浅谈焦炭质量对高炉冶炼的影响

浅谈焦炭质量对高炉冶炼的影响
作者：付善中
来源：《城市建设理论研究》2013年第28期
【摘要】本文根据笔者多年的工作经验，并结合焦炭对高炉生产的理论知识，以马钢2500m3高炉为例子,研究了焦炭质量对高炉冶炼的影响，最后从而提出了高炉冶炼对焦炭质量的要求，供业内人士参考。

【关键词】焦炭质量；高炉冶炼；影响；要求
中图分类号： TF54 文献标识码： A
随着高炉采用富氧大喷煤为代表的强化冶炼措施后，高炉的冶炼发生了很大的变化，一个突出的表现就是对焦炭的骨架作用要求更高。

随着煤比不断提高，焦炭负荷越来越重，焦炭的冶金性能也越来越受到重视。

目前国内大型高炉技术经济指标不高，大多是受原燃料条件尤其是焦炭质量的限制。

本文就从焦炭的质量对高炉冶炼的影响进行分析。

1 焦炭质量对高炉冶炼的影响
1.1焦炭水分对高炉冶炼的影响
焦炭水分的波动势必引起称量不准而影响高炉炉况的稳定，并导致铁水中硅、硫含量的变化。

水分过高，焦粉粘附在焦块上，影响焦炭强度和筛分，将焦粉带人炉内；如果焦粉不能全部随煤气吹出，将影响高炉透气性和透液性，严重时造成炉缸堆积。

从马钢2500m3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。

1.2焦炭灰分对高炉冶炼的影响
焦炭在高炉内被加热至高于炼焦温度时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，沿灰分颗粒周围产生裂纹，使焦炭碎裂，含粉增加。

焦炭的灰分与强度几乎成线性关系，即灰分增加，强度下降。

从表1中可见，马钢2500 m3高炉自投产以来，焦炭灰分逐年下降，焦炭的热态性能则逐年提高，而高炉技术经济指标也呈逐年提高之势。

焦炭灰分控制在12％以下，高炉生产可以获得比较先进的技术经济指标。

1.3挥发分对高炉冶炼的影响
焦炭的挥发分含量影响焦炭的耐磨强度和反应后强度。

挥发分高，焦炭气孔壁材质疏松，耐磨强度和反应后强度就低；挥发分低，焦炭气孔壁材质致密，耐磨强度和反应后强度就高。

焦炭的挥发分含量与炼焦最终温度有关，是焦炭成熟程度的标志；提高炼焦最终温度与延长焖炉时间，使结焦后期的热分解与热缩聚程度增强，使焦炭挥发分含量降低，从而改善焦炭的质量。

马钢2500 m3高炉作焦炭的挥发分含量控制在1．2％以下，终点温度和结焦时间分别为l050℃和20 h；焦炭的冷态和热态性能均能满足高炉的要求。

1.4焦炭的冷态改组对高炉冶炼的影响
焦炭的耐磨强度(M40)和搞碎强度(M10)是反映焦炭冷态性能的重要指标。

冷态性能好的焦炭，即较高的M40和较低的M10，在筛分设备能力一定的条件下，可以保证人炉焦炭有较好的粒度组成和较低的含粉率，有利于提高高炉块状带的透气性，改善高炉炉况顺行。

人炉含粉率低，还可改善炉缸工作状况。

虽然目前高炉不断追求强化冶炼，十分重视焦炭的热态性能，但冷态性能也不可忽视而且也十分重要。

随着焦炭负荷不断地增加，改善块状带透气性也是突出的问题。

从表1可见，2000年以后，马钢2500m3高炉用焦炭的冷态强度有了明显的改善，这为高炉顺行和稳产、高产创造了必不可少的条件。

从马钢2500m3高炉的生产实践可知，大型高炉的焦炭，M40在85％以上、M10在7％以下是可以满足高炉生产的要求。

1.5焦炭热态性能对高炉冶炼的影响
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：CRI60％，就可以满足大型高炉冶炼的要求；但从马钢2500m3高炉这几年的生产实践看，焦炭热态性能仅达到这样的水平是不能满足大型高炉冶炼的要求，高炉经济技术指标较低。

2000年以后，马钢的焦炭工作者在提高焦炭热态性能方面做了大量工作并以宝钢的焦炭质量为目标，焦炭的热态性能有了明显的改善；特别是2002年，CRl达到25％以下、CSR达到66％以上，已与宝钢的焦炭十分接近。

这为马钢2500m3高炉生产创造先进的经济技术指标，提供了保障。

2 高炉冶炼对焦炭质量的要求
2．1焦炭的化学成分
焦炭的化学成分常以焦炭的工业分析来表示。

工业分析项目包括固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。

2.1.1固定碳和灰分
焦炭中的固定碳和灰分的含量是互为消长的。

固定碳按下式计算：
ω(C固)=[100-(灰分十挥发分十硫)]%
要求焦炭中固定碳含量尽量高，灰分尽量低。

因为固定碳含量高，发热量高，还原剂亦多，有利于降低焦比。

生产实践证明：固定碳含量升高l％，可降低焦比2％。

焦炭中灰分的主要成分是Si、A。

灰分高，则固定碳含量少，而且使焦炭的耐磨强度降低，熔剂消耗量增加，渣量亦增加，使焦比升高。

生产实践还证明：灰分增加l％，焦比升高2％，产量降低3％。

我国冶金焦炭灰分一般为ll%一14％。

2.1.2硫和磷
在焦炭的炼制过程中，虽然采取了一些措施去除了一部分硫的存在，但仍有大部分硫仍残留在焦炭中，并在高炉冶炼过程中进人生铁中，使生铁中的含硫量增加，因此，为了有效降低生铁中的含硫量，必须控制焦炭中的含硫量，通常情况下焦炭中磷的含量会较少。

2.1.3挥发分
焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的、C、等物质。

挥发分本身对高炉冶炼无影响，但其含量的高低表明焦炭的结焦程度。

正常情况下，挥发分一般在0.7%—1.2％。

含量过高，说明焦炭的结焦程度差，生焦多，强度差；含量过低，则说明结焦程度过高，易碎。

因此焦炭挥发分高低将影响焦炭的产量和质量。

2.1.4水分
焦炭中的水分通常情况下都是在熄炭时加进去的，所以在量上会有所控制，通常为2%-6%。

焦炭中的水含量不会对高炉冶炼产生影响,但是一旦焦炭中的水含量增加，则会影响焦炭的质量，这样在以重量为准的人炉焦炭中则会影响焦炭的入炉量，从而引起炉温的波动，因此对焦炭中水分的测量时，可采用中子测水仪来进行。

2.2焦炭的物理性质
2.2.1机械强度
焦炭的机械强度是指焦炭的耐磨性和抗撞击能力。

它是焦炭的重要质量指标。

高炉冶炼要求焦炭的机械强度要高，否则，机械强度不好的焦炭，在转运过程中和高炉内下降过程中破裂产生大量的粉末，进入初渣，使炉渣的黏度增加，增加煤气阻力，造成炉况不顺。

目前我国一般用小转鼓测定焦炭强度，小转鼓强度只代表焦炭在常温下的强度，并不能代表焦炭在高炉内的实际强度。

鉴定焦炭在高温下的强度的方法有待于进一步研究。

2.2.2粒度均匀、粉末少对于焦炭粒度，既要求块度大小合适，又要求粒度均匀。

大型高炉焦炭粒度范围为20--60mm，中小高炉用焦炭，其粒度分别以20-40mm和大于15mm为宜,但这并不是一尘不变的标准。

高炉使用大量熔剂性烧结矿以来，矿石粒度普遍降低，焦炭和矿石
间的粒度差别扩大，这不利于料柱透气性，因此，有必要适当降低焦炭粒度，使之与矿石粒度相适应。

2.3焦炭的化学性质
焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。

燃烧性是指焦炭在一定温度下与氧反应生成的速度，即燃烧速度。

其反应式为：C+=反应性是指焦炭在一定温度下和作用生成CO 的速度。

反应式为：C+若这些反应速度快，则表明燃烧性和反应性好。

3 结语
(1)马钢2500m3高炉对焦炭的认识经历了由重视冷态性能到同时重视冷态性能和热态性能的转变，其经济技术指标的进步很大程度上归功于焦炭性能的改善。

(2)焦炭灰分和挥发分的控制，是保证焦炭性能的重要措施；马钢高炉的焦炭，其灰分控制在12％以下、挥发分控制在1．2％以下。

(3)要控制好焦炭水分，否则其影响相当于MlO增加。

(4)焦炭生产要稳定，焦炭成分及其性能的波动对高炉冶炼的影响也不可忽视。

参考文献：
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