浅析影响焦炭质量的因素

浅析影响焦炭质量的因素

赵煦楠

陕西黄陵煤化工有限责任公司   陕西延安   727307

摘要：焦炭在高炉冶炼中主要起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用为满足高炉冶炼的要求。焦炭作为高炉冶炼的重要原燃料之一，其粒度及粒度分布是保证高炉料柱透气性和高炉风口回旋区稳定的重要参数。

关键词：焦炭质量；影响因素；对应措施

前言

焦炭在高炉冶炼中主要起还原剂、发热剂和料柱骨架的作用。炼焦煤在隔绝空气的条件下升温至1000℃左右，经过热解、熔融、固化、收缩等过程，得到1种质地坚硬、含有较多裂纹和孔隙的碳质固体材料被称为焦炭。焦炭大多用于高炉炼铁，在高炉中发挥着供热、渗碳、还原剂和骨架支撑作用。高炉炼铁能否顺利进行，很大程度取决于焦炭的性能，而焦炭的性能由其结构决定，即焦炭微观结构是影响焦炭质量的主要因素。

1焦炭在高炉冶炼中的重要性

焦炭是由炼焦煤在焦炉中经过高温干馏转化而来，自从1709年Darby首次用焦炭来进行高炉炼铁以来，冶金焦炭已经成为现代高炉炼铁技术所需的必备原料之一，被喻为钢铁工业的“基本食粮”，具有重要的战略价值和经济意义。焦炭在高炉中一直发挥着4大作用：渗碳剂、还原剂、热源以及最重要的作为料柱骨架的作用。随着低碳时代的来临和大喷煤技术的运用，焦炭的前3大功能逐渐被替代。为了保证炉内的透气性以及透液性，作为高炉软熔带的“百叶窗”，其作为料柱骨架和通道的作用更为突出，因此高炉对焦炭质量的要求也越来越高。同时，在钢铁冶金生产工序中，炼铁工序的能耗所占比例最大，在低碳冶金的大环境下，降低焦炭消耗是炼铁节能的主要方向之一。国家主席习近平曾多次强调，要构建起碳达峰、碳中和“1+N”政策体系，持续推进能源、产业结构转型升级，推动绿色低碳技术研发应用，为全球应对气候变化、推动能源转型的努力作出积极贡献。为此，深入了解焦炭在二次加热时的热态性能变化，保证焦炭在高炉中的热稳定性就显得尤为重要，因为它是表征焦炭质量暨焦炭能否在高炉中保证原有颗粒组成和强度的重要特性。

2焦炭质量的提升及对高炉冶炼的影响

焦炭固定碳是高炉冶炼主要的还原剂和发热剂，其含量越高，焦炭在风口区燃烧释放的热量越多，在同等冶炼强度下可以降低焦比，即焦炭固定碳和焦比呈负相关性。焦炭冷强度的作用主要表现在高炉内的块状带，较高的焦炭冷强度可以保证焦炭入炉后在块状带的粒度，提高块状带气窗的透气性，有利于高炉内气流的二次分布，提高矿石间接还原率，从而提高高炉冶炼强度。焦炭冷强度与焦比呈负相关性，且明显弱于焦炭固定碳和焦比的负相关性，其中的22～26、29～31样本出现了两者趋于一致的情况，说明冷强度对焦比的降低存在着边际效应递减规律，在满足高炉冶炼所需最低冷强度的前提下，进一步提高冷强度对高炉冶炼的影响有限。焦炭热强度的提升会显著降低焦比，样本15～18焦炭热强度数日在69%左右徘徊，对应的焦比均偏高;样本23～30热强度指标逐步提升，焦比同时下降，并保持在较低水平。焦炭的主要工业成分是固定碳和灰分，灰分的升高自然会使固定碳含量降低。灰分与焦比呈比较明显的正相关性，其中焦比的表现有一定的滞后性，可能是随着灰分中的碱性金属在高炉内的不断富集，使得灰分对焦比的影响逐渐增强。样本25之前显示硫分与焦比呈比较明显的正相关性，之后因为入炉烧结矿碱度的调整，在一定程度上抵消了焦炭含硫带来的不利影响。焦炭热强度的影响主要表现在高炉的软熔带，其指标可影响死料柱的透液性，进而影响炉缸活跃度，也会通过影响回旋区的一次煤气流分布而影响高炉炉型，所以焦炭热强度对高炉冶炼能力的提升至关重要。焦炭热强度与高炉煤比表现明显的正相关性，说明提高焦炭热强度在降低焦比的同时，提高了炉缸活跃度，改善了高炉炉型，为高炉增加喷煤量、提高冶炼强度提供了基础。

3焦炭质量的影响因素

3.1配煤质量的影响

3.1.1配煤水分的影响

配煤中的水分波动不仅造成配煤的堆密度波动，还影响配煤的准确性。此外，水分的波动也会使焦炉的炉温出现波动，导致生产的焦炭中出现生焦或过火焦。焦炭粒度与配煤水分有明显的相关性，配煤的水分越大，焦炭的粒度越小。配煤水分过大，在成焦过程中水分蒸发量增多，会导致焦炭中形成过多的气孔并影响焦炭的收缩度，造成焦炭视密度的降低和气孔率的增加，使焦炭变得块小易碎。

3.1.2配煤细度的影响

配煤中＜3mm的煤粒在全部配煤中的质量百分比被称为煤的细度，也叫配煤细度。配煤细度对焦炭质量有较大影响。

3.2炭化时间的影响

焦炭气孔大部分是在煤的软化到固化阶段形成的，主要受到煤料和炼焦工艺因素的影响。

3.3焦炭转运的影响

随着落差高度的增加，粒度＞80mm和60～80mm的焦炭所占比例整体上减小;粒度为40～60mm、25～40mm和＜10mm的焦炭所占比例整体上增多;粒度为10～25mm的焦炭所占比例基本稳定。

3.4筛分工艺的影响

篦条筛是焦炭分级最直接接触的工艺设备，筛网尺寸越大，筛上物的焦块越大。实际冶金焦中含小块焦的比例越低，焦炭的平均粒度越大。首钢京唐公司焦化一期所产焦炭分60mm和25mm两级筛分，两级筛子筛网的处理能力、筛网堵料和筛网磨损都会影响筛分效果。60mm筛子糊堵或断齿将导致大块冶金焦混入小块焦中或大块冶金焦中混有小块，造成大小块比例失衡，影响焦炭平均粒度稳定。

4结论

(1)焦炭固定碳、冷强度M40、热强度的提升对降低高炉焦比有利，通过相关系数可知，热强度对高炉焦比的影响要远大于冷强度的影响，灰分、硫分的升高不利于高炉焦比降低。(2)提升焦炭热强度不仅可以降低高炉焦比，而且还有利于提高高炉喷煤量和高炉冶炼强度，所以在满足一定冷强度指标的前提下应着重于提高焦炭热强度。(3)降低焦炭灰分不仅降低了高炉焦比，而且提高了焦炭的含碳量。同时要对焦炭灰分的构成重点关注，尤其是要对其中的碱性氧化物含量进行控制。

参考文献：

［1］王筱留.高炉生产知识问答［M］．北京:冶金工业出版社，2005.