唐钢南区高炉应对焦炭质量波动的生产实践

唐钢南区高炉应对焦炭质量波动的生产实践

曹维超  范文生  司新国  王少宁  黄亚玲

（河钢集团唐钢公司炼铁部）    

摘  要：结合唐钢南区高炉的生产数据，分析焦炭冷态强度M40和M10、热性能CSR和CRI对高炉指标的影响。通过采取降低焦炭负荷、合理的操作制度和热制度、加强原料和生产管理以及保持稳定的布料制度等措施，有效降低焦炭质量波动对炉况的影响。

关键词：焦炭质量，冷态强度，热性能，高炉

The Production Practice to Address Quality Fluctuation of Coke in South Blast Furnace of Tangsteel

Cao Weichao  Fan Wensheng  Si Xiguo  Wang Shaoning  Huang Yaling

(Ironmaking Plant of Hesteel Group Tangsteel Comcapny)

Abstract：Considering with the production data of south blast furnace in Tangsteel, the influence of cold state strength M40 and M10, thermal property CSR and CRI of coke on the indexes of BF is analyzed. The influence of coke quality deterioration on BF was effectively reduced by lower burden ratio, reasonable operation system and thermal system, raising the management level of raw material and production, maintaining a stable burden distribution system.

Key words：coke quality，cold state strength，thermal property，blast furnace

1 前言

随着高炉大型化的发展，精料对大型高炉稳定顺行的决定性作用已经成为炼铁生产的共识。随着高炉喷煤比的大幅提升，焦炭的还原剂和发热剂的作用已经被部分替代，但焦炭作为料柱骨架的作用反而更加重要。这是由于高炉大型化，喷煤比大幅提升以及矿焦比的不断增加，焦炭质量对料柱透气性起着关键作用，对炉缸状态起决定性作用^[1]。

近年来，行业利润大幅下降，钢铁企业都把降低成本作为一项主要课题。随着成本空间的压缩，高炉原燃料质量都呈下降趋势。特别是进入2016年9月份以来，炼焦煤价格上涨，焦炭成本大幅上升，但由于资源质量的下降和焦炭供不应求的市场状态，焦炭质量却呈劣化趋势。

唐钢南区3200m3高炉面对焦炭质量的波动，主要是焦炭冷热强度下降，灰分上升，水分波动大，造成炉况稳定性差，炉温波动大，产量下降，采取了一系列措施，摸索出一套应对焦炭质量波动的生产实践经验。

唐钢炼焦制气厂老系统于2014年7月停产，只留一套干熄焦系统生产。南区高炉的焦炭结构正常生产情况下为40%~50%的自产干焦，50%~60%的外购一级冶金水焦，其中水焦包括10%~20%的山西水焦1和40%~50%的山西水焦2。表1为唐钢南区高炉2016下半年焦炭质量和技术指标变化。

注：表中成分为自产干焦、水焦1和水焦2按入炉比例的加权平均成分。

唐钢南区高炉2016年下半年为炉况恢复期，总体技术指标较之前大幅下降，煤比维持在较低水平。从表1中看出，入炉焦炭的灰分稳定在12.6%左右，高于一级冶金焦标准。焦炭灰分的主要成分是SiO₂和Al₂O₃等酸性氧化物，焦炭在高炉内被加热到高于炼焦温度时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，焦炭沿灰分颗粒周围产生并扩大裂纹，使焦炭碎裂粉化，强度降低。另外，焦炭灰分中的碱金属氧化物对焦炭反应性有正催化作用，所以应该降低焦炭灰分。此外，南区高炉的焦炭水分波动大，特别是外购水熄焦，2016年11月份水熄焦水分在8.1~9.8%之间波动。实践表明，含有一定量水分的焦炭能够降低炉顶煤气温度，但水分过高且大幅波动会造成高炉热制度波动，影响炉况稳定顺行，造成高炉焦比大幅升高^[2]。

2.1 焦炭冷态强度对高炉指标影响

焦炭冷态强度主要用抗碎强度M40 和耐磨强度M10来表征^[3]。表1 中，唐钢南区高炉入炉焦炭M40在88%，M10在6.1%的水平，在同级别的高炉中，焦炭质量处于较低水平，且进入2016年下半年以来，焦炭质量呈下降趋势。

焦炭冷态强度M40、M10是焦炭质量的重要指标，是反映焦炭在冷态下抗挤压破碎成为粉末的能力，是焦炭热强度的基础。焦炭冷态强度取决于配煤质量、备煤工艺、焦炉炉型及操作制度和熄焦工艺等。冷态强度也是焦炭能否起到炉料骨架支撑作用、保证高炉透气性的重要指标^[3]。

图1 M10对焦比和煤比的影响

南区高炉规定入炉焦炭的M40≥88%，M10≤6%，但受外购水焦质量下降的影响，入炉焦炭的冷态强度难以保障。从图1和图2中可以看出，随着焦炭M40下降和M10的上升，高炉焦比升高，煤比下降。这是由于焦炭冷态强度能够保持其粒度和较低的含粉率，保证高炉料柱特别是块状带的透气性，改善炉况顺行的程度。随着焦炭冷态强度的降低，焦炭抵抗料柱压力和各种侵蚀的能力下降，高炉透气性明显变差，压差升高，难以维持高煤比和低焦比。还可以看到，与M40相比，焦炭M10对焦比和煤比的影响更加显著，这与文献[4]的结论一致。唐钢南区高炉采用中心加焦的布料方式，焦炭M10差，抗磨性差，含粉率高，恶化料柱特别是中心焦的透气性，造成高炉中心主导气流弱，上部压差大，料尺行走不畅，风量波动，炉缸不活。

2.2 焦炭热性能对高炉指标影响

焦炭热性能主要用热态强度CSR和反应性CRI来表征。焦炭的热态性能不好（CRI高、CSR低），会使块状带透气性变差，软熔带位置下移，表现为中心气流变弱，边沿气流增强，炉缸中心死料柱增大，风口及回旋区的碎焦量增加，炉缸透液性变差，铁口深度减小等，这些都会严重影响高炉顺行^[5]。

图4 CRI对焦比和煤比的影响

从图3和图4可以看出，唐钢南区高炉CSR在67%水平，CRU在23.5%水平，在同级别高炉中焦炭质量属于中下。随着CSR降低和CRI的升高，高炉焦比也呈显著上升趋势，煤比下降，且CSR对焦比和煤比影响的趋势更加显著。生产实践中，南区高炉使用热性能劣化的焦炭后，下部压差升高，风口活跃性差，风口容易烧坏破损，铁水硫易出现超标，燃耗上升。

2016年11月初，唐钢自产干熄焦系统检修，生产少量水熄焦，加之外购水熄焦价格上升，质量大幅波动。

表2 唐钢南区高炉焦炭质检成分

表2是唐钢南区高炉11月5日和11月6日的焦炭质量指标，可以看出这两日入炉焦炭的质量波动很大，M10基本都在6.0%以上，山西水焦1最高达到了7.4%；M40大幅下降，最低为85%；热性能除了山西水焦2外，其它三种焦炭都出现严重劣化，自产干焦CSR最低仅为64.18%，CRI最高达到了26.15%；此外，三种水熄焦的水分波动很大，最高达到了9.6%。11月5日之前焦炭配比为40%自产干焦+20%山西水焦1+40%山西水焦2，11月5日白班改为40%自产干焦+20%自产水焦+40%山西水焦2，11月5日~11月10日期间，焦炭配比保持为40%自产干焦+（20%自产水焦或山西水焦1）+40%山西水焦2。

质量较差的焦炭入炉后，经过一两个冶炼周期的反应，高炉顺行出现明显变化。开始表现为上部压差增大，小幅度的偏滑尺，之后发展为风口不活跃，几个铁口渣铁分布不均，铁水硫含量波动大，再之后变现为风量波动大，料尺不畅，有小幅度窜气，焦比上升，产量下降，期间19号风口小套烧坏。表3为11月5日~11月12日的技术指标，可以看出，11月7日开始，由于高炉透气性变差，炉况波动，利用系数下降，焦比上升，煤比大幅下降。面对劣化的焦炭指标对高炉顺行的影响，南区高炉采取了一系列措施。

表3 唐钢南区高炉2016年11月初技术指标

3.1 降低焦炭负荷

现代大型高炉采用大矿批、高焦炭负荷的装料制度，但当原燃料条件恶化，特别是粉末增加时，透气性变差，不宜扩大矿批、增加焦炭负荷。应对焦炭质量劣化，唐钢南区高炉首先采取逐步降焦比、退矿批的措施。11月7日中班入炉焦比由435kg/t提高到445kg/t，11月8日白班入炉焦比由445kg/t提高到455kg/t，同时矿批由77t降低到75t，降低焦炭负荷。采取上述措施之后，高炉压差明显降低，透气性变好，中心气流也由弱变强，提高炉况抗波动能力，减小焦炭质量劣化对高炉的影响程度。

3.2 合理的操作制度和热制度

面对焦炭质量劣化引起的高炉透气性下降和炉缸状态恶化，南区高炉调整操作制度，控制整个料柱压差，操作压差比正常时低5~10KPa，减少或避免出现管道或大幅度滑尺，造成炉况难行。焦炭冷热强度下降，导致高炉炉况焦炭粉末多，恶化炉缸死料柱的透气性和透液性，造成高炉下部压差高，炉缸工作不活跃。保持合理的热制度对炉缸的活跃性至关重要。炉况波动后，南区高炉按照高炉温和低碱度的操作方针，铁水炉温控制不低于0.5%，炉渣二元碱度不大于1.15，控制炉温为0.5%时，铁水含硫不低于0.03%，保持铁水和炉渣具有适宜的流动性，保证炉缸活性。

3.3 加强原燃料和生产管理

对于质量较差焦炭，采用分仓上料的方式，质量较好和质量差的焦炭分仓入炉，减少劣质焦炭入炉比。加强焦仓筛网的维护，堵塞和损坏的筛网及时检修和更换，减少入炉的焦炭粉末。加强炉前出铁组织，减少出铁间隔，提高渣铁出尽率，必要时采用双场重叠出铁，避免渣铁未出尽造成的炉内憋压。

3.4 保持稳定的布料制度

唐钢南区高炉采用加中心焦的布料方式，在近半年的炉况恢复过程中，经过几次大波动和恢复，发现中心气流对高炉顺行起决定性作用。中心气流弱时，高炉透气性变差，压差升高，易造成高炉悬料和管道。此外，合理的边缘气流也十分重要，恢复期中，南区高炉几次出现炉墙粘接，都是边缘过重的原因。因此，必须发展中心为主边缘为辅的气流分布。根据南区高炉的自身特点，采用的布料制度。面对因原燃料质量短期波动引起的炉况难行，不轻易改变布料制度，通过降低焦炭负荷、合理的操作制度和热制度等措施进行调剂。

通过采取上述措施，炉况从11月7日波动，11月12日基本恢复到波动之前的水平，透气性改善，入炉焦比下降，产量恢复。

4 结语

（1）焦炭质量对高炉炉况顺行影响显著，焦炭冷态强度、热性能劣化以及成分波动后，料柱透气性变差，炉况难行，焦比上升，利用系数下降。

（2）随着焦炭M40下降和M10的上升，高炉焦比升高，煤比下降，高炉顺行变差，且M10的影响更加显著；随着CSR降低和CRI的升高，高炉焦比也呈显著上升趋势，煤比下降，且CSR对焦比和煤比影响的趋势更加显著。

（3）通过采取降低焦炭负荷、合理的操作制度和热制度、加强原料和生产管理以及保持稳定的布料制度等措施，能够有效的降低焦炭质量波动对高炉炉况的影响。

参考文献

[1] 王筱留．中钢铁冶金学（炼铁部分）[M]．北京:冶金工业出版社:2008:7-10.

[2] 古勇合,周龙文,喻冰鹤．焦炭品质劣化对新钢2 500 m³高炉生产的影响[J]．江西冶金，2016，36(5) ：14-16．

[3] 唐顺兵．焦炭质量对大型高炉稳定生产的影响[J]．炼铁，2011，30(3) ：8-12．

[4] 王照华,孙存生,王 伟．安钢3#高炉对焦炭质量的要求探讨[J]．河南冶金，2015,23(4) ：54-56．

[5] 龙晓阳，万旭东．现代高炉对焦炭质量的要求［J］． 鞍钢技术，2002(4)： 5-9．