青钢银钢炼铁公司5、6#高炉焦炭烘干工艺 精品
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青钢银钢炼铁公司5、6#高炉焦炭烘干工艺 目录 第一章： 文 献 综 述 1.1焦炭在现代炼铁业的作用 1.1.1简述 烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950～1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦(高温干馏)。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。铸造焦是专用于化铁炉熔铁的焦炭。铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料。其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。从我国焦炭产量分布情况看，我国炼焦企业地域分布不平衡，主要分布于华北、华东和东北。焦炭的主要物理性质如下：真密度为1.8～1.95g／cm3；视密度为0.88～1.08g／cm3；气孔率为35%～55%；散密度为400～500kg／m3；平均比热容为0.808kJ／(kg²k)(100℃)，1.465kJ／(kg²k)(1000℃)；热导率为2.64kJ／(m²h²k)(常温)，6.91kg／(m²h²k)(900℃)；着火温度(空气中)450～650℃；干燥无灰基低热值为30～32kJ／g；比表面积为0.6～0.8m2／g。焦炭由煤在高温下（900～1000℃）干馏而成。它的化学成分完全能满足高炉炼铁的要求；机械强度大大高于木炭；热稳定性比白煤好；气孔度虽不如木炭，但比白煤大得多。焦炭是现代高炉理想的燃料，也是目前高炉的主要燃料，但由于炼焦过程中必须配入足够数量的结焦性能良好的焦煤才能获得优质焦炭，而除少数国家外，我国和世界各国焦煤资源均不足。因此，各国都尽力采取各种措施降低高炉焦炭消耗，同时寻找合适的代用燃料。为了降低焦比，目前世界各国普遍采用从高炉风口喷入部分燃料以代替部分焦炭。喷吹用燃料有煤粉、重油和天然气。至于选用何种燃料为宜，一般根据各国资源条件而定，我国主要是喷吹煤粉。作为代用燃料，目前国内外都在研究用无烟煤、贫煤、褐煤等非结焦煤的成型技术，按工艺生产流程可分为热压成型和冷压成型两类。在高炉上使用型焦目前尚处于冶炼试验阶段，根据国外大多数高炉型焦冶炼试验表明，在炉况稳定顺行条件下，型焦是可以代替焦炭作为高炉燃料的。但型焦的强度（尤其是热强度）比冶金焦差，有待进一步研究解决。到目前为止，高炉炼铁仍然是最高效最经济的，而现代高炉生产中还没有任何燃料可以完全替代焦炭，如何提高焦炭质量，降低焦比，进而实现高炉生产的稳定、顺行、经济、高效、长寿仍是炼铁工作者最重要的现实课题。 1.1.2焦炭在高炉生产中的作用 焦碳对高炉冶炼的影响是全方位的，一切稳定、顺行、高产、低耗的高炉，无例外的使用优质焦炭。瑞典Lulea厂1987年焦炭质量指标为:灰份7.37%，挥发份:0.6%, S:0.64%, M40: 85%。 1994年，首钢使用140余家山西地方土焦，灰份波动于15%--24%之间，高炉无法稳定生产。由于焦炭强度差，炉缸温度严重不足，影响了高炉的顺行和指标的改善。焦炭在高炉生产主要作用： 首先，焦炭提供高炉冶炼所需要的大部分热量。焦炭在风口前被鼓风中的氧燃烧，放出热量，这是高炉冶炼所需要热量的主要来源（高炉冶炼所消耗热量的70%～80%来自燃料燃烧）。 其次，焦炭提供高炉冶炼所需的还原剂。高炉冶炼主要是生铁中的铁和其他合金元素的还原及渗碳过程，而焦炭中所含的固定碳（C）以及焦炭燃烧产生的一氧化碳（CO）都是铁及其他氧化物进行还原的还原剂。 再次，焦炭是高炉料柱的骨架。由于焦炭在高炉料柱中约占1/3～1/2的体积，而且焦炭在高炉冶炼条件下既不熔融也不软化，它在高炉中能起支持料柱、维持炉内透气性的骨架作用。特别是在高炉下部，矿和熔剂已全部软化造渣并熔化为液体，只有焦炭仍以固体状态存在，这就保证了高炉下部料柱的透气性，使从风口鼓入的风能向高炉中心渗透，并使炉缸煤气能有一个良好的初始分布。 最后，生铁形成过程中渗碳的碳源。每吨炼钢铁渗碳消耗的焦炭在50Kg左右。 1.2焦炭的工业分析和元素分析 按水分、灰分、挥发分和固定碳测定焦炭的组成称为工业分析；按焦炭所含碳氮、氧、硫等元素测定的组成称为元素分析。它们的内容是： 1.2.1水分用符号M表示。影响焦炭水分的因素主要是熄焦方式，传统的湿法熄焦时，为充分熄焦水分含量约为4%~6%，高时可达10%以上；干法熄焦时，一般为0.5%以下，但在南方由于运输和贮存过程中焦炭吸收大气中的水分，焦分也可达1~1.5%。许多中小钢厂焦炭露天存放，预计时焦炭水分过饱和，可达18%以上。焦炭水分应保持稳定，水分波动会引起称量不准而造成炉动。水分过高还会使焦粉粘附在焦块上，影响焦炭筛分效果而恶化高炉内料柱的透气性。在湿法熄焦时，因喷水、洒水条件和焦炭块度不同，焦炭水分不稳定。焦炭中的物理水份在高炉上部即可蒸发，对高炉冶炼影响不大，但却影响秤量干焦量的准确性。焦炭含水量的波动势必引起干焦量的波动，从而导致炉缸热制度的波动，影响高炉工长控制铁水硅数。干焦量的变化也能引起焦炭布料分布偏差，使得炉顶煤气分布偏离最佳控制状态，给高炉造成不利影响。生产上常常用焦炭中子测水仪连续测定焦炭水分，通过微机自动计算干焦重量，自动补偿称量亏，使入炉焦炭量保持准确以消除水分波动造成的炉况不稳【1】。 1.2.2、灰分用符号A表示。焦炭灰分主要是酸性氧化物SiO2、Al2O3，，生产中要用CaO来造渣，造成高炉炼铁渣量增大，焦比升高。焦炭灰分增加1%，焦炭用量增加2%～2，5%因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。我国高炉用焦炭的灰分含量一般在11%~15%，比其他国家要偏高一点（美、德、法、英、日、俄罗斯等一般﹤10%）。 1.2.3、挥发分用符号V表示。常用它来判断焦炭是否成熟，挥发分过高表示有生焦强度差；过低则表示焦炭过火，过火焦炭裂纹多易碎。一般成熟焦炭的挥发分在0.5~1%，在配煤中气煤量配得多时，也可达1~2%。挥发分主要由碳的氧化物和氢组成，也含有少量CH4和 N2，其组分多少与配煤和炼焦工艺有关，挥发分中CO占25%~50%, CO210%~40%，H25%~30%，CH41%~5%，N23%~15%。 1.2.4、碳用符号C固表示，它是煤经高温干馏后残留的固态可燃性物质。一般是用下式算得 1.2.5、氢在焦炭中以有机氢和挥发分中以H2的形态存在。焦炭中，H2含量约为0.4%~0.6%。由于氢含量与焦炭成熟程度有很好的相关性，而且敏感度大，所以有些人认氢含量判断焦炭成熟程度比用挥发分含量判断更科学可靠。 1.2.6、氮在焦炭中以有机氮和挥发分中氮的形态存在，焦炭中的氮含量在0.7%~1.5%。焦炭中的氮在焦炭燃烧时会形成氮的氧化物（NO、NO2）而污染环境。 1.2.7、硫在焦炭中以无机硫化物、硫酸盐和有机硫三种形态存在，测定的硫是这三总和称为全硫。焦炭的含硫量主要取决于炼焦配煤中的硫含量，在炼焦过程中，煤中的硫75%~95%转入焦炭，其他进入焦炉煤气。我国焦炭中含硫量在0.5%~1.3%。硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石，3.5%来自石灰石，82.5%，来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫分大于1.6%，硫分每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%，矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5%～2.0%。冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4%～0.7%【2】。 1.2.8、氧在焦炭中的含量很少，一般是用下式算得： 1.2.9高炉生产中焦炭中的矿物质种类及存在形态。在高炉入炉焦中含有多种矿物质元素,按其含量可以分为:主要元素Si、A l、Fe、Ca、Mg(在灰分中含量大于1%);次要元素Ba、Ti、K、Na(在灰分中含量大于0.1%)以及微量元素Mn、V(在灰分中含量大于0.01%)。风口焦与入炉焦中矿物质元素的种类差别不大,但含硅和铝的物种含量均显著降低;含铁、钙、钾和钠的物种含量均明显升高。 1.3高炉生产中焦炭质量评价体系 一、焦炭的机械强度是指成品焦炭的耐磨性、抗压强度和抗冲击的能力。测定焦炭机械强度的方法是转鼓试验。目前使用的转鼓有两种，即大转鼓（松格林转鼓）和小转鼓（米库姆转鼓）。大转鼓直径2000 mm，宽800mm，转鼓两端用直径2000mm的两块板，其间以127根长800mm，直径25mm的圆钢沿圆周焊接，圆钢间隙为25mm，转鼓中心有轴，由电动机带动。试验时，取410kg粒度大于25mm的焦炭装入鼓内，以10r/min的速度旋转15min，用鼓内残留的焦炭公斤数为焦炭转鼓指标，以鼓外焦块中小于10mm的碎焦公斤数为焦炭耐磨指数。一般中型高炉用的焦炭的大转鼓指数应在295~315kg之间，大型高炉应在315kg以上，鼓外小于10mm的应低于45kg 。 小转鼓是由钢板制成的无穿心轴的密封圆筒，钢板厚6~ 8mm，鼓内径和内宽均为1000mm，内壁每隔90°焊角钢（100mm x 50mm x10mm）一块，共计4块。试验时，取50kg大于60mm的试样装入鼓内，以25r/min的速度旋转4min。试验后用直径40mm和直径10mm的圆孔筛筛分，以大于40mm的焦炭占试样总质量的百分数为抗碎强度指 标，用的M40表示；小于小于10mm的焦炭占试样总重量的百分数为耐磨强度指标，用M10表示。 中型高炉M40在60~70%，大型高炉在80%以上，M10均应在8%以下。 大小转鼓测定焦炭强度，以小转鼓为好。应该指出，大小转鼓强度指标只代表焦炭的冷态强度，不能代表焦炭在高炉内的实际强度。而且目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40～25mm为好。大于80mm的焦炭要整粒，使其粒度范围变化不大。这样焦炭块度均一，空隙大，阻力小，炉况运行良好。 二、焦炭的热强度是指焦炭入炉后在高温下的耐磨性。由高炉解剖发现：焦炭一般至炉腰以下才变小，靠近风口循环区粒度减小最快。而焦炭的耐压强度一般为5~6MPa，应完全能满足高炉要求（高炉风口平面料柱压力一般不大于0.1MPa）。由此推论主要是焦炭在高温区发生碳素溶解损失反应，以及风口循环区高速气流引起的回旋运动而破损。因此，对焦炭除进行冷强度检验外，还应进行反应性和热转鼓强度的检验。检验方法是：取粒度20mm干焦，先测定其反应性，再将测定反应性后的试样全部装入直径130mm、长70mm的小转鼓内，以20r/min的速度转30min，取出过10mm的方孔筛，以试样粒度大于10mm的质量与原质量的百分比为热转鼓指标。目前国内外要求该指标大于60%，高炉生产上用的焦炭已达到：宝钢70.4%，首钢64.6%，瑞典64%德国蒂森厂66.3%；美国克莱尔顿厂63.5%，我国中小型高炉要求大于55%。 三、高温冶金性能CRI 和CSR: (其中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是指焦炭与CO气体反应而气化的难易程度。在高炉内上升煤气中的CO与下降的焦炭块相遇而反应:CO2+C(焦)=2C0。反应后的焦炭失重而产生裂缝，同时气孔壁变薄而失去强度。焦炭是炼铁生产的还原剂、热源和料柱骨架，前两方面功能可在一定程度上由喷吹燃料取代，料柱骨架的功能则随着高炉的大型化及冶炼的强化而需进一步加强，特别是随着喷煤量的提高和焦比的降低，焦炭负荷不断增加，焦炭在炉内的料柱骨架作用变得更为重要。此，冶金工作者既注意焦炭的反应性，还应注意反应后强度，即所说的热强度，对高炉用焦来说希望反应性小一些为好。焦炭反应性与焦炭的粒度比表面积及碱金属、铁、钒等的催化作用有关。更重要的是要通过配煤、炼焦等工艺使生产出的焦炭具有抗反应性好的微观结构。CRI越低，CSR越高，焦炭的高温冶金性能就越好，在炉内支撑料柱的作用就越强。过去仅用工业分析及冷态强度等指标考核焦炭质量，不能充分反映焦炭在高炉内的实际状况。焦炭的冷强度指标(M40和M10)并不能完全代表其在炉内的性能，冷强度相近的焦炭，其高温反应后强度也有可能存在很大差异。真实地反映了焦炭在高炉内的行为，对高炉生产有相对较强的指导意义，因此越来越受到炼铁界的重视。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。还会引起高炉直接还原度升高和煤气化学能利用降低，导致焦比升高，能耗增加。重视焦炭的高温性能，全面了解焦炭冶金性能，对于高炉炼铁生产顺行和节能降耗意义重大。焦碳冶金性能对高炉冶炼的具体影响见下表: 表1-1焦碳冶金性能对高炉冶炼的影响 1炉冶炼行程不稳定，对高炉提高生产效率及降低燃料消耗量十分不利。与铁矿石及熔剂等不同，焦炭不能采用大露天大型料场堆存，用混匀中和的办法减少其成分的波动。这中由于与高炉配套的焦炉没有很大的生产能力，难以维持相当规模的焦炭贮存量;更为重 四、成分和性能的稳定性以及粒度:与所有入炉原料相同，焦炭成分和性能波动会导致高要的原因是，焦炭长期贮存会降低其品质，所以对焦炉生产的稳定必提出了更高的要求。与含铁原料一样，焦炭的平均粒度及粒度分布范围，随冶炼技术的进步，近年来有逐步缩小的趋势。有两方面的因素对焦炭的平均粒度提出了不同的要求;一是缩小焦炭粒度，缩小焦炭粒度可使焦炉产品中成品率提高，降低焦炭成本，这是从纯经济因素考虑的。二是从冶炼过程考虑，这了加速炉内传热和传质过程，铁矿石的粒度在逐渐缩小，并确实取得了降低吨铁能耗的效果，而焦炭粒度应与缩小的矿物质石粒度相适应，二者粒度维持恰当的比值，可以减少焦炭及矿石层在炉内的相互混合，从而降低炉料透气性的程度。 但另一种的理由由认为。矿石与焦炭在炉内毕竟是分层装入的，焦与矿互相混合只发生在两层交界处的局部，而单独成层的是多数。焦炭料粒度越大由分层的透气性越好，在熔带中则焦窗的透气性良好;在软熔带以下只有焦炭构成的料柱内产生液泛的可能性也越小。此外，由于炉料下降过程中的摩擦，焦炭粒度是逐渐缩小的，为了防止炉缸中焦炭粒度过小引起炉缸堆积而带来年故障，入炉焦炭的粒度应稍大。处理这一矛盾应在保证高炉操作顺行的前提下尽量采用不着小。 粒度焦炭，根据经验焦炭应比矿石的平均粒度大3~5倍为最佳。若取矿石的粒度为12 mm，则焦炭的粒度应为40~60mm。大于60mm的焦炭应该筛出，破碎至60mm以下。近年来，国内外大中型高炉生产中，将25mm料级的焦丁与矿石一起混装，每吨生铁加入量为15~25kg，取得很好的冶炼效果。 1.4高炉中不同部位焦炭的状态和行为 高炉炉料主要包括铁矿石(球团矿、烧结矿和天然块矿)、焦炭和熔剂(石灰石)。在冶炼过程中，炉料分批从炉顶依次装入炉内，高温空气或者富氧空气从风口鼓入，使焦炭在风口前的回旋区内激烈燃烧。燃烧后产生的CO作为高炉冶炼过程的主要还原剂，产生的热能是高炉冶炼的主要热源。高炉炉型结构从上到下可以分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五段，根据高炉中物料状态和温度的不同可分为块状带、软熔带、滴落带的活动焦炭层和呆滞焦炭层、风口回旋区。这几个部位的CO浓度和CO2含量都不相同，焦炭的状态和行为也都不一样。 一、块状带焦炭 块状带是指炉腰以上温度低于1000℃左右的部位，由于矿石还处于固态且无粘着现象，所以这部位的炉料基本保持层状。炉料刚进入炉内的时候，温度与外界环境温度接近。炉料在块状带中向下移动过程中温度逐渐升高，升到1000C左右，这个蓄热过程为进入软熔带的矿石参与直接还原起到了至关重要的作用。这部位的温度低于炼焦温度，焦炭承受热的作用影响很小，在这部位焦炭的强度和块度下降很小。在块状带下部，铁矿石中的铁氧化物与上升炉气中CO发生间接还原反应生成CO2，CO2在800OC以上与焦炭产生明显的气化反应生成CO，对于这种碳的消耗称为碳溶反应。块状带焦炭的碳溶反应程度低，对焦炭的质量影响不大，碳的损失一般不超过10%，块度直径大致平均减少1~2mm[7]。但是炉顶温度过高或者焦炭反应性过高都会导致焦炭在块状带的碳溶损失增大，导致CO的利用效率降低。 二、软熔带焦炭 软熔带处在炉腰和炉腹处，温度在900~1300℃左右的部位。这部位因为矿石开始熔化，故称为软熔带。由于温度和气流分布的关系，软熔带通常形成“八”形，这部位焦炭和矿石仍然保持相间存在。但是由于这部位的温度较高，矿石开始由表及里逐渐软化熔融，而焦炭仍然以块状存在，从而起到疏松高炉炉料、保持煤气气流畅通作用。由于这一区域是碱富集区，碳溶反应剧烈，焦炭中的碳的损失可达到30%一40%。在此部位，有较多的碎焦和焦粉产生，不利于气流畅通。因此，保持焦炭块度均匀和改善碳溶反应后强度都对高炉软熔带状态有重要的影响。 三、滴落带焦炭 在软熔带的下部有一中心料柱，料柱完全由焦炭组成，这个区域温度在1350℃以上，此处的碳溶反应已经减弱，主要是承受不断滴落的液渣和液铁对焦炭冲刷坏作用。同时在这个区域的焦炭对液铁有渗碳作用，使软熔带半融化的液铁中的碳含量由不到1%增加到2%以上，直到进入炉缸时达到4%左右，完成铁的渗碳过程[6]。渗碳对焦炭的块度有一定的影响。此处的焦炭己是炉料中唯一的固相物质。在滴落带的碳溶反应不剧烈，焦炭仍能够保持一定的块度和强度，因此它仍成为上升气流的通道，起到保持高炉具有一定的透气性、分配气流以及透过液铁和液渣的作用。有时称滴落带为焦炭栅格。焦炭在滴落带中保持良好的块度、有一定的透气性对软熔带因中心气流强而保持“八”字形起到重要作用，而且在很大程度上能促使高炉顺行。中心料柱的焦炭大部分是来自软熔带最上部，当软熔带顶层熔融而分裂开并向下移动时，“八”形顶端产生穿透作用，以致焦炭向下滑动，直到顶端新的软熔层形成。也有一部分焦炭是来自软熔带各个层间受到一定碳溶反应的焦炭，这部分焦炭处于中心料柱焦炭堆的外围，它与滴落带的一部分焦炭向下运动，进入风口区，最后全部烧掉。这部分焦炭称为活动层。中心料柱的下部有一堆焦炭，它受到上部炉料的重力、下面液铁液渣的浮力和四周风口鼓风的压力，形成一个平衡状态，因为处于相对静止状态，称为死料柱或呆滞层。 四、风口回旋区焦炭 风口回旋区周围的焦炭来源不同，块度不一，这部分焦炭对整个高炉的冶炼操作影响很大。热空气由风口鼓入后，形成一个略向上翘起的袋状空腔，即为回旋区。焦炭在此承受2000℃以上的高温，被鼓入的热风带动进行强烈的旋转，焦炭之间互相撞击，并发生剧烈的燃烧，从而为高炉提供冶炼所需热量和还原气体CO。残留在焦炭中的灰分在此时也迅速分解。因此，焦炭进入到此区域迅速粉化。空腔的外 围因鼓风动能和炉料移动，焦炭以不同状态分布在整个风口区域。 回旋区的外围因鼓风动能和炉料移动关系，焦炭以不同状态分布在整个风口区块度较大的焦炭，它是回旋区燃烧的焦炭来源，其块度的完整性和承受热力作用的强弱能力对风口区状态有重要作用。由于它己受到一定碳溶气化反应和磨损，表面呈中等棱角和部分钝圆状态，这部分焦炭称为炉腹焦。区域3是己经在回旋区燃烧过的焦炭，并且仍不断在回旋区内循环，称为回旋区焦炭。它由于承受较大机械力和热的作用，所以块度较小呈钝圆状，其表面因高温影响有较高的石墨化度。一般情况下越向高炉中心焦炭块度越小，因受鼓风动力而吹向远处。区域4是在整个回旋区焦炭的下方，它是一个很紧密的结构，有碎裂的小粒焦块，同时夹杂因重力流下的液渣和液铁，称为雀巢焦。强度好的焦炭，雀巢焦层不大，数量不多，但易碎裂的劣质焦炭则雀巢焦量多且易向中心偏移，导致碎焦充满料柱空隙，影响渣铁液滴向下的正常渗透。雀巢焦层的下方是大块的焦炭区5，由中心料柱呆滞层焦炭移动和风口与风口间的焦炭堆向下移动所形成，它们不可能再进入回旋区，而浮在液渣上面，渣铁通过这些焦炭向下渗透。区域6是呆滞层焦炭，它始终处于稳定状态直到碳素完全溶解，灰分进入渣中为止。 1.5高炉中焦炭性质的变化 1.5.1高炉中焦炭强度的变化 焦炭强度是焦炭保持块度稳定的条件，高炉中焦炭的强度变化和块度变化类似，其转鼓指数在炉腰以下部位开始明显下降，但是在死料柱部位的焦炭下降幅度却很小，可见在炉腰部位的碳溶反应是焦炭结构受到破坏强度降低的重要原因，温度也是导致焦炭强度降低的一个因素。 1.5.2高炉中焦炭块度的变化 焦炭块度在高炉中的变化对保证高炉具有良好的透气性有重要的意义，理想的状态是焦炭下降到风口区域仍然能够保持一定的块度，且焦炭经过剧烈的碳溶反应不产生太多的粉焦。焦炭在高炉中从上到下的移动过程中，由于受到各种机械力的作用，有一定的磨损产生，这一磨损对焦炭块度的变化有影响。在高炉中焦炭发生碳溶反应到一定程度以后，在一定的外力作用下，焦炭受到磨损外的另一种体积破 碎导致块度显著减小。焦炭从料线到风口，平均块度减小大约在20%一40%。这不包括贴近炉墙处的粉焦，由于这些粉焦是逐渐形成的，受炉料和煤气流的影响，有较多的粉焦堆积在炉墙部位。当焦炭下降到软熔带由于发生激烈的碳溶反应，焦炭的平均尺寸下降很大，而在滴落带的焦炭块度变化很小。 1.5.3高炉中焦炭的碳损失 焦炭中碳含量由于灰分的不同大约在85%一90%之间，除了不到l%的碳随高炉煤气以及细焦粉形式逸出高炉外，其余的碳全部消耗在高炉中。在风口前燃烧的碳含量占55%一65%，生铁渗碳占7%一10%，料线风口间发生碳溶反应占25%一35%，其他元素还原反应及损失占2%一3%[6]。高炉为了降低焦比，节约成本和强化冶炼的需要，大多数高炉都在风口喷吹油、煤粉、天然气等辅助燃料，随着喷吹量 的增大，焦炭在风口前燃烧的比例相对减小。在高炉中，焦炭通过碳溶反应生成的CO是冶炼过程的重要还原剂，从焦炭质量考虑希望经过一定碳溶反应的焦炭仍能保持冶炼必需的块度和强度。 1.5.4高炉中焦炭的灰分及灰中成分的变化 焦炭入炉后，灰分的含量逐渐增大，其主要原因是碳素因与CO2反应而减少，灰分相对增高;另外的原因就是熔剂、烧结矿的粉末粘附在焦炭表面。焦炭中的钾、钠是高炉气体中钾钠雾滴凝聚产生的，焦炭中的钙、镁等除原来存在于灰分中外，也受熔剂和矿石的夹杂影响而略有升高。焦炭灰分中的P2O5在炉腰以下开始还原，到炉缸时含量减少一半左右;焦炭灰分中SiO2:在炉腹以下高温区域开始发生还原反 应，直到炉缸附近减少约一半左右;焦炭灰分中的A12O3一直比较稳定[28，45，49一50]。 1.6高炉中焦炭化学反应 分析焦炭在高炉中整个劣化过程，软熔带部位的碳溶反应对焦炭的降解影响是极为严重的。为使得焦炭保持较好的热态强度，满足滴落带对焦炭骨架作用的需要，应尽量设法减少软熔带的碳溶损失。这是目前在高炉富氧大喷吹条件下炼焦和炼铁工作者的重要任务。焦炭在高炉中的劣化，很大程度上是通过焦炭的化学反应导致焦炭逐渐劣化的。 1.6.1碳溶反应 高炉冶炼过程中发生的碳溶反应式: C+2H2=CH4 (1-l) C+CO2=2CO (l-2) 由于反应(1-1)只损失焦炭中碳的0.5%左右，即使是煤气中的H2含量高，这部分损失也不会超过1%，所以对焦炭强度没有太大的影响[9]。 1.6.2间接还原反应 在高炉t<570℃的部位: Fe3O4+4CO二3Fe+4CO2 (l-3) 在高炉t=500℃一800℃的部位:Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe依次顺序进行反应，即: 3FeZO3+CO=2Fe3O4+CO2 (l-4) Fe3O4+CO=3FeO+CO2 (l-5) FeO+CO=Fe+CO2 (l-6) 以上与CO反应最终生成Fe的反应为间接还原反应。 1.6.3还原反应 当高炉高温区t>1100OC时，碳溶反应的发生需要有氧源并达到一定的温度。在高炉的上部，CO2的浓度高但是温度不够高;高炉的下部温度高但没有CO2，故都不会有此反应发生。焦炭进入滴落带1450℃以上区域时，CO:己经消失，氧的载体转入液相中，主要为FeO和5102，此时发生以下反应: FeO+CO=Fe+CO2 (l-7) CO2+C=2CO (l-8) 可以看做是: FeO+C=Fe+CO (l-9) 因为CO2+C=2CO反应速度很快，所以可看做是C直接还原液相中的FeO FeO+C=Fe+CO (l-10) 此反应随温度升高而加强。初渣氧化亚铁的含量很高，CO分压很低，所以氧化亚铁可以直接与碳发生反应。此反应消耗入炉焦炭大约占到7%~9%。反应强度与反应温度成正比，但是因系统中的Feo在不断的减少[9l，所以不是反应温度越高反应越剧烈。 1.6.4渣中的Si和焦炭的反应 渣中含有SiO2，能和碳发生反应: 5 SiO2 (l)+C= SiO (g)+CO (l-11) 5 SiO (g)+2C=SiC(s)+CO (1-12) SiC(s)+ SiO (g)=2 Si+CO (l-13) 此反应在渣中含FeO很低的时候才能进行，否则，当渣中含有FeO时发生如下反应: 2FeO+ [Si]=2Fe+ SiO2 (1-14) 此式可视作Si被FeO氧化，而且反应趋势较前一反应强烈的多。渣中SiO2还原机理为: SiO2+C=SiO+CO，继而SiO被铁液吸收，并被[C]还原成Si。但是SiO2的还原率很低，耗C不多，而且是在表层进行的，所以对焦炭内部结构的影响不大。焦炭中的SiO2活性很高，比渣中的SiO2大的多，易还原，而且灰分中的SiO2均匀镶嵌在C中，与C接触紧密，这样导致还原反应的动力学条件良好[9]。这部分的SiO2与C反应虽然耗C不多，但由于是在焦炭内部结构深层消耗碳，所以对焦炭的强度影响较大。 1.6.5渗碳反应 冶炼过程中生成的液态铁水与焦炭有充分的接触条件，此时碳发生如下转变: C→[C] (l-15) C+3Fe=Fe3C (l-16) 1.6.6碱金属与焦炭中灰分化学反应 炼焦煤中所含有的灰分主要是石英(SiO2)、高岭土、伊利石。这些灰分在炼焦的过程中脱水后行成磷石英、偏高岭土(A14514014)、偏伊利石。碱金属在块状带与Ca++、CO2反应生成Ca(K0.5Na0.5)(C03):，到软熔带即分解成为碳溶反应的催化剂。焦炭与K的结合能力比与Na的结合能力强，导致在风口焦中K2O比Na2O含量高。煤中的无机矿物经炼焦过程后转变为焦炭中灰分[9]。 1.7焦炭在高炉中的劣化因素 1.7.1焦炭劣化的外部因素 一、机械破坏作用 焦炭在入炉前运送的时候和入炉从高炉料钟落下时，如果焦炭存在裂纹，就很容易开裂变成较小的块焦，焦炭宏观裂纹的减少增加了焦炭的稳定性，焦炭的开裂只是使块度减小，不会影响焦炭的结构。如果焦块不存在裂纹或是己经过整粒，则这一过程对焦炭不会有影响[3]。 焦炭在高炉块状带下行的时候，受到焦炭与焦炭、焦炭与矿石、焦炭和炉壁之间的摩擦作用和上部炉料的压力作用。从各国高炉的解剖知道:焦炭在块状带的块度变化很小，大约平均块度减小在5%左右[10]。焦炭在块状带以下除承受机械力外，在遇到其他的劣化因素时，机械力对焦炭劣化能起到促进的作用。 二、碳溶反应 焦炭与CO2的碳溶反应对焦炭的劣化影响主要是:使死孔活化、微孔发展、新孔生成，从而使焦炭的比表面积增大到极限。随着反应的继续进行，相邻的气孔合并，又导致焦炭的比表面积下降。这些变化导致焦炭结构松散，强度下降。经过反应的焦炭到达高炉的下部高温区就会迅速粉化，使高炉的透气性变差，影响高炉的顺利操作。 温度和压力都是影响碳溶反应的外界条件。对温度和碳溶反应的关系的研究很多。卢维高等人的研究表明碳溶反应中，1000℃下的焦炭反应性比800℃下的焦炭反应性高40% .Tetsu Nishi等人在研究焦炭反应性和温度的关系时候发现[12]:同一种焦炭，相同时间内，温度越高，焦炭反应性也越高。同时还指出在低温时，由于气化反应速度缓慢，内扩散阻力较小，导致CO2有条件向焦炭内部扩散，气化反应在焦炭深层扩展发生，这加剧了焦炭的溶损，同时使焦炭的结构变的疏松，耐磨度下降;而高温时，气化反应速度加快，内扩散阻力增加，CO:几乎不能向焦炭深层扩散就与碳原子反应，此时焦炭虽然失重增多，但主要是表面溶损，深层溶损减少，焦炭的内部结构几乎不发生变化，这样除了对焦炭的块度影响较大之外，对焦炭的强度没有太大的影响。 压力对碳溶反应的影响，在高炉炉内温度条件足够时，CO2分压的增加有利于气化反应的正向进行，从而引起体系的总压增加，这反过来又促进平衡向逆向反应方向移动，引起气相中CO2浓度增加，CO浓度降低。于是反应平衡成分的等压会导致气化反应速率增大，从而引起反应性上升，热强度下降，反之亦然。总之，高炉中高压操作对焦炭的气化反应有抑制作用[13] 随着高炉富氧喷煤技术的发展，煤气中的氢气含量显著增加，从而引起水蒸气的含量也相应增加，根据YIwanaga的研究，H2对焦炭的溶损作用随温度的升高而加强。在900℃时不会发生水煤气反应，所以此时H2对焦炭没有劣化作用。1300℃时H2参与还原反应生成H20，其中有相当一部分H20被C还原成H2，从而对焦炭结构起到破坏作用。在1300℃、CO含量一定时，有H2和无H2的气流对溶损率的影响要差14%左右。H2对C+CO2=2C0反应是起到抑制作用的。高炉使用预还原矿石，可以减少由于从参加矿石的还原反应而生成的H2O给碳溶反应带来的影响，从而减轻由于煤气中H2含量增加给高炉带来的危害。 焦炭的料柱骨架作用对高炉顺行有重要影响，而焦炭的热反应性能决定着焦炭这一作用的发挥。高炉的透气性不好，造成高炉难行。风量不足，喷煤量不高，崩、悬料增加，风渣口损坏多，导致高炉生产指标下降。碳溶反应后的焦炭由于失重而产生裂缝，同时气孔壁变薄而失去强度。如果焦炭的反应性过大，反应后的强度也将受到影响，产生较多的碎焦和焦粉，势必恶化高炉的透气性。焦炭的气化反应从软熔带开始，其反应程度直接影响着滴落带及风口回旋区的工作状况[51]。软熔带产生的碎焦和焦粉多，进入滴下带的碎焦和焦粉也多，风口回旋区的雀巢焦就多，高炉的透气性就差。对于高炉顺行来说，希望焦炭的热反应性小些，反应后强度高些。 三、液渣、液铁的冲刷作用和渗碳作用 冲刷作用和渗碳作用对焦炭的劣化肯定有负面影响，邓守强等人[40]在实验室研究了炉渣中FeO含量和焦炭溶损量的关系，FeO含量不同的炉渣在完全相同的条件下与焦炭反应，随FeO含量的增加，焦炭的失重率增加，抗压力和结构强度都有明显的下降。 四、碱金属的影响 高炉中碱的存在加剧了焦炭的劣化。随着高炉富氧喷煤技术的发展，焦炭在高炉中停留的时间加长，其受到碱金属侵蚀的程度也有所加深。焦炭与碱金属的结合能力对钾和钠不同。风口焦中钾和钠总量比入炉焦高。但是风口焦中K2O含量增加的幅度比N2O增加的幅度大[14]。高炉中产生循环碱的温度范围在700℃一1400℃，有时甚至在1500℃还存在。碱金属与高炉内气体发生反应生成氧化物、氰化物、碳酸盐、硅酸盐，且稳定性顺次提高。在1000℃以上，硅酸盐是唯一的稳定相。碱金属的化合物在高炉中随其所处部位的温度作动态的变化。 碱金属对焦炭的劣化作用主要分为两个方面:对焦炭强度的影响和对碳溶反应的催化作用。 其一，是对焦炭强度的影响。高炉中的碱金属主要是钾和钠。钾和钠在焦炭中存在的形态主要是表面吸附、水溶性盐类、碳的化学结合。其中，对焦炭质量影响较大的是碳的化学结合。与碳结合的钾和钠能进入碳的晶体结构层间，而且有一定的深度，有些形成层间化合物，有的则嵌入层间以分子状态存在[61]。这样，进入晶体内部的碱金属，使得石墨碳层间距被拉开，产生剧烈的体积膨胀，导致焦炭的气孔壁疏松， 裂纹增多，机械强度下降。焦炭在吸附碱金属后呈黑色，并产生裂纹和粉化现象。随焦炭吸附碱量的增加，焦炭转鼓强度降低[15]。 其二，对碳溶反应的催化作用。高炉内循环蓄积的碱金属(K，Na)对气化反应C+CO2=2CO有着强烈的催化作用。高炉内COZ浓度较高，在K和Na的作用下，发生此反应的温度降低，造成焦炭的溶损劣化;在焦炭表面发生的气化反应，侵蚀焦炭的孔壁厚度，降低机械强度，促进了粉末的产生。碱金属对碳溶反应的催化作用，使得焦炭的反应性大幅度提高，表面反应加剧。据资料介绍[16-17]，碱金属的催化作 用一般在1000℃左右较明显。同时，碱金属对焦炭碳溶反应的催化作用，还体现在对开始进行反应与激烈反应的温度的降低上。由于开始反应与激烈反应的温度越低，从而导致间接还原区变小，直接还原区扩大，焦炭在高炉中的劣化程度增强。 因此应当尽量降低炉料中碱含量和注意炉渣排碱。碱金属在冶炼过程中还对铁矿石产生破坏。碱金属能够降低矿石的软化温度，使料柱软熔带上移，软熔层增厚，最终导致煤气阻力增加，压差升高，顺行不畅，加剧球团矿膨胀。为降低碱金属在对高炉冶炼过程中的危害，尽可能增加炉渣排碱量，防止碱金属在高炉内循环蓄积。一般在高炉生产中采用低碱度操作，定期降低碱度排出碱金属。但是降低碱度会到导致炉渣脱硫能力的下降，因此排碱和脱硫的矛盾给高炉操作带来很大困难，如果操作失误很容易造成铁水。[s]成分不合格。 五、高温热应力 焦炭劣化基本开始于炉身下部，炉腹以下焦炭质量迅速降低，至回旋区则又一次明显劣化。高炉温度在1300℃以上的区域，热劣化应当是造成焦炭劣化的一个重要因素。 1.7.2焦炭劣化的内部因素 一、焦炭裂纹 焦炭裂纹分原生宏观裂纹和微观裂纹，及次生的宏观裂纹和微观裂纹。焦炭受到各种因素破坏时，首先是宏观裂纹使焦炭碎裂，其次是微观裂纹使焦炭细粒化和粉化。原生宏观裂纹与M40这一指标有关，而有关原生微观裂纹的报道很少，前者对高炉操作的直接关系不明显。次生裂纹在很大程度上能反映焦炭的热性质，使焦炭细粒化和粉化，对高炉操作有决定性的影响。理论和实践都证明，焦炭中光学各向异性结构易形成次生的微观裂纹，在高温和碱金属作用下尤其明显。 二、气孔结构 焦炭是由气孔和气孔壁组成的多孔体，根据孔径的大小，焦炭的气孔分为大气孔，细空和微孔。大气孔直径一般在10um以上，主要是CO2应的内表面，也是对气孔壁侵蚀的主要部位。细孔直径约为0.1~10um，既是CO2的反应区，也是CO2向焦炭内部扩散的通道。微孔孔径小于100um，虽然孔径小，但其表面积占焦炭全部表面积的90%以上，是CO2的主要反应区，焦炭与CO2反应时，引起气孔壁变薄，气孔贯通等从而引起气孔结构的变化。气孔从形态可分为开放气孔和封闭气孔。前者在成焦过程中形成，其分解的气体经通道析出，因此气孔与外界相通;后者形成时分解的气体由于内压小于四周胶质体的阻力，气体没有析出，或是煤中丝炭等多孔的情陛或半惰性的显微组分残留在焦炭中。气孔率则为焦块中气孔体积占焦炭总体的比率。影响气孔的因素主要是煤的变质程度和煤岩组成，其次则是加工工艺和加工条件。CO2气化反应在焦炭的表面进行，这势必导致气孔结构的变化，焦炭的劣化与气孔结构变化有直接关系。 三、焦炭显微结构组成 是指不同变质程度和不同煤岩组成的煤炼焦后所得相应的不同焦炭显微结构。被分为各向同性、类丝炭和破片、粗粒镶嵌、中粒镶嵌、细粒镶嵌、流动型、片状结构和基础各向异性。这些不同的显微结构对焦炭强度和CO2的反应性均有影响。 其一，是对焦炭强度的影响。焦炭裂纹的生成和发展是由机械冲击力(外力)和热冲击(内应力)的作用引的。当外力和内应力之和大于内聚力时，裂纹便形成并扩展，且释放出能量，直至作用力与内聚力相等，否则一直扩展到裂开。镶嵌结构因各单元层片之间定向不同，裂纹一般要沿层片方向折曲而行，且分枝多，断面大，开裂所需能量较多，故不易开裂，或即使裂开也易于中止，阻碍大裂纹形成。此外，各镶嵌结构单元之间以化学键相连，有较强的内聚力，不易开裂。这就是为什么过去一直认为冶金焦中镶嵌结构含量占优势对提高强度有利的理由。少量流动型和片状结构有大的光学结构单元，热处理时很快会产生微观裂纹，并释放能量，使之难以形成大裂纹。流动型结构还有助于焦炭韧性的增加。片状结构间主要以分子力相结合，易于分离。故焦炭中过多片状结构可能会导致焦炭的耐磨强度降低。 其二，是对反应性的影响。实验证明，当碱金属不存在时，CO2对各向同性，类丝炭和破片的反应速度高;镶嵌结构次之，其它显微结构随着光学结构单元增大，反应速度有不明显的降，如流动型较慢，片状结构最慢。不同显微结构的焦炭与CO2反应性不同:碳与CO2反应，首先是通过表面活性碳原子吸附CO2而反应，活性碳原子比一般碳原活性高，多处于层片的边缘棱角处。各向同性碳层片杂乱地堆积，随机定向。因微孔和活性碳原子多，各方向均易吸附CO2进行反应，故反应速度快，焦炭较易体粉化。各向异性结构的碳层片尺寸较大，层间趋向平行定向，层间间距小，微和活性碳原子少，只有某些方向可以吸附CO2进行反应，故反应速度小，反应性低。但是，近年来多方面研究表明，当碱金属负荷较大时，由于碱金属的催化作使各向异性结构的反应性增大，特别在高温时，对各向异性结构的影响最显著。同时，实验也证明各向异性结构易形成微观裂纹。因此，各向异性结构高温下抗金属的能力差，相反，各向同性结构此种能力较强。但各向同性含量高的焦炭往有较多的宏观裂纹和较高的气孔率。过去冶金焦一直追求各向异性结构的含量，现在应该说，这仅仅适合碱负荷低的情况，而不是所有情况均需如此。 1.8高炉富氧喷煤对焦炭劣化的影响 随着高炉大型化的发展和喷吹煤粉量的增加，煤粉取代了一部分焦炭发热剂、还原剂和渗碳剂的作用，焦炭需求量逐渐减少，但是对焦炭质量的要求却愈来愈严格。随着喷吹煤粉量的增加，焦炭在高炉中为生铁冶炼过程中承担炉料骨架的作用越来越突出。向风口富氧喷吹煤粉，煤粉在风口区燃烧，代替部分焦炭向高炉供热的功能，使整个料柱下行的速度减缓，延长了焦炭在高炉中的停留时间，使焦炭与CO2接触的机会增多，碳溶反应加强，影响焦炭块度和表层结构。同时喷吹煤粉提供固态碳和气体还原剂(CO，H2)，从而导致焦比降低。喷吹煤粉导致焦比降低，这就意味着焦炭单位体积的各方面负荷加大，如单位体积的焦炭承受的液渣、液铁冲刷增强;单位质量的渣/焦比增加，使还原Fe、Si、Mn、P所需的碳相对量增加。焦炭的反应程度增加，熔渣侵蚀与铁水侵蚀的时间增长，溶蚀量就增大，强度降低的程度增加，焦炭粉化率和细颗粒焦炭也增加。特别是炉缸中心“死料柱”粉焦增加后，使焦炭的透气性和透液性大幅度下降，导致骨架区焦炭的工作条件恶化。高炉冶炼过程中富氧喷吹的煤粉在风口回旋区完全燃烧是不可能的，尤其是在高喷吹水平下，如果燃烧率不变，未燃尽的残碳量会随喷煤水平的增加而增加。未燃尽的残碳随煤气上升必然会影响高炉的透气性[55-57]。未燃煤粉主要积聚在风口回旋区气流流动缓慢和气流发生转折的区域，即回旋区的前方及软熔带的根部和软熔带内侧拐角处。未燃煤粉在该区域进入到料柱空隙或勃结在滴落的渣铁上进入到炉缸中，或者随上升的煤气流进入到软熔带并且吸附在软化或是熔融的矿石层上或在焦炭和矿石的空隙中沉积下来。在块状带，主要滞留在矿石层中。还有少量的未燃煤粉进入到炉尘中。如果未燃煤粉超过直接还原所要求的数量，以悬浮状态存在于炉渣中，就会增加炉渣的粘度，原因在于进入高炉的未燃煤粉主要聚集在气流流动缓慢和气流发生转折的区域，即回旋区的下部、前方及软熔带。未燃煤粉在随煤气流上升过程中，会与滴落下降过程中的炉渣和生铁接触而粘附在生铁和炉渣表面，在与生铁接触过程中由于良好的热力学和动力学条件会导致生铁渗碳反应的进行;与此同时，未燃煤粉在与炉渣接触过程中也会导致炉渣中铁的直接还原反应、非铁元素的直接还原反应和在炉渣中沉积反应的进行，从而影响炉渣的粘度和流动性。严重时会造成滴落带炉渣下降不顺利，更严重时会导致炉缸堆积[20-22]。由于未燃煤粉的反应性比焦炭高的多，因此，高炉内未燃煤粉将优先于焦炭进行气化反应，减少了焦炭气化反应量，对焦炭强度的劣化起到一定的抑制作用[23]，且对焦炭的热态性能有一定的影响。胡军等人研究了高反应性煤对焦炭的高温性能的影响[24]:当焦炭中加入高反应性干馏煤后，焦炭的反应性稍有下降，反应后强度有一定程度的升高。未燃煤粉在高炉中通过铁液的渗碳、水煤气反应、在软熔滴落带内与铁氧化物发生还原反应、与CO:发生气化反应几种方式消耗。未燃煤粉的气化反应使焦炭的反应负荷减小，就此来说在风口回旋区存在一定量的未燃煤粉是对高炉冶炼有利的。 1.9焦炭灰分对焦炭劣化的影响 研究人员在研究焦炭抗碱性的过程中发现原煤中的某些矿物质对焦炭的CRI和CSR也影响甚大[25]。宝钢炼铁厂所用焦炭实验中发现焦炭主要灰成分中的Fe2O3、CaO、MgO、K2o、Na2o碱金属氧化物对焦炭热性能有不利影响，其他主要成分对焦炭热性能并无明显影响【28]。焦炭灰分多则有效成分低，焦炭消耗量增加，灰分多使得焦炭的反应性增加，反应后强度即热强度下降[49-50]。这是因为灰分的主要组成是SiO2和其它一些脉石成分，显微镜下观察，它们均为颗粒岩石状。通常这些颗粒比焦炭多孔体大6一10倍的体积膨胀系数。当焦炭多孔体在高温作用下收缩时，颗粒岩石却具有方向与收缩应力相反的膨胀应力，于是以岩石颗粒为中心产生放射性微裂纹。微裂纹的产生导致CO2易于深入到焦炭的深部组织加速气化反应的进行，另外也同时使得碱金属得以深入焦炭内部对焦炭的碳溶反应产生催化作用，降低焦炭的热态性能[29]。 1.10国内外关于提高焦炭质量研究的最新进展 1.10.1 高炉对焦炭CSR和CRI指标的控制 焦炭在高炉中行为的研究最早是从风口焦开始的,它是直接评价焦炭在高炉中降解的有效办法。国内外研究表明,炉腹焦的算术平均块度为40mm左右时,高炉利用系数等技术经济指标较高。我国高炉利用系数较高的宝钢高炉风口焦平均直径高达43mm。而炉腹焦的块度取决于焦炭的热态性能指标CSR(反应后强度)和CRI(反应性)。新日铁对高炉入炉焦炭的CSR和CR I已经提出了明确要求(CSR:50%～60%;CR I:26%～30%)。近年来,国内外生产实践表明,焦炭CSR高炉生产情况密切相关。生产统计表明,CSR每提高1%,焦比下降0.4～1.5kg t,产量增加0.6%左右[10]。以下介绍国内外著名钢铁公司关于CSR和CR I对高炉操作性能影响的研究结果。日本新日铁在20世纪80年代研究并报道了在其3座高炉上进行的CSR与高炉操作参数之间的关系,发现CSR小于55.5%～57.5%时高炉透气性阻力增大很多。随着CSR下降,风口破损增加,高炉热水平降低。当CSR大于57%时,校正燃料比为0.30kg(t²%CSR);CSR小于57%时,校正燃料比为1.45kg(t²%CSR)。为了使透气性最佳,并降低风口破损率,日本认为CSR应大于57%。内陆钢7号高炉的经验表明,提高CSR可改善高炉操作,降低燃料比,降低炉体损坏率。在5年期间,内陆钢公司改进了选煤、配煤和炼焦工艺,大幅度提高了CSR值,从30%～35%提高到57%～60%,使其7号高炉燃料比从约500～530kg t降到460～470kg t。据内陆钢报道,焦炭CSR小于57%时,高炉操作极不稳定,导致炉料分布和煤气流分布无规律,限制了利用系数的提高。进一步研究表明,与CSR从30%提高到60%相比,CSR从60%提高到65%时效果趋缓。蒂森克虏伯、萨尔茨吉特钢铁公司和德国钢铁研究院研究发现,喷煤比增大时,随着CSR的提高,透气性改善,还原剂消耗降低。这是由于循环区扩大,焦炭碎裂程度降低,焦炭反应性降低的缘故。但他们也指出,随着高炉容积增大和相应的炉内压力提高,冷强度要求提高。同时,随着喷煤率增大,也需要强化中心气流。迪林根公司的ROGESA厂最近改进了配煤工艺,使CSR从30%～40%提高到50%～55%,CR I从40%～45%降低到30%～35%。由此,喷煤率从110kg t提高到125～140kg t,焦比由460～470kg t降至452～460kg t。同时,随着CSR值增大,焦炭具有较高的抗热、机械和化学破碎性能,因而焦炭碎裂减少。这些结果与内陆钢获得的结果相似,证明当CSR从30%提高到60%时,可极大地改善高炉操作。而且,当焦炭热态强度提高时,其冷态强度仍相对稳定。索拉克公司研究的结论是,必须保持高炉下部焦层的透气性,以便达到较高的生产率和较高的喷煤比。由焦炭碎裂与CSR之间的关系中可推导出,当CSR由55%提高到64%时,焦炭粒度减小值(焦炭入炉时与在死料柱时的粒度差)从28mm降为14mm。风口区温度分布图也表明,焦炭CSR值较高时,死料柱透气性和活性增大。蒂森²克鲁伯钢铁公司研究表明,高炉透气性主要取决于焦炭热态强度,CSR提高和CR I降低可有效减少炉内焦炭的粉末量。随着CSR从55%提高到67%,煤比可从120～140kg t增加到150～180kg t,总燃料比从500～510kg t降低到470～490kg t。印度塔塔钢铁公司报道,有效操作其G高炉(内容积为1801m 3,炉缸直径为9.2m)所需的焦炭CSR最低值为65%,发现焦炭灰分每降低1%,其CSR提高4.5%,焦比降低10kg t,高炉利用系数提高0.0142t(m3²d)。美国钢铁协会(A ISI)炼铁技术委员会确定了北美高炉当前与将来对焦炭质量的要求。同时报道了5座北美高炉将来低焦比操作(<300kg t)下对CSR和CRI的要求,即CSR>62%,CR I<22%。大高炉焦炭的粒度、稳定性和CSR值非常重要。因为这些参数影响透气性、渣铁排放、炉缸寿命、焦比和矿焦比等。对于大高炉,要保证低焦比操作,延长高炉寿命和提高生产效率,使焦炭质量优于这些最低要求值尤其重要，国内外焦炭质量现状见表 3。我国的焦炭质量标准比国外发达国家的标准偏低（如表4所示）[11],且多数无焦炭热态性能指标, 应引起高炉工作者的高度重视。 表4 国内外主要钢厂焦炭质量 大高炉焦炭的粒度、稳定性、CSR和CRI值非常重要,因为这些参数影响透气性、渣铁排放、炉缸寿命、焦比和矿/焦比等。对于大高炉,要保证低焦比操作,延长高炉寿命和提高生产效率,使焦炭质量优于这些最低要求值尤其重要。焦炭CSR与高炉生产情况密切相关,生产统计表明,CSR每提高1%,焦比下降0.4～1.5kg/t,产量增加0.6%左右。 1焦炭的块度控制,风口焦是直接评价焦炭在高炉中降解的有效办法,我国高炉利用系数较高的宝钢高炉风口焦平均直径高达43mm。炉腹焦的算术平均块度为40mm左右时,高炉利用系数等技术指标较高。炉腹焦的块度取决于焦炭的热态性能指标CSR(反应后强度)和CRI(反应性)。 2 CSR应大于57%。为了使透气性最佳,并降低风口破损率,CSR应大于57%,CSR小于57%时,高炉操作极不稳定,导致炉料分布和煤气流分布无规律,限制了利用系数的提高。 3喷煤比增大时,随着CSR的提高,透气性改善,还原剂消耗降低。随着CSR值增大,焦炭具有较高的抗热、机械和化学破碎性能,因而焦炭碎裂减少,可极大地改善高炉操作。而且,当焦炭热态强度提高时,其冷态强度仍相对稳定。 4 必须保持高炉下部焦层的透气性,以便达到较高的生产率和较高的喷煤比。当CSR由55%提高到64%时,焦炭粒度减小值(焦炭入炉时与在死料柱时的粒度差)从28mm降为14mm;随着CSR从55%提高到67%,煤比可从120～140kg/t增加到150～180kg/t,总燃料比从500～510kg/t降低到470～490kg/t。风口区温度分布图也表明,焦炭CSR值较高时,死料柱透气性和活性增大。 5 北美高炉将来焦比操作<300kg/t下对CSR和CRI的要求为CSR>62%,CRI<22%。 1.10.2 选煤和配煤对焦炭质量的影响 为了提高所生产焦炭的质量,需要优化所配入的惰性物质的含量、流动性和煤的级别。 (1)灰分影响CSR和CRI,如含Na2O、K2O、CaO、Fe2 O3较高,会由于催化作用而提高焦炭的反应性,因而降低CSR。 (2)焦炭的CSR取决于ASG(视比重)、低挥发分煤的百分含量、灰分碱度和净结焦时间等;CRI取决于ASG、低挥发分煤百分比、灰分和碱度等。焦炭的硬度取决于焦炉高度、焦炭中硫含量、混煤流动性和ASG。 (3)所用煤的类型对CSR的影响占70%,操作因素(如烟道温度、保温时间、堆密度)对CSR的影响占30%;也有人认为焦炭CSR主要受煤堆密度和结焦时间影响;稳定性主要受煤的堆密度、加热到900℃的速度、最终的中心焦炭温度、进行检测的天数和煤等级的影响;硬度主要受煤的堆密度、最终中心焦炭温度、焦炭碱度指数和焦炭惰性成分的影响。CRI主要受煤的堆密度、煤级别、焦炭惰性成分和焦炭灰分碱性指数的影响。 1.10.3 焦炭稳定性和硬度与其高温强度的控制 (1)焦炭稳定性和CSR之间不存在明显的对应关系,这是因为CSR取决于碳的形态,而稳定性取决于宏观裂缝。 (2)焦炭硬度与CSR具有较强的对应关系,因为硬度与温度和粘结性有关,CSR取决于碳的形态,而稳定性取决于宏观裂缝。改进配煤可使CSR从30%提高到60%,但冷态强度仍相对稳定。 (3)如果稳定性等于或者大于60%,CSR可能随灰分化学成分、煤岩相学和流变学及炼焦条件不同而发生很大变化。颗粒大小和机械强度主要受工艺条件影响,而CSR取决于工艺条件和煤质. 1.10.4 CSR预测模型 该模型[5]结合焦炭硬度、对CSR有显著影响的其他两个参数、焦炭镶嵌粒度指数(CMSI)和碱度指数来预测CSR。这样可以使焦化厂操作人员统一考虑焦炭的耐磨性、焦炭的岩相数据和化学性质来测量CSR。预测的CSR=9.17+0.31³2.5³1.5硬度+13.56³CMSI-93.48³碱度指数³R=0.77。其中,碱度指数=(K2O+Na2O+MgO+CaO+Fe2 O3)/(SiO2+Al2 O3),CMSI=焦炭镶嵌粒度指数。用统计分析方法发现,这些参数对CSR影响非常大[5]。例如,CSR取决于焦炭耐磨性。因为焦炭的气化是从表面到内部开始的,所以往里面的渗透取决于表面硬度。抗磨损性较高或者表面较硬的焦炭反应区宽度较小。 焦炭在高温条件下发生气化反应。增加其硬度、优化其碳形态和减少催化组分含量,可防止气化反应渗进焦炭深处,从而减少焦炭碎裂,提高高炉透气性,改善高炉渣铁排放。 1.11进一步改善焦炭质量应当采取的措施 1.11.1国内外提高焦炭质量的研究状况 1日本钢铁协会于1997年成立了与焦炭相关的研究会,进行有关煤和焦炭的基础研究,主要为获得有关配煤条件和焦炭强度的极有价值的研究结果。1999年设立了煤粒粘结结构解析研究会,根据对煤的软熔、热分解反应和碳化反应等的解析,确立炼焦、煤的燃烧和煤的变化(液化和气化)等各种有关利用技术基础。 2宝钢为提高焦炭质量、降低生产成本,进行了提高弱粘结煤配比的研究。通过对增加弱粘结煤配比的经济效益测算得知,弱粘结煤配比每提高1%,可降低成本350万元a左右[8]。早在1996年,宝钢发现与国外先进水平相比,焦炭灰分指标不好,于是以提高焦炭质量为突破口,开展了降低焦炭灰分、提高焦炭质量的工业试验。发现在强粘结煤没有增加的情况下(为降低成本),使配煤的粘结性指标及焦炭强度指标得以改善。由于受我国煤资源限制和降低成本要求,宝钢决定多配用我国煤炭资源中低灰、低硫的气煤等弱粘结煤。气煤类弱粘结性煤的焦炭,其各向同性结构的高温抗碱侵蚀能力比焦炭中其它各向异性结构的强。这项研究成果是大量采用弱粘结性气煤的理论基础。在此基础上,结合宝钢生产实际,选择4种可在生产中实施的弱粘煤配用量,由低到高分别为47%、55%、60%、63%,成型煤配比为20%,共作了10种方案的配煤炼焦试验。当弱粘结煤配比从47%提高到60%时,焦炭热性能保持同一水平。即当强粘结煤配比为40%时,CSR为68.5%,CR I为24.4%,DI为86.4%,能满足高炉大生产需要。当强粘结煤配比为37%时,CSR为65.8%,CRI为26.0%,DI为65.8%,焦炭性能降低,不能满足宝钢要求的CRI≤26%,CSR≥66%。因此,强粘结煤应控制在40%以上,这样才能满足大高炉对焦炭热性能的要求。在宝钢2001～2006年发展规划中,其弱粘结煤配比的目标为60%。 之后,宝钢又对焦炭热性能的控制措施进行了研究[4]。研究了原料煤性质对焦炭热性质的影响,并在此基础上建立了宝钢焦炭热性质的模型,对宝钢炼焦配煤进行指导。 3芬兰劳塔鲁基钢铁公司拉赫厂研究了焦炭结构对CSR的影响[5]。为了在高利用系数3.1t(m 3²d)、低能耗(焦比340kg/ t、油比100kg/ t)下顺利操作,需要把焦炭CSR提高到70%,因而对提高焦炭CSR的措施进行了研究。得出结论:焦炭孔隙较小时可以限制CO2扩散到焦炭深层,从而提高CSR值。孔隙较小的焦炭主要在焦炉墙壁附近产生。 1.11.2进一步改善焦炭质量应当采取的措施 一、加强炼焦煤管理 炼焦煤的性质是决定焦炭质量的根本因素,选择适当的炼焦煤及其合理配比是改善焦炭质量的首要措施。钢厂应当对供货商供应的炼焦煤质量稳定状况进行统计排序,优选供货质量稳定、信誉较好的厂家签订长期协议,从源头上为改善焦炭质量提供了保障。在煤场管理方面,应在传统工业分析的基础上增加岩相分析,对进厂煤进行细化分类堆放。根据预测并实验确定的配比方案,实现精准配煤炼焦,杜绝煤场混煤造成的焦炭质量波动。 二、采用干法熄焦工艺 干法熄焦CDQ(Coke Dry Quenching)是采用惰性气体(一般用氮气)熄灭赤热焦炭的熄焦方式。与传统的湿法熄焦相比,具有节能(回收红焦显热)、提高焦炭质量、环保(减少熄焦操作对环境的污染)三大优点[12]。采用干法熄焦,由于避免了赤热焦炭与水蒸气的反应和冲击热负荷,冷却速度慢,可减少焦炭裂纹,改善焦炭内部结构,减少焦炭表面气孔,降低焦炭活性。据济钢[13]从对比数据分析,干熄焦比湿熄焦M40提高了4.5%,M10改善了0.4%,CRI降低了3%,CSR提高了4.2%。据国外统计,大型高炉采用干熄焦炭,比用相同质量指标的湿熄焦,可降低焦比2%,高炉生产能力提高1%,这是由于干熄焦炭活性较低,高炉软熔带下降,CO可以充分利用。 三、焦炉大型化 焦炉大型化增加了炭化室容积,提高了装煤的堆密度。焦炭的机械强度及反应后强度与焦炉装煤的堆密度呈正相关。济钢的生产表明[13],6 m焦炉与4.3 m焦炉相比,虽然焦炭CRI和CSR没有明显变化，但焦炭M40提高了4%,M10改善了0.5%。 四、煤调湿技术的应用 煤调湿技术是将炼焦煤装炉前预先除去部分水分,使水分控制在5%～6%,并保持稳定后再装炉。这项技术具有节能、环保、稳定焦炉操作、改善焦炭质量的功能。由于装炉煤水分降低并稳定,使焦炉操作稳定,炭化室内焦饼中心温度在100℃左右停留的时间短,加快了结焦速度又使焦炭均匀成熟,避免过火或不熟,有利于改善焦炭质量。 五、焦炭钝化技术 焦炭钝化处理技术是指在炼焦过程中或之后能改善焦炭热态性能的一种处理工艺。其原理是利用某些添加剂来降低焦炭的反应性(CRI),即降低高温 下焦炭与CO2的反应能力,抑制焦炭在高炉内的气化反应,从而提高焦炭反应后强度(CSR),减轻焦炭粒度的破损劣化程度,最终改善高炉生产运行状况。济钢就钝化剂对焦炭质量的影响进行了大量的研究工作[14]。于2002年11月开始进行近10个月的焦炭钝化实验室试验和半工业性试验。试验表明,在熄焦水中加人适量钝化剂熄焦,可降低焦炭的气化反应、抑制焦炭的溶损,同时焦炭的反应后强度相应提高。在此基础上,于2003年7月15日至8月17日,在济钢第一炼铁厂5号高炉进行为期33 d的焦炭钝化工业性试验,取得了较好效果,焦炭的气化反应性较基准期降低5.1个百分点,反应后强度提高8 个百分点,提高了高炉软熔带以下区域的透气性,入炉风量增加近100 m3/h,高炉增产1.86%,煤比提高6 kg/t。焦炭高温性能的提高,有利于改善煤气流的 合理分布,试验期间煤气利用率较基准期提高0.15个百分点,焦比降低6 kg/t。2007年3月针对干熄焦炭实施了实验室试验,结果发现,焦炭的气化反应性 降低2.38个百分点,反应后强度提高3.68个百分点。 第二章 课题的提出 2.1青岛银钢炼铁公司技术进步 近年来我国高炉的大型化波澜壮阔，发展极快。不仅原有的以大型高炉为主的大企业纷纷建设容积更大的，比如2500m3～4000 m3的高炉；原来以中小高炉为主的中型企业，也在大量地建设容积为1000m3～2500 m3，乃至3200 m3的大型高炉。但是，与此同时，除了≤300 m3的小高炉部分遭到淘汰以外，以400 m3～500 m3 为主体的≤1000m3的高炉，不仅绝大多数的存量得到保留，并且仍在修建。因此，就全国范围看，不论是炉容结构，还是生产量，300 m3 ～1000m3 级的中型高炉都仍然占有很大比例。据不完全统计，2007年全国1300多座高炉中，＞ 1000m3 的大型高炉有130余座；生铁产量只占全国的32%。由此可见，在今日之中国，＜1000m3 的高炉，主要是300m3 ～1000m3 的中型高炉，仍然是中国钢铁工业的主力军。有鉴于此，进一步提高中型高炉的生产水平，改善技术经济指标，降低生产成本，改善环保状况，对提高我国炼铁工业的整体水平，乃至全国经济的可持续发展都是十分重要的。 在我国，以450±100m3 为主体的中型高炉，其中特别是近来大量兴建的450m3 ～500m3高炉，以其技术方针、装备水平、操作技术的成熟和依此创造出的优秀的技术经济指标，使其成为高炉容积序列中最为成功的高炉集群之一，堪称高炉百花园中的奇葩。这一高炉集群，也是近些年进步最大的高炉群体。 1997年青钢建立自己的第一座高炉，彻底改变了青钢有钢无铁，化铁炼钢的历史，从此青钢的历史掀开了崭新的一页。青钢的高炉炼铁虽然只有短短十几年的历史，却取得了巨大的进步。这分析起来，进步主要来源于我们采用了正确的技术路线。 1 坚定地执行精料方针。扬弃了容积小的高炉可以使用劣质原料的错误认识。如努力提高和稳定焦碳质量,采用“烧结矿＋球团矿＋块矿”的炉料结构；努力改善烧结矿质量；提高槽下整粒水平，先进的筛分设备，块矿二次筛分等。 2 提高装备水平。逐步高压炉顶压力，TRT技术，卡鲁金顶燃式高风温热风炉，自动化喷煤装备，先进的自动控制和计器仪表，长寿风口，先进的炉前装备和水渣系统等。并且使原本在中小型高炉率先采用的技术更加先进和完善，如干法除尘技术等。3 掌握了比较先进的操作理念和操作方法。选择了比较合理的基本操作制度，提高了炉况调剂水平。许多高炉掌握了大矿批分装、高风温、富氧、喷煤、低硅铁冶炼技术，取消放上渣，增加出铁次数等。 2.2 目前青岛银钢炼铁公司生产上存在的问题 表2-1 2007年1-2月青钢主要技术经济指标排名情况 项目名称 1月 2月 原料矿石消耗 入炉焦比 综合焦比 喷煤比 利用系数 平均热风温度 ℃ 名次 26 27 kg/t 名次 kg/t 名次 1656 1655 29 29 378 373 16 15 kg/t 名次 kg/t 名次 t/m^3.d 名次 506 498 15 11 138 135 25 32 3.601 3.693 16 1091 12 1093 注:焦丁未计入焦比。 表2-2为2007年前6月青钢6#高炉与国内同类高炉的生产指标对比。 利用系数 入炉焦比(T/M3.D) 银钢6#高炉 新兴铸管 营口中板 邢台 3.79 4.146 4.107 4.069 (㎏) 401 365 401 362 煤 比 (㎏) 134 161 131 158 燃料比 (㎏) 545 526 532 520 入炉品位(%) 56.3 59.16 56.59 58.23 风 温 (℃) 1170 1141 1086 1088 石家庄 兴澄 纵横 德龙 建龙 国丰 3.963 3.934 3.804 3.794 3.785 3.706 379 378 389 388 398 391 162 161 134 153 147 141 547 539 533 541 545 532 56.95 58.19 58.36 57.92 58.60 58.51 1082 1109 1123 1039 1119 1115 从表2-1、2-2可以看出银钢的各项炼铁生产技术指标已达到中小高炉中上水平，但和先进指标相比，仍然有很大差距，突出表现在焦比偏高，煤比只有130kg，和大高炉200kg以上煤比相比落后太多，同时炉况顺行问题未得到根本解决，休风率、慢风率偏高。原因主要有以下几方面： 其一，近几年矿石资源紧张，大幅提价。矿石品位逐年降低,。2006年统计的全年入炉品位60.3%，而到了2008年，上半年入炉品位为56.4%，，同时块矿比例逐年提高，高锌、高碱、高钛等含有害杂质的原料也被使用。 其二，没有自备炼焦厂，市场上的焦炭价格猛涨，灰分、强度、含硫、则持续恶化，粉末增多，水分波动大。本厂焦炭也因煤质下降而导致焦炭质量降低。焦炭露天存放，水分波动大，入炉粉末多。 其三，近几年公司炼铁规模迅速扩大，但由于场内用地紧张，料场没有相应增加，进场原燃料波动大，没有中和料场，导致原料成分波幅增大。这对高炉稳定顺行极为不利。 2.3焦炭烘干的必要性和可行性 2.3.1、焦炭水分偏高的原因 银钢的焦炭均为湿法熄焦，焦质差，露天存放，水分偏高。正常气候条件下，水分8~14%，连续下雨，某些焦炭水分达到20%，焦丁水分20%以上。据武钢周学鹰等人的试验[10]，焦炭吸水率和焦炭的配煤、气孔结构、粒度关系密切。 1 焦炭气孔结构的影响。当生产配煤的挥发份偏高,造成了焦炭的气孔大而薄,蜂窝焦增多,将会导致焦炭的吸水性增强,在运输中遇到下雨致使水分偏高。 2 焦炭取样与制样的影响。在焦炭取样过程中,如果蜂窝焦过多,将会使焦炭水分偏高。 焦炭的粒度分布是影响焦炭含水量的重要因素。当焦炭粒度在25 mm以上时,焦炭的粒度对其吸水率的影响不够明显;当焦炭粒度小于10 mm以下,焦炭的吸水率显著增加。粉焦的吸水率明显大于块焦,可以达到30%以上。这是因为,当焦炭粒度小于10 mm,焦炭的气孔结构被严重破坏,原来的封闭气孔转变为开气孔,吸水率显著增强。由此可见,焦炭的粒度分布是影响焦炭吸水率的另一个重要的因素。图2-1是焦炭吸水率与焦炭粒度的关系。 图2-1焦炭吸水率与焦炭粒度的关系 2.3.2焦炭烘干的必要性 根据我们在第一篇文献综述的论述，可知，焦炭在高炉生产中起到极其重要的作用。高炉理论研究和生产实践均表明，提高焦炭质量是高炉的顺行长寿、降低焦比、提高煤比的前提。 青钢共有6座高炉，所用焦炭约30%为本厂焦化厂提供、其余70%依靠外购，外购焦炭所含粉末多，同时水分不稳定。在厂内，外购焦炭露天堆放，在降雨较多季节对焦炭的水分对炉况的影响更大。 焦炭水分对高炉的影响表现在水分波动引起的炉况波动，从而使焦比升高，每增加1%的水分增加焦炭用量1.1%~1.3%；对于焦炭水分波动，可以在焦炭进入称量斗前取样检验，利用快速烘干分析仪测试水分，通过及时调整水分焦减轻焦炭水分对高炉炉况的影响。 焦炭水分较高时，粘附在焦炭上的粉末在槽下筛分的过程中不易去除，随焦炭进入高炉，将恶化高炉的透气性进而影响高炉进程。在使用部分平均粒度偏小，粉末含量较高的焦炭时，这种影响更大。据经验，取快速烘干分析仪测试水分后的焦炭（分析前不用破碎）在木板上轻轻敲，掉落的焦炭粉末比例最高竟达5%以上，影响确实不小。 过高的焦炭水分还使煤气中的水汽含量大增，对用户的影响表现是降低了煤气热值，使煤气消耗量增大；在煤气含尘量较高时，使加热炉的蓄热体渣化、孔隙堵塞，影响加热炉寿命，也易使煤气管道受到腐蚀；过高的焦炭水分还会使得煤气温度降低，难于适应干法布袋除尘器技术要求困难，影响煤气TRT发电量。 更重要的是焦炭水分的波动，特别是每年7、8月雨季到来后，高炉由于水分焦调剂不及时和不到位，经常造成低炉温，连续出号外铁，由于焦湿造成入炉粉末增加，高炉炉况恶化，滑料、悬料增加，高炉顺行无法保证，煤比长期偏低，炼铁成本增加。 在不断的外出考察学习中，唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂、河南济钢炼铁厂、常州中天钢铁公司炼铁厂采取焦碳烘烤工艺均显著降低了焦炭水分，焦炭入炉粉末大幅下降，各项生产技术指标改善明显。 2.3.3河南济钢炼铁厂焦炭烘烤工艺[15] 一、改造前状况: 高炉所用焦碳水分含量较高，焦碳入炉后造成高炉炉顶温度低，煤气湿度偏高，并使布袋除尘器的滤袋因结露而透气性降低，被迫检修更换(仅2006年就整体更换两次滤袋)，而且煤气含尘量经常超标。当时，TRT、BTRT系统即将投用，TRT、BTRT透平机对煤气的含尘量、湿度要求很高，若含尘量、湿度超标，将严重影响机组运行。为此，降低焦碳水分含量迫在眉睫。 二、改造方案: 投资400余万元先后对5#和6#炉、4#炉、3#炉的入炉焦碳进行烘烤改造，具体方案如下: 1、对4#、5#、6#高炉，各增加一座加热炉，利用高炉煤气在加热炉内燃烧产生热风，并靠高温风机将加热后的热风抽到高炉上料焦碳仓内，利用焦碳在焦碳仓的存放时间烘烤焦碳，去除焦碳中的水分。燃烧所用的煤气从5#高炉煤气总管上开设煤气支管，引向加热炉，混合助燃风机冷风后在加热炉炉膛内燃烧。同时，架设一趟氮气管道为检修时吹扫管道中煤气使用。 2、对3#高炉，不再新增加热炉，也不需使用高炉煤气，而是利用3#带冷机多余的热风，直接从中段位置开设拔气罩，依靠高温风机将热风抽到高炉上料焦碳仓内，利用焦碳在焦碳仓的存放时间烘烤焦碳，去除焦碳中的水分。 3、在安装使用后，出现了许多预想不到的问题，比如三个月后热风支管磨掉、烧化;烘烤后的焦碳遇到杂物易燃烧等。我们采取了一系列的防范措施:为保护仓内热风支管不被焦碳冲刷磨损，在热风支管上方增加锥形防护罩;为防止热风支管不被烧化，将仓内热风管改为不锈钢材质;加强入炉料管理，避免焦碳中出现易燃物;针对烟气中含有少量煤气，冬季蒸汽大问题，我们在焦碳仓的上部各增加了一台小型抽风机。 4、 “三电”系统设计、订货、安装、调试，使该系统实现了PLC控制，远程操作，数据监控。 二、改造后效果: 此套焦碳烘烤系统投用后，通过一年来的使用并逐步改进和完善，入炉焦碳水分得到有效控制，完全实现了提升高炉炉顶温度，降低高炉煤气水分，提高滤袋的使用寿命，保证TRT、BTRI，透平机正常生产的目的。 2.3.4唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂焦炭烘干[16] 唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂,由于焦炭供应紧张,水分变化很大,焦炭含水量 由正常的7%增至23%～27%,致使高炉炉顶温度由原来的120～150℃降至40～70℃,导致布袋除尘器内煤气结露,压差升高,布袋除尘器无法正常运行。10月份因高炉炉顶温度长时间低于70℃,造成布袋堵塞,使2座高炉420条布袋全部报废更新。因入炉焦炭水分上升,槽下筛分效果差,入炉焦粉增多,导致高炉料柱透气性变差。高炉为提高炉顶温 度而长期慢风操作,控制料线,减轻焦炭负荷,但对提高顶温效果仍不明显,另外因炉顶煤气温度长期偏低,造成高炉经常性对空放散荒煤气,高炉炉况更加难行,产量大幅度下降。为了解决严重影响高炉生产指标的焦炭水分过高问题,炼铁厂组织有关技术人员成立了降低焦炭水分攻关小组,经过论证,最终确定充分利用两座高炉热风炉废烟气余热资源,对焦炭仓中的焦炭进行加热,达到烘干焦炭目的。在烟道与烟囱间安装闸板,废气从烟道引出口处安装1台蝶阀控制进入焦仓的调温废气量,利用1台G4-73NO9D离心引风机(风量为24 000～24 800 m3/h),将热风炉高温废烟气送入焦仓。考虑到废气温度较高,为减轻对风机叶轮使用带来不利影响,引风机安装在接近焦仓处。工艺流程如图2-1所示。为了使该方案尽快实施,攻关组经现场勘察,确定了要安装的风机和管道位置后,开始组织施工队伍进行施工,经过紧张施工,于10月下旬投入使用。11月、12月对焦炭烘干前后的水分进行了化验,焦炭烘干后水分去除5%～10%,烘干效果显著,达到了预期目的。随着入炉焦炭水分的降低,炉顶温度随之回升,由40～50℃左右升到80℃以上。焦炭烘干解决了水分过高、高炉料柱透气性差和顶温低的问题,有利于布袋除尘器的使用和煤气的产出,对炉况的稳定顺行也有促进作用,为炼铁高炉稳产高产创造了条件,同时降低了焦比,节约了能源。随着炉况逐步恢复顺行,产量也大幅度提高,利用系数由3.1左右上升至3.7左右。由于煤气充足,热风炉所供给高炉风温由800℃上升至1050℃以上,为高炉冶炼降低焦比创造了条件。唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂流程图如图2-2所示。 图2-2唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂焦炭烘干流程 2.3.5两种焦炭烘干工艺优劣比较 随着焦炭资源短缺的逐步加剧，高炉使用的焦炭价格上涨，质量下降，如何在焦炭价格上涨、质量变差的情况下降低焦炭消耗，“粗粮细作”，将不利的因素降到最低，成为克服焦炭质量困难，降低生产成本和工序能耗是每个钢铁冶金企业均要面对的问题。在使用外购焦炭比例比较大，料场储存条件差，生产受降雨影响较大的高炉，采用焦炭烘干技术是一条简单易行途径。 河南济钢的焦炭烘烤技术和设备来自于电石生产厂家，工艺设备流程成熟。具有烘干时间短，去湿焦水分效果好的优点，但需要另建加热炉，占地面积大，投资大，烘干焦炭需要燃烧煤或焦炭，焦炭烘干成本高。 唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂焦炭烘干利用热风炉烟道废气烘干焦炭投资少，不需要另建加热炉，占地面积小。烘干焦炭不需要燃烧煤或焦炭，焦炭烘干成本低。符合科学发展，循环经济的要求。 青钢5、6#炉空间狭小，不宜新建加热炉，我们决定借鉴唐山港陆钢铁有限公司恒威炼铁厂焦炭烘干的经验，利用热风炉烟道废气烘干焦炭。 2.4焦炭烘干效益计算说明书 计算用物料的吨铁单耗（产量）和简要成分 表2-3 矿、焦、煤的单耗、水分、含碳量、温度 名称 烧结矿，kg 单耗 1181 水分,% 0 含碳量,% 含氢量,% 球团矿，kg, 块矿，kg 焦炭，kg 焦丁，kg 煤粉，kg 鼓风,m3 除尘灰，kg 生铁，kg 240 257 396.39 28.30 122 1250 30 1000 3 3 11 11 1.0 11g/m3 86 84 77 30 4.35 0.3 0.3 4.3 一、 高炉煤气中水分计算 1、随矿、焦进入高炉炉顶的水分（忽略矿石结晶水） 3%³240+3%³257+11%³396.39+11%³28.30=61.62kg/t 假设自风口进入炉内的氢有40%参与还原最后成为化合水。 随鼓风进入炉内的氢，变成的化合水： （1250³11³2/18/1000+122³1%³2/18/+122³4.3%）³40%³18/2 =6.91³40%³18/2=24.87kg/t 2、支出项：从炉顶以自然水、化合水形式溢出高炉的水量 61.62+19.43=86.49 kg/t 3、煤气量简易计算 气化的碳量： 86%³396.39+84%³28.30+77%³122—（30³30%+1000³4.35%） =458.61—52.5=406.11kg/t 煤气中｛CO+CO2+CH4｝≈45% 吨铁干煤气量： 406.11³1000³22.4/（12³1000³45%）=1685m3/t 吨铁水蒸气量 86.49³1000³22.4/（18³1000）=108m3/t 吨铁湿煤气量 1685+108=1793 m3/t 对湿煤气，含水汽量 86.49³1000/1793=48.23g/m3 或108/1793³100%=6.02% 二、煤气温度的计算 取2007年12月17日高炉混合煤气平均成分 表2-4 2007年12月17日高炉混合煤气平均成分 分析值，% 干煤气，% 湿煤气，% 湿煤气，m3 热焓,kJ/t.℃ CO2 18.1 18.54 17.43 312.1 557.8 CO 26.0 26.63 25.03 448.3 588.4 CH4 0.7 0.72 0.68 12.1 22.0 O2 0.50 N2 53.2 51.47 49.31 883.1 1159.2 H2 1.6 1.64 1.54 27.6 35.9 6.02 108 163.1 H2O 干煤气的平均热容2363.3/1684=1.4034 kJ/ m3℃ 水汽的热容为：1.5102 kJ/ m3℃ 假定采用焦炭烘干前湿煤气温度为180℃,湿煤气所含热量 1.4034³1684³180+108³1.5102³180=454756.88kJ 采用煤气烘干后，假定干煤气数量和成分不变，炉顶增加的热量和减少的热支出均用来加热湿煤气，加热后的湿煤气的热容不变化。 假定焦炭烘干后，水分降低到7%，温度由15℃提高到60℃。 入炉水分减少：（396.39+28.30）³（11%-7%）=16.99kg/t 水分减少后的煤气中水汽减少： 16.99³22.4³1000/18/1000=21.14m3/t 表2-5水分减少后的煤气体积、热焓 湿煤气，m3 热焓,kJ/t.℃ CO2 312.1 557.8 CO 448.3 588.4 CH4 12.1 22.0 N2 883.1 1159.2 H2 27.6 35.9 H2O 86.9 131.18 湿煤气热焓：2494.48 kJ/t.℃ 水分减少后蒸发热量减少:2454³16.99=41693.46kJ/t 焦炭（焦丁）烘干后多带进高炉的热量 （396.39+28.30）³0.6699³（60-15）=19141.20kJ/t 增加的用于提高湿煤气的热量 41693.46+19141.20=60834.66 kJ/t 湿煤气温度可提高 60834.66/2494.48=24.38℃ 即，降低焦炭含水量4%，可提高煤气温度24.38℃ 表2-6焦炭烘干前后煤气热值变化 CO2 % 焦炭烘干前 焦炭烘干后 17.43 17.63 CO % 25.03 25.33 H2 % 0.68 0.68 N2 % 49.31 49.89 CH4 % 1.54 1.56 H2O % 6.03 4.92 QDW kJ/m3 3571.5 3613.9 热值变化（3613.9-3571.5）/3571.5³100%=1.2% 表2-7焦炭烘干前后体积变化 焦炭烘干前 焦炭烘干后 体积，Nm3/t 1793 1771 温度，℃ 180 200 工况体积变化 +3.13% 煤气工况体积增加，若使用TRT发电，则发电量可以相应提高3%左右。 三、总结 1按照焦炭水分增加1%，高炉干焦炭消耗增加0.1%~0.3%计算，降低5%焦炭水分，可降低干焦炭消耗0.5%~1.5%。若按平均值1%计算，可以降低焦比：395³%=3.95kg/t。 2由于高炉煤气温度烘干后提高40℃，提高TRT发电量。高炉煤气温度提高40℃，相同压力下，煤气工况体积提高9.23%，按TRT发电量21kWh/t计算，可提高发电量1.93kWh/t。 3由于焦炭烘干后高炉煤气含水量降低，高炉煤气温度提高40℃，热值提高。 煤气含水量降低： (395/（1-11%）-395/(1-6%))³1000/1750 =13.7g/m3 =1.7% 高炉煤气温度提高40℃，可以提高煤气理论燃烧温度20℃。 4多发电吨铁效益：0.59³1.93=1.14元 节约焦炭吨铁效益：3.95³1730/1000=6.83元 由于煤气热值提高，煤气用户可减少煤气用量，余裕煤气可用于发电等用途。 多发电和节约焦炭吨铁效益1.14+6.83=7.97元/吨。 若焦炭烘干使用400kW电机三台，年电费： 0.59³400³24³365³3=6202080元 若按照年产铁350万吨计算，焦炭烘干效益： 7.97³350³10000-6202080=21552920元=2155.2920万元 第三章 青钢5、6#焦炭烘干工艺 3．1简介 为高炉加热鼓风的热风炉在生产过程中产生大量废气，主要成分为CO2，N2、H2O(g)，该废气温度一般200~400℃，含有大量的热能。当前热风炉废气余热回收途径主要有：一、利用整体或分离式热管换热器加热热风炉使用的空气和煤气；二、利用废气作为喷煤车间制粉工序的煤粉烘干和气氛惰化。热风炉废气余热数量大、但品质低，至今仍有大量热量没有得到利用。 利用热风炉废气对焦炭进行烘干，减少焦炭水分对高炉、对煤气用户的影响，是一条实现节能减排、降低成本好的途径。 青钢5#、6#高炉采用的焦炭烘干，是用高温引风机将热风炉废烟气送到高炉焦炭料槽下，同时兑入部分空气控制废烟气温度，在焦仓内废烟气上升和焦炭下降的逆向运动过程中，完成焦炭的加热和焦炭表层水分的逸出，冷却了的废烟气和蒸汽自焦仓上部逸出。根据工艺要求，采用高温引风机引热风炉高温废气（废气温度约300-400℃），在风机进气口与空气混合将废气温度控制在200℃左右。通过电动阀门控制流量送至各个焦仓。因废气中含有煤气，原料操作工无法在线操作，经过相关技术人员研究决定采用远程视频监控，异地控制卸料小车进行操作。并在相关地点加装CO报警仪以确保人身安全。 3.2加热所需用热风炉烟气量计算 假设热风炉烟气成分 湿烟气，% 热焓，300℃ 热焓，200℃ 热焓，100℃ CO2 25.4 0.4765 0.4562 0.4318 O2 0.8 0.0109 0.0107 0.0105 N2 68.3 0.8947 0.8893 0.8893 H2O 5.5 0.0845 0.0834 0.0824 合计 100 1.4666 1.4396 1.4140 假设烟气温度300℃、200℃，烘干焦炭后烟气温度100℃。 每立方米烟气冷却放出热量： 烟气温度300℃ 1.4666³300-1.4140³100=298.58 kJ/m3 烟气温度 200℃ 1.4396³200-1.4140³100=146.52kJ/m3 假定吨铁湿焦炭（焦炭、焦丁、焦末）525kg/t，含水量11%，经过烟气烘干水分降到7%，湿焦炭温度由15℃上升到70℃。 焦炭含水量降低： 525³（11%-7%）=21kg 焦炭水分蒸发耗热：2454³21=51534kJ 焦炭温度升高耗热：0.6699³（525-21）³（70-15）=18459kJ 则烘干焦炭每吨铁需要热量51534+18459=69993kJ 则烘干焦炭每吨铁需要烟气 烟气温度300℃ 69993/298.58=234 m3/t 烟气温度 200℃ 69993/146.52=478m3/t 不同铁水产量水平的焦炭烘干需要的烟气量 产量，t/d 湿焦炭，t/d 烟气量，m3/h 烟气量，m3/h 1400 735 7166 14638 1600 840 8190 16730 1800 945 9213 18821 2000 1050 10238 20912 备注 300℃ 200℃ 若管道内烟气标准速度为~10m/s，则管径500~800mm（实际施工管径均在800mm以上，主管道管径1220mm，见图3-3 5、6#高炉焦炭烘干系统设计施工图，图可放大）。 3.3工艺流程 一、工艺流程 5、6#高炉上料仓一字型排列，焦仓靠近，为节省投资，工艺上采取了一套系统，两炉公用。整套焦炭烘干工艺自行设计、自行施工。 图2-1是银钢5、6#高炉焦炭烘干工艺流程图。整个工艺流程关键设备是型号为W1500-ZK-16D引风风机，风机配套电机型号YKK4506-4，功率400kW。电压为10000伏，功率为400kW。引风量依据需要用风门控制；电动机为节能电机，功率因数0.86。图2-2是W1500-ZK-16D引风风机安装使用后拍摄的现场图片。图2-3是 5、6#高炉焦炭烘干系统设计施工图，由于篇幅所限，仅截取料仓场地部分。 布料车 5-1焦5-2焦 6-1焦 6-2焦 流量控制阀 引风 热风炉废气 图3-1 5、6#高炉焦炭烘干工艺流程图 图3-2 W1500-ZK-16D引风风机工作现场 图3-3 5、6#高炉焦炭烘干系统设计施工图（料仓场地部分） 二、设计与施工说明 1、烟气量8～10万m3/h，烟气平均温度348℃，最高500℃，焦仓容积436m3 2、管道施工中的所有焊缝均为连续焊缝，采用4303焊条焊接管道及管件，制作完成后首先进行外观检查，并作煤油渗漏试验，不合格须铲掉重焊，重新试验，直至合格。 3、管道每6m设置一道加固筋。 4、管道安装完毕后，应用压缩空气进行强度试验，试验压力为200kPa，合格后进行气密性试验，试验压为50kPa。 5、烟气管道支管与主管道连接采用管道单接板三通。 6、所有法兰连接处均衬以5mm厚浸铅油石棉橡胶板。 7、管道安装完毕，所有管道内壁和外表先刷红丹防锈底漆两遍，并做保温处理。 8、管道施工及验收严格按照《工业企业煤气安全规程》（GB6222，2005）、《煤气管道施工说明》(燃1070)、《金属管道工程施工及验收规范》（GB50235-97）、《现场设备、工程管道焊接工程施工及验收规范》(GB50236-98)等有关规定进行。 该工程主要由银钢公司及大修厂共同完成，炼铁公司借鉴相关经验自主安装完成。为确保该项目的成功安装运行，银钢炼铁公司对常州中天炼铁厂的利用热风炉废气对焦炭预热除湿进行了考察学习。2008年初开始，公司由设备副总负责，青钢设计院、设备科、动力车间、电修车间明确分工，各负其责，抽调精兵强将投入到工程建设中，该项目于2008年3月18日之前完成主管道的架设，4月份完成电气安装，整个工程于2008年4月底完工。工程总投资60万元。 因废气中含有煤气，原料操作工无法在线操作，在实施技术方案的过程中，通过明确料仓标识，增加视频监视系统和卸料小车的自动化改造，达到了料仓上部作业远程化操控的目标。并在相关地点加装CO报警仪以确保人身安全。为了煤气安全问题，银钢公司又化费了大资购进了固定的CO浓度报警器，仅5#、6#高炉就设置了8个监测点，同时购进了便携式CO浓度报警仪。4月底开始不带焦炭的上料预烘干。同时4月底5月初，对岗位工进行了安全、技术、设备维护、操作规程的理论培训，为该项目的投入使用奠定良好的理论基础。 为了确保焦炭烘干安全运行，制定了严格的规程①热风操作要保证一定过剩空气系数,使煤气燃烧充分,防止残余煤气大量进入料仓,气压低和阴天上料时岗位有人监护,保障岗位操作人员的安全;②长期不使用的焦仓内焦炭或粒煤不能长时间通入废气预热烘干,以免因长时间预热烘干,焦仓内部温度较高,加之在自然通风状态下焦炭或粒煤会自燃;③焦炭水分较低时,不需使用烟道废气预热烘干时,烟道闸板必须在停风机前打开,以免停引风机后,闸板未开影响热风炉烧炉。 三、试运行过程存在的问题及解决 1废烟气温度过高容易引起焦仓内焦炭着火。试运行时，在废气温度分段逐级上升到270℃，焦仓内着火，焦筛上出现红炽的焦炭块，后来查明是进入焦仓的焦炭中混入竹木片、纸张、塑料以及废旧油布被高温废气引燃，并导致焦炭自燃。焦炭内部夹杂的竹木片、纸张、塑料、油布等着火点250℃左右，当废气温度过高，容易引起焦仓内焦炭着火。所以一方面我们规定废气温度上限不准超过250℃，一方面，加强了料场的管理，对焦炭分级预筛，基本杜绝了夹杂物进入焦仓，焦炭烘干运行一年多未出现一次焦仓着火事故。 2施行焦炭烘干后，料仓上部水汽比较大，机械设备易生锈，电气设备易产生短路，易发生电器事故。为了保证良好通风条件，我们在2#上料站增加了两台大功率轴流风扇，同时对关键电器、设备做防腐防锈处理。 3陶瓷焦筛易碎。近年来我们的焦筛一直使用陶瓷棒条筛面，使用寿命长（8个月以上），不沾粉末，效果很好。但实施焦炭以后，在温度骤变的条件下，陶瓷很快破碎，被迫换回铸铁棒条筛。 4粉尘污染。焦炭烘干实施后，备料时，焦炭上附着的大量粉末被震起，对环境污染很大，通过对焦仓下料口、焦筛筛面加装罩布，扬尘现象大为减轻。 3.4烘干效果 为了更好的衡量烘干效果，我们对烘干前后的焦炭水分进行了测定。 一、测量仪器：我们使用的是钢铁研究总院的快速水份测定仪，是根据“标准法”原理研制而成的烘干称重法快速水分测定仪器。它利用精密天平称量取样，长波红外线辐射源快速干燥样品，直接比较干燥前后样品质量的变化 来求取含水率，取样、干燥、测定在一台仪器上完成，测定精度高、时间短、能耗少、操作简便，不受环境温湿影响，不需辅助设备。可以外接打印机、连接电脑，和炼铁专家系统配合，可以实现水分焦的自动调节。广泛用于冶金、建材、医药、 食品、轻工、化工、纺织等各个领域，是生产和科研中理想的水分测定仪器。图3-4是我们试验中所用的水分测定仪。 图3-4 快速水份测定仪 ★最大称量：2000g； ★分度值：1mg； ★称盘尺寸：Φ80mm； ★ 标准误差：<0.3％； ★最小误差：<0.1％； ★ 恒重确定：示值变动≤10mg/min; ★控温范围：室温～350℃； ★恒温范围：室温～350℃； ★标准恒温：300℃； ★恒温精度：±2℃； ★测定范围：0～～100％； ★称量室尺寸：180³134³120mm 二、测定方法： 规定烘干温度200℃，仓位1/3打焦，打焦时从放料小车下料口取出的焦炭作为烘干前焦炭样，水分仪回零，称量1000g，设定百分数计量（烘干前为100%），恒温300℃，烘干40min，得到烘干后的质量百分数，水分百分数w1即为：w1=100%-烘干后的质量百分数，此水分为焦炭烘干前的焦炭水分。打完料开焦炭烘干，流量阀开度90%，温度200℃，烘干90min，从焦仓下料口接料盘上取样1000g，按相同方法再做一次水分测定，此水分为焦炭烘干后的焦炭水分。 试验对6-1本厂焦和6-2兖州焦分别做了5天，每天3次，15次的烘干前后水分的对比试验。 三、烘干前后水分对比 1兖州焦 表3-1兖州焦烘干前后水分对比 烘干前 烘干后 1 10.54 5.51 2 12.36 5.24 3 11.66 4.63 4 10.21 4.56 5 13.22 5.56 6 12.96 5.92 7 13.34 7.72 8 14.53 6.68 9 11.12 5.21 10 10.55 4.32 11 12.26 6.65 12 11.37 6.32 13 12.22 5.35 14 14.76 6.69 15 13.88 7.22 平均 12.33 5.84 2本厂焦 表3-2本厂焦烘干前后水分对比 烘干前 烘干后 1 7.72 5.35 2 6.97 3.34 3 9.2 4.33 4 8.21 3.83 5 7.74 2.66 6 9.91 4.93 7 6.82 3.24 8 8.39 4.12 9 8.12 3.21 10 7.55 4.11 11 7.43 3.54 12 6.68 2.12 13 8.82 4.35 14 7.73 3.57 15 7.33 3.22 平均 7.91 3.73 3总结 烘干前兖州焦平均水分为12.33%，烘干后水分为5.84%，烘干去除水分6.49%；烘干前本厂焦平均水分7.91%，烘干后水分为3.73%，烘干去除水分4.18%，烘干效果明显。兖州焦的烘干效果更明显一些，主要是兖州焦更湿，粒度小，粉末多。同时烘干前兖州焦水分的标准方差为1.39,烘干后为0.98，烘干前本厂焦标准方差为0.87，烘干后为0.81，这说明实施焦炭烘干后，焦炭的水分波动变小，水分更加稳定，有利于炉况稳定。 3.5焦炭烘干对高炉顺行、节能降耗的贡献 焦炭烘干一方面大大降低了焦炭水分，减小了焦炭水分；另一方面，大大降低了入炉焦炭和焦丁的含粉率，例如兖州焦入炉含粉率从2.85%降低到1.16%，本厂焦从1.78%降低到0.73%，焦丁从11.63%降低到3.32%，焦炭和焦丁的含粉率的明显改善，显著改善了高炉透气性，明显降低了压差（6#高炉在逐步缩小风口面积的情况下，风压从240kPa左右降低到230kPa），高炉炉况更加稳定，崩滑料减少，基本杜绝了顽固悬料和拉风坐料，焦炭烘干实施后7、8、9月雨季时入炉焦炭的水分和含粉率和正常气候时相差不大，从此每到雨季就崩滑料、悬料增多，就要减风降风压操作成为历史，煤气流更加稳定，煤气分布更加均匀，煤气利用得到改善。焦比和燃料比显著下降。 一、 焦炭烘干前后33天的对比 为方便对比以2008年4月1日~5月3日时间段33天作为基准期，2008年5月5日~6月7日为对比期，5#、6#高炉有关操作技术经济指标如下： 表3-3焦炭烘干前后33天生产指标的对比 指标名称 平均日产 焦比 煤比 综合焦比 毛焦比 入炉品位 热风温度 焦炭灰分 焦炭硫 煤粉灰分 煤粉硫 单位 t/d kg/t kg/t kg/t kg/t % ℃ % % % % 基准期 3756.06 377.0 138.5 514.5 465.0 58.44 1129.7 13.01 0.75 12.89 0.80 试验期 3925.88 354.2 131.1 496.6 451.6 58.15 1128.3 12.89 0.76 11.97 0.82 差值 +169.8 -22.8 -7.5 -17.9 -13.4 -0.29 -1.4 -0.12 +0.01 -0.92 +0.02 由以上数据看，在原燃料条件和热风温度等基本没有变化的条件下，使用焦炭烘干技术明显的降低了燃料消耗，增加了产量。 二、烘干前后九个月的生产指标对比 2008年1~9月份，即焦炭烘干前后9个月6#高炉主要生产指标如表3-9所示： 表3-4 2008年1~9月份6#高炉主要生产指标 月份 利用系数入炉焦比煤比综合焦比Kg/t 509 514 504 519 504 497 506 484 477 [S]合格率（%） 98.83 97.76 99.38 98.3 97.17 98.68 98.42 99.18 99.21 风温℃ 1216 1207 1212 1229 1230 1230 1229 1192 1153 休风率（%） 0.08 0.51 0.18 0.23 0.07 0.47 0.98 6.82 7.87 慢风率（%） 0.59 0.83 0.91 0.66 0.52 2.26 1.14 1.15 0.81 CO2利用率 39.08 41.77 41.72 41.78 41.47 41.93 43.08 44.34 44.36 （t/d.m3） （Kg/t） （Kg/t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3.81 3.77 3.83 3.78 3.81 3.83 3.77 3.6 3.44 371 379 374 381 368 365 382 365 351 141 134 131 139 129 132 131 128 130 从表3-10可以看出，焦炭烘干项目实施后的5个月各项指标和实施前的4个月相比较煤气利用率由41.09%提高到43.09%，提高2%，焦比降低10公斤，综合焦比降低18公斤，均明显改善，而且是各项指标逐月提高。特别值得一提的是由于焦炭烘干项目的使用，雨季的顺行问题得到彻底解决，在此基础上我们得以进行了装料制度、下部调整，以打开中心气流，改善煤气利用，7、8、9反而取得了青钢炼铁史上的最低焦比和综合焦比。 三、焦炭烘干项目实施一年后的生产指标对比 一年多的生产实践表明，5、6#焦炭烘干项目是十分成功的。在此基础上1~4#高炉也实施了焦炭烘干，均取得了良好的效果。银钢5、6#高炉烘干项目工艺流程合理、结构简单、投资少、见效快、效果好，为中小高炉改善焦炭质量，保证炉况顺行起到了良好示范。一年多来吸引了十多家兄弟单位参观学习，在网上几个炼铁专业论坛里也有同行打听焦炭烘干的相关事宜。 2009年5月6日，5、6#焦炭烘干成功实施一周年，我们特别对比了2008年4月和2009年4月的主要指标，如表3-5。 表3-5 2008年4月和2009年4月的主要指标对比 日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 平均 42.35 42.31 41.78 41.49 41.75 40.48 41.76 41.81 41.04 41.67 41.13 41.68 Co2利用率，% 42.61 41.24 41.99 41.83 43.96 42.86 43.11 40.88 42.18 40.52 42.74 40.22 40.49 40.36 41.83 42.42 42.24 2008年4月 煤比 Kg/t 138 135 138 138 142 142 138 133 153 139 137 139 140 140 144 138 145 137 141 133 136 142 133 140 132 138 134 134 139 142 138 冶强 t/m3 1.96 2.01 1.99 1.96 2.02 2.04 2.03 1.89 2.05 2.03 2.04 2.04 2.07 2.01 2.00 1.99 2.01 2.05 1.98 1.97 2.11 2.08 1.94 2.02 1.78 2.02 2.06 2.03 2.07 1.85 2.00 综合焦比 Kg/t 512 505 501 492 508 510 507 490 561 523 517 510 529 520 535 507 536 530 516 506 539 538 501 525 521 525 513 516 528 555 519 冶强 t/m3 1.86 1.86 1.83 1.82 1.81 1.81 1.79 1.76 1.83 1.86 1.83 1.78 1.81 1.82 1.85 1.82 1.72 1.79 1.81 1.77 1.84 1.84 1.78 1.81 1.78 1.80 1.80 1.77 1.78 1.81 1.81 2009年4月 综合焦比 Kg/t 501 499 508 475 490 478 486 487 486 524 479 478 513 472 470 496 485 487 470 502 479 494 480 505 467 490 475 476 472 471 486 煤比 Kg/t 151 151 154 143 153 145 159 164 162 172 163 158 171 160 154 167 161 166 159 173 162 165 161 172 159 169 163 168 164 168 161 44.33 44.47 44.54 44.34 43.94 45.45 44.22 44.37 Co2利用率，% 43.12 41.74 42.98 42.79 44.44 45.39 44.17 43.79 44.79 44.37 44.79 44.64 44.69 44.02 45.17 43.96 44.96 45.47 45.41 46.02 2008年4月品位58.36，块矿比例14.8%，风温1229℃，富氧1.38%，2009年品位57.15%，块矿19%，风温1173℃，富氧1.35%，其他条件基本相近。从表3-5可以看出： 1、2009年4月主要指标相比较2008年4月均有较大提高，如煤气利用率提高了2.62%，达到了44.37%，综合焦比从519公斤下降到486公斤，煤比提高23公斤。成绩喜人，这说明焦炭烘干实施一年来是十分成功的。 2、焦炭烘干实施后，顶温有所上升，但风温实际上是下降了，原因有二，一是公司的节能降耗需要，原重油加热炉全部改造为煤气加热，造成煤气量下降，二是煤气利用改善，煤气发热值下降。 四、1-6#高炉全部实施焦炭烘干后生产指标的进步 焦炭烘干在5、6#高炉取得了良好的效果，随后，我们于2008年下半年陆续对1-4#高炉实施了焦炭烘干项目，同样取得了成功。表3-6是焦炭烘干前后银钢公司生产指标对比。 表3-6焦炭烘干前后银钢公司生产指标对比 入炉焦比 kg/t 名次 2008.6 2009.6 412 324 综合焦比 kg/t 名次 喷煤比 kg/t 名次 53 7 3.598 3.518 11 15 58.015 57.197 22 51 1071 1116 43 34 利用系数 t/m.d ^3入炉铁矿品位 % 名次 平均热风温度 ℃ 名次 名次 36 524 6 481 31 117 8 169 从上表可以看出，2009年各项指标在入炉品位、熟料率比去年同期降低的情况下，其他指标比去年同期都有大幅度提高。2009年的指标在与全国同行业相比，入炉焦比排名由2008年6月的第36名提高到第6名，煤比由第53名提高到第7名，综合焦比由第31名提高到第8名。 第四章 结论 1银钢5、6#焦炭烘干项目利用热风炉烟道废气，无需另建加热炉，工艺流程合理，结构简单，投资小，见效快，特别符合中小高炉现状，为中小高炉改善焦炭质量提供了良好的借鉴。 2烟气流量8万m3/h，烘干温度250℃左右，关键设备是型号为W1500-ZK-16D引风风机。 3根据焦炭烘干前后的测定，焦炭烘干实施后可以去除水分5个百分数，焦炭水分波动变小，焦炭入炉粉末明显下降。 4焦炭烘干实施后，高炉炉内透气性变好，风压下降，煤气利用改善，可降低焦比10公斤以上，同时，炉况顺行问题的解决，有利于提高煤比。 5焦炭烘干实施后，顶温有所上升，但由于煤气利用改善，煤气发热量变小，风温有可能下降。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/593847d4cbd376eeaeaad1f34693daef5ef71367.html