高焦炭混装比操作有“术”

在高炉生产中，焦炭与矿石混装一方面可以回收利用小块焦(焦丁)，以质量较差的小块焦置换质量优良的大块焦，降低高炉生产成本;另一方面可以改善高炉操作，提高煤气利用率。近年来，为了降低炼铁生产成本，不少钢铁企业喷煤比不断提高，焦比不断降低，使O/C比升高，为了改善高炉操作状态，部分钢铁企业开始开发和应用高焦炭混装比的操作技术。

　　焦炭混装技术的应用现状

　　提高喷煤比和降低焦比时，由于O/C比升高，会直接影响高炉上部和软熔带的透气性，使炉子压力降升高，并增加焦炭溶损反应负荷，使之下降到炉缸时粒度变小，进一步恶化炉子下部的透气性。

　　焦炭混装技术是比较好的应对措施。焦炭混装是除了大块焦与矿石各自在高炉内成层状分布外，还把一小部分焦炭混装进矿石层中的技术。目前，许多高炉都应用了焦炭混装技术，大部分高炉混装的焦炭都是小块焦。其中，欧洲部分高炉的小块焦混装比较高。

　　迄今为止，曾经报道的最高焦炭混装比为120kg/t，达到此焦炭混装比的有日本JFE千叶6号高炉、韩国浦项4号高炉和德国蒂森克虏伯汉博恩9号高炉。汉博恩9号高炉混装的焦炭粒度7mm～35mm，日本JFE混装的焦炭除了部分小块焦外，还使用了部分大块焦。

　　对料层透气性和烧结矿还原性的影响

　　JFE曾实验了混装不同粒度焦炭的影响，在实验室用直径为400mm的圆筒装入100kg烧结矿，把大块焦或小块焦均匀地混装进烧结料层中，然后以1m/s～2m/s的速度通入空气，测量其压力降。德国RWTH大学也模拟实验了小块焦混装对炉身料层透气性和烧结矿还原性的影响。

　　焦炭混装比的影响。JFE和RWTH大学的实验都证明，在矿焦混合层中，随焦炭混装比率增加，料层压力降减小，意味着提高焦炭混装比有利于炉子生产率提高。

　　焦炭混装对软熔带透气性和烧结矿还原性的影响。为了评估焦炭混装比对软熔带透气性的影响，JFE通过有关公式分别计算了软熔带的透气阻力，得出了软熔带压力降与混装焦炭比率之间的关系。随着焦炭混装比提高，软熔带透气性得到改善。RWTH大学在1100℃～1250℃的温度范围对烧结矿进行等温还原实验，发现在烧结料层中混装小块焦时，可以改善软熔带透气性，并且发现焦炭混装有利于改善烧结矿还原性。

　　混装焦炭粒度的影响。在提高软熔带的透气性和矿石的还原性方面，JFE发现，大块焦混装的效果与小块焦相比，透气性和还原效果稍有改善，但区别不大。无论大块焦还是小块焦，随焦炭混装比增加，料层压力降下降幅度增大，料层透气性改善。焦炭混装比相同时，大块焦比小块焦使压力降下降的幅度增大。在焦炭混装比率为15%时，大块焦炭使压力降约降低57%，小块焦使压力降约降低30%;但进一步增加焦炭混装比，压力降不会再进一步降低。

　　焦炭混装对保护大块焦的作用。RWTH大学通过烧结矿非等温还原实验证实，通过混装小块焦可以达到保护大块焦的效果，随小块焦混装比增加，烧结矿还原性提高，大块焦溶损量减少，这证明了混装小块焦可保护大块焦，使之避免溶解损失。

　　提高焦炭混装比易出现的问题

　　死料柱透气透液性恶化。提高焦炭混装比时，混装的小块焦容易进入高炉中心，下降到软熔带时不容易被完全消耗掉而作为碎焦或者焦粉下降到炉子下部，进入死料层恶化透气性，会对炉子生产造成影响。

　　宝钢在提高2号高炉小块焦混装比的过程中，曾出现炉子透气性恶化的现象。这是因为宝钢当时试验用小块焦反应性比大块焦高，其在炉内气化反应后粉化剧烈，进入到炉缸的焦末显著增加，从而影响炉子下部的透气性和透液性。

　　浦项在提高煤比的过程中，采用了矿焦混装技术以提高煤气利用率和料层透气性，使用的小块焦粒度为15mm～25mm。其混装方法是：小块焦先装到皮带上，然后再装烧结矿。这种装料方式曾出现了大量小块焦进入高炉中心，进而下降到炉子下部死料柱的现象，恶化了死料柱透气性并使炉子上部中心煤气流加强。

　　偏析现象。由于焦炭的粒度和密度与烧结矿不同，使均匀混装很困难，矿焦混装常发生偏析现象，提高焦炭混装比时，偏析现象尤其严重。

　　提高混装比同时保持高炉顺行

　　优化混装的小块焦粒度，避免小块焦进入死料柱。日本神户钢铁公司在降低焦比提高煤比的操作中，炉子压力降升高，为了提高炉子透气性和保持炉子运行稳定，采用了矿焦混装技术。为了减小混装的小块焦下降到炉子下部对死料柱透气性造成的不良影响，他们对混装的小块焦粒度进行了研究，希望通过优化小块焦粒度，使其在炉子中以产生CO为主而被消耗掉，而大块焦则很少或者基本上不因产生CO而发生粉化，以提高炉子透气性为主。

　　研究发现，在混装的小块焦粒径小于或等于21mm时，大块焦的粒径可保持最大值;但如果混装的小块焦粒径小于烧结矿粒径，会减小混装层的孔隙率，从而降低透气性。因此，既要减小混装小块焦的粒度，又要使混装料层的孔隙率增大。而在小块焦粒度减为8mm时，混装料层的孔隙率快速减小。最后，选取平均粒径为15mm的小块焦在加古川3号高炉进行了混装试验，混装比为30kg/t，并把试验结果与平均粒径为30mm、混装比为17kg/t的试验结果进行对比。

　　结果显示，混装比率相同时，与粒度较大的小块焦混装相比，混装较小粒度的小块焦时煤气利用率得到提高，溶解损失的碳量减少。但在煤气利用率保持不变时，随着混装的小块焦比率由17kg/t提高到30kg/t，溶解损失碳量增加。因此，通过减小混装的小块焦粒度和增加其混装比，使煤气透气性提高、块焦溶损量减少。

　　通过上下部调剂避免死料柱透气性和透液性恶化。在上部调剂方面，浦项认为，应减小混装的小块焦粒度，使其下降到炉子下部时完全消耗掉，避免影响炉子下部的透气性，这一点与神户的观点一致。在上下部调剂相结合方面，宝钢采取了以下技术措施：一是适当扩大矿批，保持最小焦批，考虑最小焦批合适值时，根据国内外大型高炉正常生产须要保证的最小焦窗厚度(200mm～300mm)来计算。二是适当调整料线高度，以提高软熔带高度，增加软熔带焦炭层数。三是根据料批和料线的调整，相应改变布料档位，达到控制边缘、发展中心煤气流的目的。四是调整风口面积。

　　改进偏析控制。JFE认为，提高焦炭混装比时只要控制合理，采用精确的偏析控制技术，即使在焦炭混装比很高、混装焦炭的粒度范围很宽的情况下，也可避免反应后剩余的混装焦炭进入炉子中心，从而造成死料柱焦炭进一步劣化的现象，使死料柱保持清洁。

　　JFE为了在高焦炭混装比时抑制焦炭与烧结矿的偏析，为千叶6号高炉第二炉役开发了新的布料装置，在旋转溜槽上安一稳定装置，利用料流控制阀与稳定装置相结合，达到精确控制矿焦混装布料的目的。稳定装置安装在旋转溜槽端部，是圆形的板，可以把下落的炉料打散形成混合料流。稳定装置既可以灵活地控制炉料的装入位置、优化下落料流的宽度，又可以在矿焦混装时改善焦炭与烧结矿的混合条件。该方法使焦炭与烧结矿的混合点刚好位于旋转溜槽之前，而且，烧结矿和焦炭通过与安装在旋转溜槽端部的稳定装置相碰撞再次混合。使用稳定装置后，混装焦炭的下落区域与烧结矿几乎相同，且下落宽度较窄。另外，JFE通过调节控制闸开度实现料流控制阀动态控制，改变炉料从料罐装入炉子的速度，从矿、焦同时卸出开始，焦炭卸出速度逐渐增加，而矿石卸出速度保持恒定，千叶6号高炉在焦炭混装比达到120kg/t的情况下，软熔带透气性得到改善，高炉煤气利用率得到提高，焦比降低4.2kg/t。