加強煉鐵與煉焦合作研究降低煉鐵燃料成本

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1、http://www.gtjia.com加強煉鐵與煉焦合作研究降低煉鐵燃料成本孟慶波(中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司煉焦技術(shù)國家工程研究中心，遼寧鞍山114044)摘要分析了高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求，總結(jié)了改善焦炭質(zhì)量的主要技術(shù)措施，指出高爐冶煉與焦炭質(zhì)量應(yīng)相互協(xié)調(diào)，提出了半焦(蘭炭)與搗固焦炭配合進行高爐煉鐵的新技術(shù)，為煉焦煤資源合理使用及降低煉鐵燃料成本提供了技術(shù)途徑。關(guān)鍵詞焦炭質(zhì)量；半焦；蘭炭；搗固焦炭；高爐煉鐵1前言中國鋼鐵生產(chǎn)的持續(xù)高速增長推動了煉焦生產(chǎn)的高速度發(fā)展。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2011年，全國粗鋼和生鐵產(chǎn)量分別達到6．84億噸和6．30億噸，同比分別增長7．3％和

2、8．4％；焦炭產(chǎn)量4．28億噸，同比增長11．8％，其中冶金焦炭約4億噸，占93．5％[1]。中國煉焦行業(yè)為煉鐵行業(yè)提供了數(shù)量充足的冶金焦炭。伴隨鋼鐵生產(chǎn)的持續(xù)高速增長，中國的大型高爐建設(shè)速度加快，高爐冶煉技術(shù)指標(biāo)不斷提高，對焦炭質(zhì)量的要求也越來越高。這導(dǎo)致煉焦配煤的焦肥煤比例不斷提高，配煤成本明顯提高。由于鋼鐵和焦化產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，鋼鐵和焦炭價格下滑，加之鐵礦石和煉焦煤價格高位徘徊，導(dǎo)致鋼鐵和焦化企業(yè)盈利空間被大幅度壓縮，虧損面迅速擴大。因此，降低煉鐵原料成本是解決問題的重要途徑。煉鐵和煉焦工作者應(yīng)共同努力降低煉鐵燃料成本。2高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求焦炭是高爐冶煉的主要原燃料之一，在

3、高爐冶煉過程中起發(fā)熱劑、還原劑、滲碳劑和料柱骨架作用。隨著高爐冶煉技術(shù)的進步，噴煤量不斷提高，焦炭的發(fā)熱劑、還原劑功能部分地被噴吹煤粉所代替，由于焦比的下降，其料柱的骨架作用更加突出。因此，焦炭應(yīng)具有一定的冷態(tài)強度和熱態(tài)性能保證高爐冶煉順行。20世紀(jì)60年代的高爐解剖證明焦炭在高爐內(nèi)的劣化主要發(fā)生在高爐的爐腰、爐腹處，即溫度為900～1300％左右的軟融帶部位。在軟融帶，隨著焦炭溶損率增加，氣孔變大、孔壁變薄、氣孔融并，導(dǎo)致焦炭結(jié)構(gòu)破壞和強度急劇下降，耐磨性顯著降低。多年來，人們一直認(rèn)為經(jīng)過這個部位的焦炭被破壞的程度不僅影響高爐上部透氣性和爐況順行，而且影響高爐下部和死料柱的透液性及

4、爐缸工作狀況。為了模擬高爐內(nèi)焦炭抵抗溶損破壞能力，世界各國先后研發(fā)了高爐用焦的塊焦或粒焦反應(yīng)性及反應(yīng)后強度檢測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)[2，3]，其中使用最廣泛的是起源于日本新日鐵的塊焦反應(yīng)性(CRI)及反應(yīng)后強度(CSR)試驗。煉鐵工作者似乎已習(xí)慣采用CRI與CSR作為分析和判斷料柱透氣(液)性和爐況順行的重要依據(jù)，煉焦工作者也依據(jù)該指標(biāo)改進煉焦技術(shù)[4，5]。但直至今日，并沒有找到CRI及CSR與高爐實際操作之間的明確對應(yīng)關(guān)系。事實上，在追求低CRI及高CSR焦炭的同時，對于2000m3以上的高爐，世界各國不同家廠規(guī)定的CRI和CSR范圍相互之間有較大的差別[3]。在國內(nèi)，CRI及CSR相差很

5、大的焦炭(見表2—1)實際上卻在不同的大型高爐上使用，并沒有引起高爐冶煉指標(biāo)的明顯差異。因此，有許多研究者對于焦炭的CRI和CSR指標(biāo)持不同觀點，一些研究者對CRI及CSR的科學(xué)性表示懷疑[3，6—8]。MariaLundgre等人對比研究了在試驗高爐冶煉狀態(tài)下和CSR／CRI試驗條件下焦炭的反應(yīng)性。試驗高爐中焦炭的強度與反應(yīng)性試驗焦炭的強度沒有對應(yīng)關(guān)系，且試驗高爐中焦炭強度明顯高于反應(yīng)性試驗的強度。試驗高爐中焦炭的反應(yīng)主要發(fā)生在焦炭表明，而反應(yīng)性試驗的焦炭反應(yīng)卻可以深入焦炭內(nèi)部。說明二者反應(yīng)的控速環(huán)節(jié)不同，反應(yīng)性試驗是化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制，高爐中焦炭反應(yīng)是擴散控制[9]。http:/

6、/www.gtjia.com作者認(rèn)為，高爐中焦炭從爐頂?shù)降撞匡L(fēng)口經(jīng)歷了溫度逐漸升高和上升氣體的碳溶損失反應(yīng)及堿金屬、爐渣等的侵蝕，與焦炭反應(yīng)性的測定條件差距巨大。焦炭在高爐中的碳溶損失不僅受焦炭質(zhì)量的影響，更受高爐冶煉條件一熱平衡、間接還原與直接還原比值等因素的共同影響，碳溶損失一般在25％～35％之間。采用固定反應(yīng)失重(25％)的方法測定焦炭反應(yīng)后強度會明顯影響對焦炭質(zhì)量的評價，見表2．1。這5種大型高爐(2000m3以上)用焦的CSR指標(biāo)差距明顯，但失重25％時的CSR25％—off差距明顯變小，且該5種焦炭均能在2000～4400m3的高爐正常使用。焦炭冷態(tài)機械強度是焦炭質(zhì)量的

7、重要指標(biāo)，也是焦炭熱強度的基礎(chǔ)。焦炭的反應(yīng)后強度CSR與反應(yīng)性CRI一般具有反比關(guān)系，反應(yīng)后強度CSR越高的焦炭，其反應(yīng)性CRI越低。為得到這種“高質(zhì)量的焦炭”，在煉焦工藝條件固定情況下，一般只能通過增加優(yōu)質(zhì)焦煤配入量來實現(xiàn)。追求過高的冷、熱態(tài)強度指標(biāo)會造成稀缺的優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的過多消耗和配煤成本升高。高爐內(nèi)焦炭溶損反應(yīng)：一是發(fā)生在風(fēng)口，將焦炭完全燃燒產(chǎn)生的CO2轉(zhuǎn)化為CO；二是發(fā)生在高爐下部的高溫區(qū)，將鐵氧化物間接還原(FeO+CO=Fe+CO2)產(chǎn)生的