高炉用焦炭热性能控制指标的研究

★煤炭科技・加工转化★

高炉用焦炭热性能控制指标的研究

张明远　万　新　冯淋虹　阳银权

(重庆科技学院,重庆市沙坪坝,401331)

摘　要　通过对焦炭热性能相关指标的研究,分析了焦炭在高炉内热性能的影响因素和改善焦炭热性能的途径,强调了制定高炉用焦炭热性能控制指标的重要性。

关键词　焦炭热性能　控制指标　反应性

中图分类号　TQ52 文献标识码　A

A research on formulating a control target for blast furnace coke thermal property

Zhang Mingyuan,Wan Xin,Feng Linhong,Yang Y inquan

(Chongqing U niversity of Science and Technology,Shapingba,Chongqing401331,China)

Abstract　On t he basis of a st udy on t he performance figures of coke t hermal property,fac2 tors affecting coke t hermal properties in blast f urnace are analyzed and ways to imp rove t he coke t hermal p roperties are tested.The importance of drawing up a control target for blast f urnace coke t hermal p roperty is also emp hasized.

K ey w ords　coke t hermal property,cont rol target,CRI,CSR

1　概述

焦炭作为高炉炼铁的重要原料,一直是钢铁工程师关注的焦点问题。尤其由于现代高炉炼铁的发展,高炉大型化、大喷煤量等对焦炭提出了更高的要求。从目前发展来看,以焦炭的热性能指标操作高炉的条件在国内已经成熟:一方面已经有了国内大型冶金企业在这方面的成功经验;另一方面是手段已经比较成熟。但还面临一些亟待解决的问题。

G B/T-4000-1996给出的是一个试验的方法,却没有给出一个广泛可行的控制标准,因此各个企业需要结合自己的实际情况来制订相应的CSR(反应后强度)和CRI(反应性)的控制目标。根据现在已有资料可以看出,企业所制定的标准也是与本身的条件具有相当针对性的,见表1。

关于制定高炉用焦炭热性能国家控制标准的意见已经出现,各企业对焦炭热性能的研究也反应积极。但是,对于在企业内部科学制定控制标准的研究还没有形成系统意见,部分大企业根据长期的质量控制经验制定明确的标准,中小企业中除个别采取套用大企业指标的思路制定标准外,绝大多数还是采用M40、M10指标指导高炉操作,直接套用大企业指标忽略了企业本身的诸多条件,因此其焦炭热性能对生产的指导性也就被削弱了。目前,企业进行高炉用焦炭热性能控制指标的制定具有积极意义:一方面为配合精料进一步节能降耗提供了技术保障;另一方面也为国家制定统一的焦炭热性能控制标准积累了经验。

表1　中国和部分国外冶金企业对焦炭热性能的要求

国家公司或工厂名字CSR CRI

中国宝钢>66<26

中国马钢

每月例检3～4次,监控焦

炭热性能变化

中国济钢

每周试验1次,监控焦炭

热性能变化

中国昆钢平均31169

澳大利亚Voest Alpine>60<31芬兰K overhar>65<25

法国Sollac>53

英国Corus>45～70<20～25

焦炭在高炉内的强度保持能力直接关系到高炉

的顺行和降耗,对于它的研究最早是从风口焦的平均直径开始的,它是直接评价焦炭在高炉内强度保持能力的最有效的办法。焦炭的热性能CSR和反应性CRI是对风口焦块度影响最直接的2个指标,焦炭反应性指焦炭与CO2气体的反应能力。此反应也称为焦炭的气化反应。反应后的焦炭因失碳而产生裂缝,同时因气孔壁变薄而失去强度。

高炉焦炭在高炉冶炼中的作用非常重要。作为发热剂,它提供铁矿石还原熔化所需的热量;作为还原剂,它提供铁矿石还原所需的还原气体;作为料柱骨架,它对炉料起支撑作用,并提供一个煤气通过的透气层;铁中的碳也全部来源于高炉焦炭。随着富氧喷煤技术的发展,焦炭的还原剂、发热剂、渗碳的作用已部分被喷吹煤粉所取代,但是作为料柱骨架,保持料柱在高炉冶炼过程中具有良好的透气性是不能取代的,而且由于以煤代焦大幅度降低了入炉的焦炭,其保持强度的能力更加值得关注。同时,高炉大型化后,对于高炉能否顺行来说,焦炭料柱骨架的作用也显得尤为重要。再有,从节能的角度看,高反应性的焦炭在较低温度下开始降解,反应开始位置移向高炉上部,焦炭强度下降幅度增大,粉末增多导致炉料的透气、透液性变差从而影响到高炉顺行,能量利用也随着焦炭的气化加剧而变差。以上这些因素都对焦炭提出了更高的要求,即要求焦炭有更高的反应后强度和尽可能低的反应性。

用CSR和CRI配合或取代M40和M10操作高炉,其优点已经得到公认。但是简单地套用别的企业指标却并不合适。这主要是高炉的大小不同、原料不同、操作不同所致,研究表明高炉用焦炭的含水量和炉内的循环碱对CSR和CRI的影响就不容忽视。

2　热性能与相关指标的统计研究

211　焦炭反应性、反应后强度和小于3mm含量之间的关系

我们从2002年至今一直在关注焦炭热性能的一些内在关系,图1和图2是针对重钢、川威、达钢等3个钢铁企业和2个焦化企业,在工作中进行实验研究时获得的共20个焦炭样数据。各焦炭的配煤情况肯定存在差异,但结果表明其指标的内在关联性非常强,存在明显的线性相关的变化趋势

。212　焦炭热性能与生产指标的关系

近年来的国内外生产实践表明,焦炭CSR与高炉生产情况密切相关。焦炭从进入高炉那一刻起,M40就不能真实反映焦炭在炉内的变化趋势,简单地说2个M40值相同的焦炭在炉内的块状焦保持能力却不尽相同,当然对生产的影响也就不同。但是,在炼焦生产稳定的情况下,M40的意义还是明显的,图3是印度Pypkene冶金工厂焦炭热强度与产量的关系。可是,目前国内的冶金企业还没有建立自己的焦炭热性能控制标准,多数情况是高炉不顺的时候才检测焦炭的CSR和CRI,仅仅是对导致高炉顺行受阻的原因进行排查。因此,焦炭热性

能与生产指标的关系只是一些零星的报道。

图3　印度“Pypkene冶金工厂”4#高炉

产量与M40的关系

实际上,采用统计的方法对焦炭热性能与生产指标的关系进行研究并不复杂,建立的关系对我们制定企业控制标准意义重大。某420m3高炉的5个焦炭热强度数据与产量的关系见图4。为了排除