宝钢炼焦配煤的技术进步
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第 39 卷 第 1 期 2004 年 1 月
钢 铁 IRON AND ST EEL
宝钢炼焦配煤的技术进步
V o l. 39, N o. 1 January 2004
胡德生 吴信慈 冒建军 曹 进
(宝山钢铁股份有限公司)
摘 要 宝钢投产 17 年来, 焦炭质量逐步提高, 满足了宝钢提高高炉喷吹煤粉量的要求, 确保了高炉顺行, 实 现最高喷吹煤粉量 261 kg t。从 1999 年以来, 连续年平均喷吹煤粉量稳定于 200 kg t。宝钢焦炭质量的提高, 主要依赖于宝钢炼焦配煤技术的进步。 关键词 炼焦配煤 焦炭质量 技术进步 ①
度、粘 结 指 数、挥 发
分、灰催化指数、总惰
性物含量。
5 开发配煤专家系统
总结宝钢优秀配煤专家所积累的经验和知识,
归纳宝钢多年来炼焦配煤的研究成果, 开发出具有
多项功能的炼焦配煤专家系统。 宝钢配煤专家系统
的研究和开发成功, 使宝钢的炼焦配煤技术迈上了
一个新的台阶。其主要功能有: 煤炭资源管理和煤炭
① 联系人: 胡德生, 高级工程师, 上海 (201900) 宝山钢铁股份有限公司技术中心 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
市场分析; 煤炭功能计价; 年度配煤方案制定; 煤炭
质量跟踪; 计划和日常配煤比制定; 焦炭在高炉中使
用跟踪; 煤场管理; 焦炭质量预测及模型校验。 帮助
管理人员顺利选择煤源, 保证和稳定高炉在大喷吹
条件下的焦炭质量, 优化配煤结构寻求最合理、成本
最低, 以取得最佳经济效益和最稳定的生产。
6 宝钢焦炭质量的提高
比。 优化模型:
目标函数: Co st (m in) = 2 (X i, C i) 约束条件:
焦炭灰分 A m in < F a (X i, A i, V i) < A m ax 焦炭的成焦率 K m in< F k (X i, V i) < K m ax 焦炭硫分 S m in < F S (X i, S i, A i, V i) < S m ax
宝钢炼焦配煤技术进步, 焦炭的质量从开工至 今有了很大改善, 顺利实现最高喷吹煤粉量 261 kg t, 并确保了从 1999 年以来, 连续年平均喷吹煤 粉量稳定于 200 kg t。 配煤矿点由开工初期八个矿
点扩大至几十个矿点, 炼焦煤资源也扩展到部分非 炼焦煤。 2 完善炼焦煤质量评价
炼焦煤是由多种有机物和无机矿物组成的复杂 混合物, 而炼焦过程反应又极其复杂。虽然评价炼焦 煤质量的方法很多, 但每项评价方法都只能反映炼 焦煤的一个侧面。到目前为止, 还无法用一两项参数 完整地表达炼焦煤的炼焦特性。 宝钢除常规煤质评 价参数外, 目前将灰成分和煤岩特性也作为炼焦煤 质量的重要评价参数。 2. 1 灰成分对焦炭热性能的影响
到 11. 3 % , 焦炭的热性能实现 CR I < 26% , CS R >
66
%
,D
I
150 15
指标首次突破
87
%
,
1997
年以后,
焦炭
的冷热强度得到进一步提高和改善。 确保宝钢高炉
顺利实现最大喷吹煤粉量达 261 kg t, 从 1999 年以
来, 连续年平均喷吹煤粉量稳定于 200 kg t。与世界
将炼焦配煤结构进行非线性优化, 建立炼焦配
煤结构优化方法。 将配煤结构优化作为数学规划问
题, 以配煤成本最低为规划目标 (根据需要可设定多
个目标) , 根据生产技术要求, 将焦炭质量指标作为
约束条件, 以单种煤质量指标、可供量、价格为基础,
根据焦炭质量与配煤质量关系, 求解非线性规划模
型, 计算出的单种煤配比, 即为配煤结构最优化的配
混煤是影响炼焦煤内在质量的重要因素, 常规 的煤质分析无法识别。 鉴别混煤的唯一方法是测定 其镜质组煤岩反射率分布。 1992 年, 宝钢从德国引 进了M PM 400 显微光度计, 并研究开发了混煤自动 分析技术, 可以准确测定混煤的煤种和比例[2], 严把 炼焦煤的质量关。使宝钢炼焦煤混煤从 1995 年以前 的 70 % 下降至目前的较低比例水平。
近期宝钢利用高灰度级的数字化摄象头, 结合 图象识别技术, 开发了数字化煤岩自动分析系统。实 现了煤岩特性的自动分析。煤岩分析数据准确可靠, 为煤岩配煤的应用提供了可靠的数据。 这一系统软 件的主窗口见图 1。根据煤岩特性, 用宝钢自己开发 的数学模型, 可直接计算出焦炭冷强度指数V CS I、 焦炭反应性指数 VR I 和焦炭反应后强度指数 V R S I。煤岩特性是炼焦煤炼焦特性的内在决定性因 素, 宝钢开发这三项参数, 将煤岩特性对焦炭冷热态 性能的影响进行了数量化。
焦炭冷强度 D
< I 150 15 m in
F di ( lo gM F , G , V d, T I ,
V
CS
I)
<
D
I 150 15 m ax
焦炭反应性 CR Im in< F cri ( lo gM F , G , V d, A C I ,
T I , V R I ) < CR Im ax 焦炭反应后强度 CS R m in < F csr ( lo gM F , G , V d,
第 1 期 胡德生等: 宝钢炼焦配煤的技术进步
源自文库
·11·
关系数学模型, 即: 焦炭冷强度指数 V CS I、焦炭反
应性指数 V R I 和焦炭反应后强度指数 V R S I。 以
V CS I、V R I 和 V R S I 为主输入参数, 以常规煤质指
标 V d、A C I、G、logM F 和 T I 为辅助输入参数, 建立 了焦炭冷强度 D I 15500、焦炭反应性 CR I 和焦炭反应 后强度 CS R 的多维预测数学模型。
1 前言 高炉炼铁工艺在相当长的时间内仍然是炼铁生
产的主流。高炉大型化、提高喷吹煤粉量是降低铁水 成本的重要方法。因此, 宝钢所建高炉都是4 000 m 3 以上的大容积高炉, 并且逐步提高喷吹煤粉量, 以求 达到最低的铁水成本。
随着高炉喷吹煤粉量的增加, 焦炭作为高炉发 热剂和还原剂的功能, 部分被喷吹煤粉所替代。焦炭 作为骨架, 保持炉内透气和透液的作用, 仍无法被喷 煤所替代, 而且随着喷吹煤粉量的增加, 焦炭的负荷 增大。宝钢炼焦配煤的指导思想是, 焦炭质量应与喷 吹煤粉水平同步提高, 确保焦炭质量满足高炉生产 要求。 同时, 不断提高炼焦配煤技术水平, 不断开发 新煤种和扩大炼焦煤资源, 降低生产成本。
在分析经典煤岩配煤不足的基础上, 对经典煤 岩配煤的方法进行了修正, 提出了全新煤岩配煤和 结构优化方法。 首先, 根据大量的炼焦试验结果, 应 用现代数学分析手段, 建立了煤岩特性 (镜质组反射 率分布) 与焦炭冷强度、反应性和反应后强度的定量
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
煤中长焰煤配比达 6 % , 贫瘦煤配比达 11 %。 (2) 不断开发新煤源 开工初期宝钢使用的 8 个矿点配煤方案, 是经
中日双方多次试验研究确定的。随着时间变化, 宝钢 焦炭产量的提高, 原先 8 个矿点的煤无法满足宝钢 生产要求, 迫使宝钢开发新煤源。 通过新煤源的开
发, 配煤结构优化, 炼焦煤源从开工初期的 8 个, 发 展到 50 多个, 目前生产中正常使用的为 20 多个。 4 修正煤岩配煤及结构优化
先进水平比较, 除焦炭灰分外, 基本处于世界一流或
领先水平 (表 2)。
表 1 1985 年～ 2001 年宝钢焦炭质量实绩
T ab le 1 B ao steel coke sp ecifica tion from 1985 to 2001
时间
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
由于宝钢炼焦配煤技术进步, 宝钢焦炭质量才
得以逐步改善和提高。 宝钢自 1985 年投产以来, 焦
炭质量可分三个阶段 (表 1)。1995 年以前, 焦炭的强
度、硫分与国际水平比较接近, 但灰分年均值一般在
11. 9 %～ 12. 5 % 波动, 与先进水平差距较大。1996
年是宝钢焦炭的转折阶段, 焦炭灰分从 12 % 左右降
A sh %
11. 9 12. 0 11. 9 12. 0 12. 5 12. 4 12. 2 12. 0 12. 1 12. 0 12. 1 11. 3 11. 5 11. 6 11. 3 11. 1 11. 2
A C I , T I , V R S I ) < CS R m ax 式中 Co st (m in) ——配煤成本计算模型,
是优化的目标函数;
X i, C i —— i 种煤的配比和成本;
A 、K 、S 、D I 11550、CR I、CS R —— 焦炭灰分、成焦率、全
硫分、冷强度、反应性
·10·
钢 铁 第 39 卷
热性能影响的数学模型。研究结果表明, 宝钢炼焦单 种煤间灰分差异, 是造成同品种煤焦炭热性能差异 大的主要原因, 揭示了宝钢所用炼焦煤中某些煤的 热性能特别好或特别差的内在原因[1]。 所以宝钢将 灰成分作为炼焦煤评价的一个新参数。 2. 2 煤岩特性分析与应用
鉴于以上两方面, 宝钢将煤岩特性作为炼焦煤 的重要评价参数。 3 扩大炼焦煤资源, 降低焦炭灰分
图 1 数字煤岩自动分析系统软件主窗口 F ig11 M a in w indow fo r d ig ita l coa l p etrog rap hy ana lysis system
(1) 提高弱粘煤和非炼焦煤配比 通过系统研究弱粘煤和非炼焦煤配煤技术, 配
TECHN ICAL PRO GRESS IN COAL BL END ING FO R CO K ING AT BAO STEEL
HU D esheng W U X inci M AO J ian jun CAO J in
(B ao shan Iron and Steel Co. , L td1) ABSTRACT D u ring la st 17 yea rs the coke qua lity ha s been im p roved step by step so tha t the m ax im um coa l in ject ion ra te ha s been 261 kg t and annua l average 200 kg t since 1999. T he coke qua lity im p rovem en t ba sed on the techn ica l p rog ress in coa l b lend ing is review ed b riefly and summ a rized. KEYWO RD S coa l b lend ing fo r cok ing; coke qua lity; techn ica l p rog ress
和反应后强度;
F a、F k、F S、F di、F cri、F csr —— 焦炭灰分、成焦率、全
硫分、冷强度、反应性
和反应后强度与配煤
质 量 关 系 数 学 模 型,
以上配煤的质量与单
种煤质量关系都有相
应的计算方法和数学
模型;
M F、G、V d、A C I、T I —— 煤 的 基 氏 最 大 流 动
通过在配煤中分别加入不同量的 Fe2O 3、CaO、 M gO、K2O、N a2O、S iO 2、A l2O 3、P 2O 5、T iO 2 改变灰成 分的炼焦试验和大量的模拟生产配煤的炼焦试验, 试验结果表明, 焦炭灰成分中 Fe2O 3、CaO、M gO 和 K2O、N a2O 等碱金属氧化物对焦炭热性能有不利影 响, 其他成分无明显影响。确立了适合宝钢煤源条件 的灰催化指数A C I 计算方法。建立了灰成分对焦炭
钢 铁 IRON AND ST EEL
宝钢炼焦配煤的技术进步
V o l. 39, N o. 1 January 2004
胡德生 吴信慈 冒建军 曹 进
(宝山钢铁股份有限公司)
摘 要 宝钢投产 17 年来, 焦炭质量逐步提高, 满足了宝钢提高高炉喷吹煤粉量的要求, 确保了高炉顺行, 实 现最高喷吹煤粉量 261 kg t。从 1999 年以来, 连续年平均喷吹煤粉量稳定于 200 kg t。宝钢焦炭质量的提高, 主要依赖于宝钢炼焦配煤技术的进步。 关键词 炼焦配煤 焦炭质量 技术进步 ①
度、粘 结 指 数、挥 发
分、灰催化指数、总惰
性物含量。
5 开发配煤专家系统
总结宝钢优秀配煤专家所积累的经验和知识,
归纳宝钢多年来炼焦配煤的研究成果, 开发出具有
多项功能的炼焦配煤专家系统。 宝钢配煤专家系统
的研究和开发成功, 使宝钢的炼焦配煤技术迈上了
一个新的台阶。其主要功能有: 煤炭资源管理和煤炭
① 联系人: 胡德生, 高级工程师, 上海 (201900) 宝山钢铁股份有限公司技术中心 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
市场分析; 煤炭功能计价; 年度配煤方案制定; 煤炭
质量跟踪; 计划和日常配煤比制定; 焦炭在高炉中使
用跟踪; 煤场管理; 焦炭质量预测及模型校验。 帮助
管理人员顺利选择煤源, 保证和稳定高炉在大喷吹
条件下的焦炭质量, 优化配煤结构寻求最合理、成本
最低, 以取得最佳经济效益和最稳定的生产。
6 宝钢焦炭质量的提高
比。 优化模型:
目标函数: Co st (m in) = 2 (X i, C i) 约束条件:
焦炭灰分 A m in < F a (X i, A i, V i) < A m ax 焦炭的成焦率 K m in< F k (X i, V i) < K m ax 焦炭硫分 S m in < F S (X i, S i, A i, V i) < S m ax
宝钢炼焦配煤技术进步, 焦炭的质量从开工至 今有了很大改善, 顺利实现最高喷吹煤粉量 261 kg t, 并确保了从 1999 年以来, 连续年平均喷吹煤 粉量稳定于 200 kg t。 配煤矿点由开工初期八个矿
点扩大至几十个矿点, 炼焦煤资源也扩展到部分非 炼焦煤。 2 完善炼焦煤质量评价
炼焦煤是由多种有机物和无机矿物组成的复杂 混合物, 而炼焦过程反应又极其复杂。虽然评价炼焦 煤质量的方法很多, 但每项评价方法都只能反映炼 焦煤的一个侧面。到目前为止, 还无法用一两项参数 完整地表达炼焦煤的炼焦特性。 宝钢除常规煤质评 价参数外, 目前将灰成分和煤岩特性也作为炼焦煤 质量的重要评价参数。 2. 1 灰成分对焦炭热性能的影响
到 11. 3 % , 焦炭的热性能实现 CR I < 26% , CS R >
66
%
,D
I
150 15
指标首次突破
87
%
,
1997
年以后,
焦炭
的冷热强度得到进一步提高和改善。 确保宝钢高炉
顺利实现最大喷吹煤粉量达 261 kg t, 从 1999 年以
来, 连续年平均喷吹煤粉量稳定于 200 kg t。与世界
将炼焦配煤结构进行非线性优化, 建立炼焦配
煤结构优化方法。 将配煤结构优化作为数学规划问
题, 以配煤成本最低为规划目标 (根据需要可设定多
个目标) , 根据生产技术要求, 将焦炭质量指标作为
约束条件, 以单种煤质量指标、可供量、价格为基础,
根据焦炭质量与配煤质量关系, 求解非线性规划模
型, 计算出的单种煤配比, 即为配煤结构最优化的配
混煤是影响炼焦煤内在质量的重要因素, 常规 的煤质分析无法识别。 鉴别混煤的唯一方法是测定 其镜质组煤岩反射率分布。 1992 年, 宝钢从德国引 进了M PM 400 显微光度计, 并研究开发了混煤自动 分析技术, 可以准确测定混煤的煤种和比例[2], 严把 炼焦煤的质量关。使宝钢炼焦煤混煤从 1995 年以前 的 70 % 下降至目前的较低比例水平。
近期宝钢利用高灰度级的数字化摄象头, 结合 图象识别技术, 开发了数字化煤岩自动分析系统。实 现了煤岩特性的自动分析。煤岩分析数据准确可靠, 为煤岩配煤的应用提供了可靠的数据。 这一系统软 件的主窗口见图 1。根据煤岩特性, 用宝钢自己开发 的数学模型, 可直接计算出焦炭冷强度指数V CS I、 焦炭反应性指数 VR I 和焦炭反应后强度指数 V R S I。煤岩特性是炼焦煤炼焦特性的内在决定性因 素, 宝钢开发这三项参数, 将煤岩特性对焦炭冷热态 性能的影响进行了数量化。
焦炭冷强度 D
< I 150 15 m in
F di ( lo gM F , G , V d, T I ,
V
CS
I)
<
D
I 150 15 m ax
焦炭反应性 CR Im in< F cri ( lo gM F , G , V d, A C I ,
T I , V R I ) < CR Im ax 焦炭反应后强度 CS R m in < F csr ( lo gM F , G , V d,
第 1 期 胡德生等: 宝钢炼焦配煤的技术进步
源自文库
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关系数学模型, 即: 焦炭冷强度指数 V CS I、焦炭反
应性指数 V R I 和焦炭反应后强度指数 V R S I。 以
V CS I、V R I 和 V R S I 为主输入参数, 以常规煤质指
标 V d、A C I、G、logM F 和 T I 为辅助输入参数, 建立 了焦炭冷强度 D I 15500、焦炭反应性 CR I 和焦炭反应 后强度 CS R 的多维预测数学模型。
1 前言 高炉炼铁工艺在相当长的时间内仍然是炼铁生
产的主流。高炉大型化、提高喷吹煤粉量是降低铁水 成本的重要方法。因此, 宝钢所建高炉都是4 000 m 3 以上的大容积高炉, 并且逐步提高喷吹煤粉量, 以求 达到最低的铁水成本。
随着高炉喷吹煤粉量的增加, 焦炭作为高炉发 热剂和还原剂的功能, 部分被喷吹煤粉所替代。焦炭 作为骨架, 保持炉内透气和透液的作用, 仍无法被喷 煤所替代, 而且随着喷吹煤粉量的增加, 焦炭的负荷 增大。宝钢炼焦配煤的指导思想是, 焦炭质量应与喷 吹煤粉水平同步提高, 确保焦炭质量满足高炉生产 要求。 同时, 不断提高炼焦配煤技术水平, 不断开发 新煤种和扩大炼焦煤资源, 降低生产成本。
在分析经典煤岩配煤不足的基础上, 对经典煤 岩配煤的方法进行了修正, 提出了全新煤岩配煤和 结构优化方法。 首先, 根据大量的炼焦试验结果, 应 用现代数学分析手段, 建立了煤岩特性 (镜质组反射 率分布) 与焦炭冷强度、反应性和反应后强度的定量
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
煤中长焰煤配比达 6 % , 贫瘦煤配比达 11 %。 (2) 不断开发新煤源 开工初期宝钢使用的 8 个矿点配煤方案, 是经
中日双方多次试验研究确定的。随着时间变化, 宝钢 焦炭产量的提高, 原先 8 个矿点的煤无法满足宝钢 生产要求, 迫使宝钢开发新煤源。 通过新煤源的开
发, 配煤结构优化, 炼焦煤源从开工初期的 8 个, 发 展到 50 多个, 目前生产中正常使用的为 20 多个。 4 修正煤岩配煤及结构优化
先进水平比较, 除焦炭灰分外, 基本处于世界一流或
领先水平 (表 2)。
表 1 1985 年～ 2001 年宝钢焦炭质量实绩
T ab le 1 B ao steel coke sp ecifica tion from 1985 to 2001
时间
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
由于宝钢炼焦配煤技术进步, 宝钢焦炭质量才
得以逐步改善和提高。 宝钢自 1985 年投产以来, 焦
炭质量可分三个阶段 (表 1)。1995 年以前, 焦炭的强
度、硫分与国际水平比较接近, 但灰分年均值一般在
11. 9 %～ 12. 5 % 波动, 与先进水平差距较大。1996
年是宝钢焦炭的转折阶段, 焦炭灰分从 12 % 左右降
A sh %
11. 9 12. 0 11. 9 12. 0 12. 5 12. 4 12. 2 12. 0 12. 1 12. 0 12. 1 11. 3 11. 5 11. 6 11. 3 11. 1 11. 2
A C I , T I , V R S I ) < CS R m ax 式中 Co st (m in) ——配煤成本计算模型,
是优化的目标函数;
X i, C i —— i 种煤的配比和成本;
A 、K 、S 、D I 11550、CR I、CS R —— 焦炭灰分、成焦率、全
硫分、冷强度、反应性
·10·
钢 铁 第 39 卷
热性能影响的数学模型。研究结果表明, 宝钢炼焦单 种煤间灰分差异, 是造成同品种煤焦炭热性能差异 大的主要原因, 揭示了宝钢所用炼焦煤中某些煤的 热性能特别好或特别差的内在原因[1]。 所以宝钢将 灰成分作为炼焦煤评价的一个新参数。 2. 2 煤岩特性分析与应用
鉴于以上两方面, 宝钢将煤岩特性作为炼焦煤 的重要评价参数。 3 扩大炼焦煤资源, 降低焦炭灰分
图 1 数字煤岩自动分析系统软件主窗口 F ig11 M a in w indow fo r d ig ita l coa l p etrog rap hy ana lysis system
(1) 提高弱粘煤和非炼焦煤配比 通过系统研究弱粘煤和非炼焦煤配煤技术, 配
TECHN ICAL PRO GRESS IN COAL BL END ING FO R CO K ING AT BAO STEEL
HU D esheng W U X inci M AO J ian jun CAO J in
(B ao shan Iron and Steel Co. , L td1) ABSTRACT D u ring la st 17 yea rs the coke qua lity ha s been im p roved step by step so tha t the m ax im um coa l in ject ion ra te ha s been 261 kg t and annua l average 200 kg t since 1999. T he coke qua lity im p rovem en t ba sed on the techn ica l p rog ress in coa l b lend ing is review ed b riefly and summ a rized. KEYWO RD S coa l b lend ing fo r cok ing; coke qua lity; techn ica l p rog ress
和反应后强度;
F a、F k、F S、F di、F cri、F csr —— 焦炭灰分、成焦率、全
硫分、冷强度、反应性
和反应后强度与配煤
质 量 关 系 数 学 模 型,
以上配煤的质量与单
种煤质量关系都有相
应的计算方法和数学
模型;
M F、G、V d、A C I、T I —— 煤 的 基 氏 最 大 流 动
通过在配煤中分别加入不同量的 Fe2O 3、CaO、 M gO、K2O、N a2O、S iO 2、A l2O 3、P 2O 5、T iO 2 改变灰成 分的炼焦试验和大量的模拟生产配煤的炼焦试验, 试验结果表明, 焦炭灰成分中 Fe2O 3、CaO、M gO 和 K2O、N a2O 等碱金属氧化物对焦炭热性能有不利影 响, 其他成分无明显影响。确立了适合宝钢煤源条件 的灰催化指数A C I 计算方法。建立了灰成分对焦炭