煤氣中H2開展了鐵礦石的間接復原，ηH2提高也促進了ηCO提高。而在噴吹量超過80m3/t時，ηH2趨于降低，而ηCO那么明顯降低。而當天然氣噴吹量到100m3/t，ηH2開始下降，ηCO那么由0.43降到0.42以下，而當天然氣噴吹量提高到150m3/t時，ηCO降低到不噴吹天然氣時的水平，如果天然氣噴吹量超過150m3/t，那么ηCO降到0.40以下，比不噴吹時還要低8%。圖3前蘇聯契鋼噴吹天然氣后ηCO和ηH2的變化從上面冶煉過程熱力學和動力學分析，實驗室研究結果以及生產高爐富H2煤氣的生產業(yè)績，可以得出結論，在高爐煉鐵中，煤氣中H2含量并不是越多越好，而需要適量，即燃燒帶形成的煤氣中H2含量5%-8%。至于噴吹焦爐煤氣那么需要分析高爐冶煉的生產條件。特別要分析投入和產出是否合理，是獲利還是虧損。噴吹焦爐煤氣的投入有：①煤氣需加壓,焦化廠出來的焦爐煤氣，壓力低〔在0.2KPa左右〕要噴入高爐，必須加設加壓站將焦爐煤氣壓力加壓到超過熱風壓力；②增添焦爐煤氣清洗設施，焦化廠出來的煤氣中殘留有相當數量的焦油，硫化氫等，它們會腐蝕煤氣加壓機，所以進加壓機前要再進行一次精清洗，以保證加壓機長期平安運行；③噴吹焦爐煤氣的噴嘴不同于噴煤粉，需要專門設計改造風口和直吹管結構到達煤氣與鼓風很好地混合，使焦爐煤氣在燃燒帶內全部燃燒成CO和H2，如果混合不好，焦爐煤氣不能全部燃燒成CO和H2那么在高溫下裂化而產生大量碳黑，其負面影響遠大于未燃煤粉。1.4分析結果噴吹焦爐煤氣的產出：在前面已述及，焦爐煤氣在風口前燃燒放熱非常少僅為焦炭在風口前燃燒放熱的1%-2%，煤粉燃燒放熱的3%左右，甚至只有天然氣的1/10-1/20。同時燃燒消耗的風量很小〔0.5-0.6m3/m3〕，熱風帶入熱量也隨之減少〔只有噴吹煤粉的10%〕；焦爐煤氣的置換比在低噴吹量時不超過0.45kg/m3，而在高噴吹量時降到0.35-0.40kg/m3。因此寄希望于噴吹焦爐煤氣來降低燃料比是不現實的。噴吹100m3/t焦爐煤氣是需要認真地論證和研究，不宜冒然在高爐生產中推廣。在現代技術水平的條件，焦爐煤氣利用的最正確途徑是生產甲醇，效益最好。2經濟噴煤量高爐噴吹煤粉的目的是用煤粉中的碳置換焦炭中的碳，在風口前燃燒放熱和形成間接復原的復原劑CO和H2，但是焦炭的重要作用之一是保證高爐料柱具有良好的透氣性和透液性，以保證高爐冶煉過程順利進行，也就是常說的焦炭的骨架作用和高爐順行的保證者，所以噴吹燃料，包括噴吹煤粉量是受焦炭這個作用的限制，到目前為止，一般認為噴煤量的極限量是燃料比的50%，人們設定的目標是250kg/t煤比，250kg/t焦比，燃料比500kg/t，，但是至今燃料比可以長期維持在500kg/t以下〔最低420-460kg/t〕，但是沒有一座高爐能長期維持噴煤率到達50%。只有少數高爐維持在40%左右，大多數高爐維持在25%-30%，即在燃料比500kg/t噴吹煤粉量維持在125-150kg/t。長期以來，作者根據中國高爐煉鐵的冶煉條件：入爐品位57±1%；渣量320±20kg/t；燃料比530±20kg/t；噸鐵風量1200±200m3/t；風溫1100±100℃；富氧1.5%-3.5%；鼓風濕度不調濕波動在1%-3%。計算出適合于此條件的噴煤量在130±20kg/t。因而提出經濟噴煤量概念，它就是最適合于冶煉條件的，置換比0.8kg/kg以上，燃料比穩(wěn)定在530±20kg/t可取得較好效益的噴煤量。但是有的煉鐵工作者，專家認為我們這種提法制約了生產者提高噴煤量的積極性，認為目前中國煉鐵噴煤量還有相當大的差距，應該鼓勵創(chuàng)造條件進一步提高噴煤量以節(jié)約更多的焦炭。我們認為在任何時候噴煤量都應該適應于冶煉條件，超越冶煉條件的大噴煤量必定是置換比較低，燃料比升高。目前相當多的中小高爐的燃料比高的原因之一，就是噴煤量超越了冶煉條件允許的經濟噴煤量，例如有的高爐入爐品位降到57%以下，渣量超過了350kg/t到達400kg/t，風溫缺乏1100℃，富氧很少或者不富氧，而噴煤量那么超過170kg/t。造成大量未燃煤粉進入爐塵和布袋灰，使布袋灰成為含碳45%-50%的高灰分煤粉，置換比下降，燃料比在550kg/t以上。實際生產說明，世界上任何高爐不會這樣片面追求高噴煤量，結果只會是燃料比升高，CO2排放量增大。要使高爐煉鐵獲得好的業(yè)績，必須具有一定的最根本條件，噴吹煤粉也是如此，要提高噴煤量，1〕必須解決和克服制約噴煤量提高的因素，最關鍵的是保證煤粉在風口前的燃燒率，減少隨煤氣流入料柱的未燃煤粉，噴吹無煙煤時燃燒率應＞80%，噴吹煙煤或揮發(fā)分20%左右的混合煤時，燃燒率應＞70%，燃燒率過低。一那么減少了煤粉中碳在風口前燃燒放熱，降低了煤粉碳置換焦炭碳的作用；二那么產生的過多未燃煤粉降低了料柱的孔隙度，增加煤氣穿過料柱的阻力，嚴重時影響爐況順行；三那么隨煤氣逸出高爐，使重力灰和布袋灰中的碳含量升高，降低了噴吹煤粉在高爐內的利用率，導致置換比降低例如某廠高爐大噴煤時煤比超過250kg/t，重力灰中碳含量升高，煤氣洗滌水外表漂浮油花般的煤粉，超過200kg/t以上煤粉的置換比降到0.5-0.6kg/kg〕，要保證煤粉燃燒率要采用富氧使燃燒的空氣過剩到達1.15以上；要提高風溫加速反響速度，要將煤粉磨到適當細度〔無煙煤-200目超過80%，煙煤或混合煤達70%以上〕以增加煤粉反響外表積和外表活性點來加快燃燒速度，要均勻噴吹；2〕消除個別風口脈沖式黑團煤氣流，保證高爐爐況順行，提高噴煤量后，造成料柱空隙度降低，風口前燃燒形成的爐腹煤氣量增加，結果單位高度上的壓差升高，當升高接近甚至超過爐料的堆積密度r料時，高爐就首先出現難行，繼續(xù)發(fā)生懸料，而順行是高爐生產頭等重要的爐況，高爐難行，懸料必然造成生產指標惡化，本來希望提高噴煤來改善操作及其指標，結果適得其反，因此要提高噴煤量，必須使不升高，就要通過技術措施使料柱的空隙度維持在較好的數值，爐腹煤氣量不增加或增加到允許的數量，這要求重視原燃料質量和提高富氧量。3〕維持高噴煤量下爐缸活潑和具有良好的熱狀態(tài)?；顫姷臓t缸表現在有足夠大的燃燒帶保證煤氣初始分布合理，n=燃燒帶環(huán)圈面積/爐缸截面積的比值：大高爐應維持在0.5左右，而中型高爐那么維持在0.55-0.6，小高爐維持在0.65左右，活潑爐缸的另一個重要標志就是死料柱有良好的透氣性和透液性，這要有優(yōu)質焦炭和較低的爐渣滯留來保證，良好的爐缸熱狀態(tài)特征是t理維持在2200±50℃，焦炭進入燃燒帶時的溫度到達0.75t理和有必要的熱貯備630KJ/kg生鐵，其中最重要的是t理，大噴煤后煤粉分解耗熱增加，焦炭帶入燃燒帶熱量減少，煤氣體積增大，將導致t理下降：長焰煙煤3.5℃/kg，煙煤2.8℃/kg，無煙煤1.5-1.8℃/kg。需要通過提高風溫和富氧來補償，每100℃風溫提高t理60℃-80℃，每1%富氧提高t理45℃-50℃?；谝陨戏治?，我們提出噴吹180～200kg/t煤粉的必要條件：渣量280kg/t以下，200kg/t以上時要260kg/t以下；風溫1250～1280℃；富氧3.0%～5.0%；焦炭質量灰分在12%以下，S0.7%以下，M4090%以上，M106%以下，CRI24%以下，CSR65%以上，平均粒度50～55mm，燒結礦以SFCA的高堿度燒結礦與含MgO酸性球團或低SiO2低Al2O3塊礦搭配的爐料結構，均勻噴吹各風口之間的不均勻應在3%不超過5%，煤粉的灰分和硫均應低于焦炭，揮發(fā)分18%-20%，灰熔點在1500℃等，如果上述條件有1-2項達不到要求，就不宜冒然提高噴煤量，否那么將造成燃料比升高，達不到低碳低本錢煉鐵?，F在我國高爐冶煉條件在劣化，入爐品位降低，渣量增加，焦炭質量在降低，局部原來高噴煤量的高爐的噴煤量有所下降，例如寶鋼本部的噴煤量2023年已降到與其冶煉條件相適應的經濟噴煤量160-170kg/t到達低燃料比低碳和低本錢煉鐵。3.1質量評估從焦炭是高爐冶煉過程中熱量的提供者的作用分析，焦炭的質量要求是固定碳含量要高，灰分要低，S要低，以焦炭在高爐內放出的凈熱量，即焦炭中碳燃燒成CO放出的熱量扣除自身的灰分造渣和脫S消耗熱量以后，可以提供給冶煉的熱量，從計算式可以看出：3.焦炭質量但是中國煉焦煤的特點就是灰分高S低，因此中國焦炭的特點也就是灰分高S低，用國產煤煉焦灰分降到12%以下是很困難的，煉鐵工作者要理智地認清國情，而用1/3焦煤〔即氣煤〕煉搗固焦可以少量降低灰分，因為氣煤與焦煤正好相反，灰分低而S偏高。從焦炭的骨架作用分析任何生產液態(tài)鐵水的豎爐〔包括高爐，COREX熔融復原爐，Finex熔融復原爐等〕，都離不開焦炭，其離不開的原因就是料柱骨架作用，為保證這一作用高爐用焦炭質量指標中最重要的是強度指標冷強度M40，M10，反響性CRI，熱強度CSR〔與CO2反響后強度〕，4個指標中尤以M10和CSR更重要，更要引起煉鐵工作者的重視。煉鐵工作者都知道，焦炭在高爐內經受了4個方面的劣化：1〕熱應力焦炭入爐后被加熱，由于它的導熱性能較差，焦塊外表與中心之間溫度差在150-250℃，這個溫差造成的應力作用，使焦炭沿著出爐時就存在的微孔隙破裂，產生＜5mm的焦粉；2〕摩擦不同運動速度的焦炭與爐料之間，焦炭與爐墻之間的摩擦使耐磨性能差的焦塊〔M10指標差的焦炭〕產生大量粉末，或隨煤氣進入爐塵，或殘留在料柱，降低料柱空隙度而影響，特別在爐缸燃燒帶作循環(huán)運動的焦炭與死料柱邊界焦炭之間摩擦產生焦粉，影響爐缸狀態(tài)及死料柱的空隙度；3〕碳素溶解損失反響焦炭中的碳與煤氣中的CO2反響C+CO2=2CO，將焦炭外表溶蝕成蜂窩狀，強度降低，CRI指標差的焦炭，以及入爐K2O，Na2O等有害元素高的高爐，這個劣化作用最大，是焦炭質量變差的主要原因；4〕鐵滲碳反響溶蝕滴落帶中的焦炭以及爐缸中浸堆在鐵水中的焦炭，受此劣化作用大，它對死料柱透氣性和透液性影響嚴重，也影響爐缸鐵水環(huán)流。隨著噴煤量的增加，焦炭在爐內停留時間延長，焦炭劣化更嚴重，寶鋼和首鋼遷鋼的研究說明：1〕噴煤量由0kg/t到100kg/t和200kg/t，焦炭在爐內停留時間有6.5h延長到9.06h和14.92h；2〕寶鋼焦炭溶損率相應由不噴煤時的29.63%提高噴100kg/t煤粉時的到36.25%和噴吹200kg/t時的46.67%，遷鋼焦炭的粒度降解到達60%-68%，兩廠高爐到達風口前的焦炭粒度由50-54mm降低17-13.5mm。我們通過統(tǒng)計研究，提出了評估焦炭質量的體系，設定焦炭質量總分為100分，那么最重要的灰分、M10、CSR各占20分；M40(或M25)、CRI各占15分，硫占10分，并制定了評價規(guī)那么，還為河北某廠建立了1780m3高爐和450m3高爐焦炭分級評分標準：表5焦炭評價規(guī)那么灰分降低1%，分數提高6.6分含量12%-15%20分硫分降低0.2%，分數提高1分0.6-1.4%5分M40降低1%，分數降低1分71-85%15分M25降低1%，分數降低1分78-92%15分M10降低0.2%，分數提高1分6-9.8%20分CRI降低1%，分數提高1.5分25-38%20分CSR降低1%，分數降低1.5分52-65%20分表61780m3高爐高爐使用焦炭分級評分標準分數100分0分-5分灰分A，d/%≤12.015.0≥20硫分St，d/%≤0.601.60--M40/%≥85.070.0≤60M25/%≥9277≤67M10/%≤6.010.0≥15.0CRI/%≤2538≥48CSR/%≥6552≤42表7450m3高爐使用焦炭分級評分標準分數100分0分-5分灰分A，d/%≤12.515.5≥20.5硫分St，d/%≤0.701.70--M40/%≥8065≤55M25/%≥8772≤62M10/%≤7.011.0≥16CRI/%≤2841≥51CSR/%≥6047≤37關于焦炭還需要分析三個問題：不同容積高爐，特別是大型高爐對焦炭質量要求是否一樣，焦炭的反響性和搗固焦質量。3.2大型高爐對焦炭質量的要求是否因爐容不同而不同？不同容積高爐使用品質不完全相同焦炭適應爐內變化，本來是合理使用煤炭資源和不同焦爐生產的不同級別冶金焦是無可非疑的。GB/T1996-94就列出了不同容積使用焦炭的質量要求〔表8〕但是近年來出現了不同的觀點：表8焦炭質量要求爐容級別(m3)10002000300040005000M40≥78%≥82%≥84%≥85%≥86%M10≤8.0%≤7.5%≤7.0%≤6.5%≤6.0%反應后強度CSR≥58%≥60%≥62%≥65%≥66%反應性指數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%焦炭粒度范圍(mm)75~2075~2575~2575~2575~30大于上限≤10%≤10%≤10%≤10%≤10%小于下限≤8%≤8%≤8%≤8%≤8%其一是我國新疆某廠2500m3高爐短時內使用本地煤煉的焦炭，質量稍差，而高爐生產指標未變壞反而還有改善，引起局部專家注意，并提出質疑目前對大高爐使用焦炭是否要求過高了，其二是有專家列出德國蒂森公司2000m3以上大型高爐的焦炭品質和高爐生產業(yè)績，比照后得出隨大型高爐爐容的擴大使用的焦炭品質無特殊要求表9德國蒂森高爐操作指標〔2023,1-5月〕高爐內容積，m39#21328#25001#44072#5513高度，m27.08928.53031.25032.800CSC/CRI，%66.1/22.966.1/22.967.4/22.668.0/22.3I40/I10，%55.4/16.955.4/16.954.7/15.854.1/15.7渣量，%288287287289風溫，%1092111310961119煤氣利用率，η，%49.248.348.849.2燃料比，kg/t497.1490.4498.5497.7M40M10CRICSRAS平均粒度沙鋼89.105.7224.4166.8112.220.7347.32京唐90.985.6320.0271.7611.840.7557.72寶鋼1號89.195.7425.4767.2912.050.6551.81寶鋼2-4號88.98-89.745.64-5.8925.09-25.4767.29-67.5812.02-12.160.63-0.6451.86-52.58武鋼8號（4117）89.145.2821.0169.2212.350.7353.12馬鋼A、B爐89.655.5122.8669.8712.430.7348.19太鋼5/6爐89.95/91.535.26/4.7122.69/21.2470.44/72.8512.22/11.920.6661.66首遷3號88.466.0921.8967.8911.930.6559.75鞍鋼鲅魚圈1/2號--24.98/22.7965.28/62.20--50.50/51.70本鋼88.395.8820.4069.5511.830.66-梅山88.506.1326.3265.6812.180.6648.56安陽89.895.1023.0567.9212.280.7151.77表10我國現有大于4000m3高爐焦炭質量關于第一個質疑，由于作者未去實地考察，情況不十分清楚，不敢妄加評論，但是如果本地煤煉的焦炭在M10和CSR尚可的話，短期內爐子是可以挺住的，原來使用的質量好的焦炭填充于爐內，死料柱內的焦炭可維持10天到15天，它們被后來焦炭置換出來后如果焦炭CSR仍然能保證死料柱內粒度較大，透氣性透液性良好，那么爐缸狀態(tài)活潑程度仍可維持，爐子短期內不會壞到不可收拾。但是時間過長，焦炭的CSR又差，粒度又小，爐況肯定走向惡化，這樣的例子太多，據報道，新疆該廠已恢復使用原來配煤煉的焦炭。不再使用完全用本地煉的焦炭。關于第二個質疑，那是對德國焦炭沒有仔細研究產生的錯覺，如果我們仔細地分析，不難看出，德國高爐用的原燃料是真正的精料，從渣量288kg/t，估算其2132m3高爐和比它大的2500，4407，5513m3的入爐品位都相當高，也到達我國5000m3高爐的入爐品位，而焦炭的CSR/CRI指標比中國5000m3級高爐用焦還好，更不說德國焦炭的灰分只有9-10%，比我國最好的寶鋼焦炭還低2-3%，也就是說德國2132m3高爐的原燃料條件，已能滿足5000m3級高爐生產的要求，總體上比中國5000級高爐用原燃料質量只高不低，而在中國就完全不一樣了，如果我們也用目前中國2000m3級高爐的原燃料用到5000m3級高爐進行生產，那5000m3高爐生產將會出現什么樣的情景。不用說整體質量，就僅一項焦炭變差，就夠咱們煉鐵工作者折騰的，這樣的例子已很多了，所以任何國外的經驗都要按國內具體條件來分析，是否適用！故不可不顧條件而盲目適用，其結果只會帶來負面作用。對不同容積的高爐提出適合于相應爐容的原燃料質量要求，證實符合中國高爐煉鐵實際情況的。不應降低這種符合國情的質量要求，視作是對高爐煉鐵原燃料質量的苛求，特別是為了焦炭本錢而片面降低焦炭質量只會造成燃料的升高，CO2排放增加，與當前降低單位產品能耗，低碳煉鐵是背道而馳的。3.3焦炭反響性眾所周知，焦炭反響性是指焦炭在高爐內與CO2反響能力的強弱，也有人稱它為焦炭氣化活性大小的量度，高爐內C焦+CO2煤氣=2CO的反響稱之為焦炭溶損反響，是個吸熱反響，在高爐內反響溫度850℃~1200℃，吸熱170~165kJ/mol。如果焦炭到達燃燒帶與熱風中氧氣反響C焦+1/2O2=CO那么是放熱反響，放熱115kJ/mol以上。這樣如果焦炭的反響性強，它在下降過程中與高爐煤氣間接復原生成的CO2和H2O反響將吸收大量的熱，而又使風口前燃燒帶要燃燒更多的燃料以提供其消耗的熱量。歷來高爐煉鐵工作者不希望焦炭的反響性過強。但是目前有相當多的煉焦工作者和煉鐵工作者們提出生產反響性強的焦炭，他們認為碳素溶損反響可以生成更多的CO和H2，對間接復原開展有利，可以減少單位生鐵的碳消耗，有人更是提出這是當前低碳煉鐵的開展方向之一。有人那么認為高反響性焦炭活性大，氣化快，為強化冶煉提供了良好的根底。作者認為這種提法是不符合熱力學原理的，這個溶損反響開展越多，不是開展間接復原，而是開展了直接復原。從復原的熱力學知道，高爐內的直接復原是兩個氣相反響的合成：FeO+CO→Fe+CO2放熱 FeO+H2→Fe+H2O吸熱CO2+C→2CO 吸熱 或 H2O+C→H2+CO 吸熱FeO+C→Fe+CO 吸熱 FeO+C→Fe+CO 吸熱在高爐中下部碳素溶損反響發(fā)生越多，直接復原開展也越多，消耗的高溫熱量也越多，需要補償直接復原耗熱而在風口前燃燒的碳也越多，單位生鐵的燃料比也越高?，F在高爐的直接復原度過高是燃料比高的原因之一，要提高操作技術，和用上、下部調節(jié)，使煤氣分布合理，從而大力開展間接復原，提高煤氣利用率才是實現低碳煉鐵應該大力提倡的方向。應該說C焦+CO2煤氣=2CO的反響能力過低，也不是我們要提倡的。過低的反響性影響焦炭的氣化速度，一是焦炭在風口前燃燒速度減慢，降低燃燒強度和高爐強化程度，影響高爐生產指標。另一是單位時間內放熱減少，影響冶煉熱量供需平衡。歐洲人認為過低的焦炭反響性影響焦炭使用價值，要打8.5折。3.4搗固焦質量搗固煉焦是生產焦炭時降低煉焦煤使用數量，也就是節(jié)約煉焦煤的技術，國內外都在采用這項技術。它用適當壓強的搗錘將配煤搗壓，使配煤的堆積密度增加〔頂裝焦用煤堆積密度0.8~0.85t/m3，而搗固焦配煤堆積密度到達0.95~1.05t/m3〕。在配煤中用1/3焦煤〔即氣煤〕代替20%~25%焦煤，這樣減少了總的膠質數量，但膠質粘結煤的距離因堆積密度增大而減小，使有限的膠質能黏結更多的煤粒。在堆積密度適當〔1.0t/m3左右〕代替焦煤比例不超過25%，煉焦過程中加熱和供熱參數合理的情況下，可煉出適用于高爐的搗固焦。國外搗固焦已用于2500~4000m3級高爐，我國也有2座3200m3高爐使用〔漣鋼和興澄〕，取得較好的使用效果。但總體來說，中國搗固焦質量還存在一定的問題，阻礙了搗固焦在大高爐上使用，其原因在于：1〕配煤不標準配煤中焦煤和肥煤數量減少過多，氣煤比例過高，有個別獨立焦化廠甚至完全用氣煤搗固煉焦造成搗固焦質量參差不齊。眾所周知，煉焦生產焦炭主要靠膠質層，而將焦煤和肥煤減少過多使膠質大量減少，就煉不出高質量焦炭，焦炭的粒度普遍較小，滿足不了大高爐生產的要求。2〕搗固壓強過高為彌補膠質的減少，生產者想借用高壓強搗固來盡可能縮小煤粒之間的距離，將配煤的堆積粒度增大到1.10以上，到達1.15t/m3，生產出的焦炭搗鼓層內孔隙極少，而兩搗固層間出現大的橫向閉氣孔，影響焦炭質量。用普通頂裝焦測定反響性和反響后強度方法測得搗固焦CRI和CSR都到達頂裝焦指標的要求，但裝入高爐后，搗固焦表現那么差，造成爐況波動，甚至失常，這樣的例子屢見不鮮。3〕頂裝焦爐生產已相當成熟，其加熱工藝參數已很完善。而搗固焦生產的工藝參數尚在研究之中，不夠完善。焦爐兩端明顯地出現黑頭焦，也就是結焦未很好完成，根本上是無定形碳而缺少必要數量的石墨〔焦炭中石墨占50%左右，使焦炭斷面呈銀灰色〕，質量較差。參加高爐后經過劣化因素的作用，產生大量粉末，使爐況失常?？偟膩碚f搗固焦生產還需要加強研究，優(yōu)化參數，標準配煤和搗固壓強等使搗固焦質量提高以適應2000m3級以上高爐使用。4.操作上的中心加焦中心加焦是無鐘爐頂布料技術中的一項內容，現廣泛應用于國內外無鐘爐頂的高爐生產。據不完全統(tǒng)計，世界上有90%~95%高爐應用中心加焦。在中心加焦技術上存在兩種觀點：一是加焦是控制高爐順行的重要手段，另一是中心加焦使高爐中心部無礦或礦很少，不利于煤氣利用，使爐頂ηCO低，是中國高爐目前燃料比偏高的原因之一。兩種觀點各有生產高爐的業(yè)績作為依據。對于各生產廠和高爐操作者應該如何應用這項中心加焦技術，需要從高爐生產煤氣流分布和高爐料柱的透氣性、透液性的規(guī)律來觀察分析。首先應明確的，中心加焦并不是單純從爐頂爐料分布考慮的，而是從全爐煤氣流分布和料柱的阻力考慮的。全面地分析中心加焦作用有五個方面：1〕減少中心帶的礦焦比，以穩(wěn)定和加強中心氣流；2〕降低中心帶焦炭的溶損以阻止焦炭外表的剝落和溶蝕，中心礦少，氣流中CO2少，焦炭的熔損氣化反響進行少，且緩慢，使大粒焦保持良好的粒度和性能，置換死料柱的焦炭；3〕促使倒V型軟熔帶的形成；4〕以大塊焦炭置換死料柱內的焦炭；5〕改善爐缸內焦柱的透氣性和透液性，活潑爐缸。現在，有局部廠家高爐工作者和專家認為中心加焦造成中心局部無礦形成上下貫穿的無礦焦柱，使煤氣流局部通過這個焦柱未遇礦石而沒有充分發(fā)揮煤氣復原和熱交換作用，中心氣流溫度過高，CO數量過多而造成煤氣的化學能和熱能沒有充分利用，結果爐頂溫度偏高，ηCO偏低，而造成燃料比偏高。因此他們認為中心加焦是沒有必要的，假設過分夸大中心加焦作用，只會造成燃料比升高，他們在國內大力推廣取消中心加焦技術。然而，他們是以個例來概括全部高爐生產，不可防止的會得出與大局部高爐實際生產條件不相適應的片面結論。首先用模型顯示中心加焦高爐上中心無礦，形成貫穿的無焦料柱不全面的。中心加焦只是降低中心礦焦比，通過無鐘爐頂“平臺加淺漏斗〞的布料不可能中心