杭钢1250 m3高炉使用外购焦冶炼实践

关键词 高炉 焦炭 质量 措施

0 引言

杭钢目前共有三座高炉，其中1 2 5 0 m3高炉是杭钢目前最大的高炉，在设计和操作上采用了不少新设备和新技术，串罐无料钟炉顶、薄壁全冷却壁软水冷却、深死铁层、皮带上料、贮铁式大沟、顶燃式热风炉等。高炉于2007年10月15日点火送风，10月17日顺利出铁，一周后利用系数达到2．0，一个月后日产超过3000t。随着新高炉的快速达产达效，自产干熄焦不足的矛盾日益突出，远远不能满足高炉的需求量，铁厂为了平衡生产，充分发挥新高炉的优势，决定1250 m³高炉以使用外购焦为主组织生产。

1 高炉冶炼过程中对焦炭质量的要求

为了保证高炉冶炼过程的顺利和获得良好的生产指标，焦炭质量必须满足以下几个方面的要求：

1、固定碳含量要高，灰分要低。一般经验是，焦炭灰分增加1％，焦比升高2％，产量降低3 ％。

2、含S、P杂质要少。高炉冶炼过程中的S，80％以上来自焦炭。焦炭中含P较少，对生铁质量无大影响。

3、焦炭的机械强度要好。焦炭在高炉下部高温区作为支撑料柱的骨架随着上部料柱的巨大压力，如果焦炭的机械强度不大，则形成大量碎焦，恶化炉缸透气性，破坏高炉顺行，严重时无法进行正常生产。

4、粒度要均匀，粉末要少。气体力学研究表明，大小粒度不均匀的散料，空隙度小，煤气阻力大，透气性差，易引起高炉煤气渣砖流失常。

5、水分要稳定。焦炭中水分是湿法熄焦时渗入的，通常达2％～6％。

6、焦炭的反应性要低，抗碱性要强。焦炭反应性指的是焦炭在高温下与CO₂反应形成CO(C焦＋CO₂＝2CO)的能力。焦炭抗碱性是焦炭在高炉内抵抗碱金属钾、钠及其盐类作用的能力。

大高炉投产后，对原料尤其是焦炭的质量提出了更高的要求。伴随高风温、高喷煤技术的日新月异，高炉入炉焦比将大幅下降，焦炭作为热源、还原剂尤其是骨架等的作用更加重要。其质量的优劣对高炉冶炼操作及其技术经济指标的改善起着重要的作用。

2 21250 m³高炉用料条件概况

杭钢1250 m³高炉当前炉料结构为70％烧结矿、20％球团矿和10％生矿，90——95％外购焦和5一—10％干熄焦，由于本厂自产焦炭量不能满足三只高炉的需求，根据铁厂生产计划和要求，1250 m³高炉以使用，下表是近五个月焦炭使用情况：

从表中可以看出，外购焦的比例超过90％，最高一个月达到97．9％。

3 高比例外购焦在高炉炉内冶炼的劣势

3．1 外购焦的水分不稳定

杭钢外购焦采购点多达10家以上，到杭钢后露天堆放，造成外购焦的水分受外界因素的影响特别大，一般焦碳水份在10—15％，到了雨季，焦炭水分可达20％。在焦炭按重量入炉的情况下，焦炭水分的波动势必要引起干焦量的波动，从而导致炉缸热制度的波动，不利于高炉炉况及操作炉型的稳定。水分过高，焦粉粘附在焦炭上，影响槽下筛分效果和降低焦炭机械强度，带人炉内的焦粉增多，直接影响高炉透气性和透液性，严重时会造成炉缸堆积和局部煤气流失常．从高炉生产实践过程得知：当焦炭水分控制在4．0％以下时，对高炉冶炼影响不大；当焦炭水分超过4．0％时，则人炉含粉率、炉尘量以及炉尘含炭量将明显上升，高炉顺行状态变差。

3．2 卜购焦的粒度不均匀

大小粒度不均匀的散料，空隙度最小，透气性差，易引起高炉煤气流失常，风口烧损增多。而粒度均匀的散料，空隙度大，煤气阻力小。因此，为了改善高炉透气性，保证煤气流分布合理和高炉顺行，不仅要求焦炭粒度合适，而且要求粒度均匀，粉末少。在焦炭强度优势不明显的情况下，大中型高炉一般使用40～60 mm大块焦。而目前1250 m³高炉所使用的外购焦粒度不均匀，粒度<40mm占大多数，直接影响高炉的透气性，导致煤气流不稳定和煤气利用率的波动，从而引起硅硫含量的变化。

3．3 外购焦的品种多，机械强度不稳定

焦炭的机械强度差直接制约高炉正常生产。机械强度不好的焦炭，在高炉内会形成大量碎焦，渣铁渗透性变差，恶化料柱透气性，造成炉缸堆积，破坏高炉顺行，经济技术指标明显降低。另外，强度不好的焦炭，在运输过程中产生大量的粉末，造成损失。而1250 m³高炉所使用的外购焦品种较多，除了使用李珍焦和青町焦外，场地混焦中也有四五种焦炭，每种焦炭强度和质量不同，对造渣制度和炉缸热制度的稳定极其不利，直接影响炉况顺行。

3．4 卜购焦的冶金性能不稳定

焦炭的反应性(CRI)和反应后强度(CSR)是评价焦炭热态性能的重要指标；CRI是指焦炭的化学稳定性，CSR是指焦炭在炉内的高温强度。CRI越低，CSR越高，焦炭的热态性能就越好，在炉内支撑料柱的作用就越强。有些冶金工作者提出：CRI<28％，CSR>60％，就可以满足大型高炉冶炼的要求。实践证明，焦炭CSR．值每变化士1％，产量变化士(0．52～0．58)％，综合焦比变化士0．32％。

杭钢使用外购焦以2级焦为主，反应性在30一38 %和反应后强度在50一60％，质量波动很大，与国内大高炉的焦炭相比，反应性和反应后强度有较大的差距。反应后强度低的焦炭使风口区容易生成小焦，降低焦炭的骨架作用。反应性高会使焦炭内部的气孔壁变薄的可能性增多，从而降低焦炭的强度，加快焦炭破损，并对高炉冶炼产生如下不利影响：铁的直接还原发展，煤气利用变坏，焦比升高；同时焦炭破损产生的焦粉恶化了高炉料柱的透气性，直接影响高炉顺行。

4 在高比例外购焦冶炼过程中采取的对策

4．1 上部调剂

保证适宜的矿焦比，采取多环布料，开放中心抑制边缘。固定布料圈数，密切关注每批料布料圈数，依据布料圈数的变化调整节流阀开度。为保证中心气流，把质量相对较好的外购焦加在中心和边缘，质量较差的外购焦夹在中间。同时采用中心加焦和矿石与部分焦丁混装等疏松中心的装料制度，使料柱透气性得到改善。当高炉炉况出现波动时，采取调整矿石批重及料线来疏松两道气流，并适当下调焦炭负荷，使煤气流合理分布。

4．2 下部调剂

保证适宜的风速和鼓风动能，维持高炉长期稳定顺行。下表为1250 m³高炉2007年10月15日开炉至2008年3月的风速和鼓风动能：

从上表可以看出，针对使用高比例的外购焦，随着冶强的提高，采取稳定风速，适当提高鼓风动能，避免风口区粉焦增加，确保炉缸活跃，形成合理的操作炉型。在日常操作中，控制适宜的全压差，来确保炉况顺行。全压差高会出现崩料悬料的现象，全压差低会引起管道等现象，而杭钢1250 m³高炉日常生产是维持在130—140 Kpa，若全压差高于150 Kpa则采取减压等措施使全压差维持在正常水平。

4．3 水分监测

针对外购焦水分变化较大，加强对焦炭水分的监测，利用水分快速分析仪，采取每小时做一次焦炭水分，三只外购焦仓轮流取样，及时掌握焦炭水分的变化，采取调节喷煤量等措施，减少因焦炭水分的变化引起干焦量的变化而导致铁水炉温的大幅波动，若焦炭水分变化为长周期，则相应调整焦炭负荷。

4．4 提高槽下焦炭过筛率

采用适宜的焦炭振动筛，控制振动筛焦层厚度，延长振动时间，使粉焦尽量筛除，减少因粉焦的人炉对高炉产生不利影响。目前槽下筛分效果好，<25 mm的小焦大部分筛除。

4．5 抗碱性

由于对铁水质量的要求不断提高，为确保铁水质量，日常生产时提高炉渣二元碱度来降低铁水中的硫含量，但长期高碱度使高炉内碱金属富集，而碱金属会降低焦炭强度。因此，采取定期适当下调炉渣二元碱度进行排碱，以稳定骨架区焦炭的强度。

5 效果

通过一段时期的探索和调整，高比例外购焦在1 2 5 0 m3高炉的使用取得了阶段性的成功：

1)高炉炉况长期稳定顺行，煤气流合理分布，中心气流开发，操作制度稳定，操作炉型趋于合理，达到强化冶炼的要求。

2)炉缸工作均匀活跃，风口烧损明显减少，近两个月只更换一只风口小套。下表为近六个月的风口更换情况：

3)经济技术指标明显改善，燃料比逐月降低，从07年11月的536 kg／t降到目前的495 kg／t。下表为近六个月的生产指标：