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6．25米捣固焦炉焦炭质量影响因素的探讨研究

唐勇，王建明

(攀钢集团西昌钢钒有限公司煤化工厂，四川 西昌 615012)

摘 要：本文结合6．25m捣固焦炉的现状，通过数理统计、分析、计算比较，找出6．25m捣固焦炉焦炭质量的影响因素，为指导实际生产具有一定的现实意义。

关 键 词：捣固焦炉；焦炭质量；影响因素

1 前言

攀钢西昌6.25m捣固焦炉于2011年10月投产，投产初期，配合煤质量不尽理想，焦炭质量波动较大。焦炭质量指标与来煤质量、配合煤配比、配煤精度、设备、生产操作都密切相关。应根据具体情况控制影响焦炭质量的因素。因此研究捣固焦炉焦炭质量的影响因素，对提高捣固焦炉焦炭质量至关重要。

2 焦炭质量指标

2．1 水分

焦炭在水熄焦塔内熄焦过程中吸收的水分，还有部分是红焦在凉焦台上二次补水吸收的水分。焦炭水分的高低对高炉生产的能耗、产量有直接影响。水熄焦水分单个样≤4%，全天平均样≤3．0%

2．2 灰分

配合煤在炼焦过程中转化而来，它主要是由洗精煤中的原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质构成。灰分高低直接影响焦炭的转鼓强度、热反应性、反应后强度。焦炭灰分高低对高炉生产利用系数有直接关系。我厂配合煤灰分控制在≤9.8%，一级焦炭质量灰分≤13.0%。

2．3 挥发分

挥发分高，煤气发生量和化学产品的产率高，但多数情况下，挥发份过高结焦性减弱，焦炭的裂纹多，抗碎强度低。焦炭强度大小对高炉正常生产和产量有直接影响。一般要求配合煤挥发份控制在32%以下，以保证得到强度较大的焦炭，一般大、中型焦化厂的挥发份控制在28%～32%之间。我厂配合煤挥发份控制在27%左右。

2．4 硫分

煤中的硫分有60%～70%转入焦炭。因配合煤的成焦率是70%～80%，故焦炭硫分约为配合煤硫分的80%～90%。焦炭含硫不超过1%。硫是生铁冶炼的有害杂质之一，焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产，硫分偏高会使焦炭、石灰石、矿石用量增加，高炉产量降低。因此我厂配合煤硫分≤0.60%，一级焦炭质量硫分≤0.65%。

2．5 CRI和CSR

焦炭的热反应性和反应后强度，对高炉生产效率有至关重要的影响。而配合煤的灰分和挥发分过高，焦炭的热反应性和反应后强度变坏，而硫分的存在能抑制焦炭的CO2反应性，随着硫含量增加反应后强度有所提高。因此我厂配合煤挥发分控制在27%左右，硫分控制在0.60%左右。

2．6 M40

代表抗碎强度;M10代表耐磨强度。提高炼焦最终温度与延长闷炉时间，可以提高耐磨强度，但会使抗碎强度有所降低。焦炭的冷强度对炼铁生产顺行产量有直接影响。我厂一级焦炭质量M40≥90.0%，M10≤5.5%。

3 单种煤、配合煤质量对焦炭质量的影响

西昌钢钒6.25m捣固焦炉投产8个月后，对单种煤、配合煤质量以及焦炭质量进行数理统计、计算，对比分析如下:

3．1 灰分对配合煤及焦炭的影响

按加和性原则进行计算、分析可以发现以下关系，由于新开工生产单种煤的灰分不稳定且偏高，而单种煤灰分偏高会造成配合煤灰分偏高。

A配煤=A单煤×P配比+n2+n3…

式中A配煤———配合煤的灰分，%;

A单煤———单种煤的灰分，%;

P配比———单种煤的配比，%。

A配煤=12.1×15%+9.88×10%+9.77×15%+10.76×27%

+11.2×5%+10.54×3%+10.54×25%=10.67%

而配合煤中要求的灰分≤13%，而实际配合煤中的灰分达到13.5%，超出规定标准0.5%，由于配合煤中的灰分在炼焦过程中会全部转如焦炭，按加和性原则计算也可以发现理论计算焦炭的灰分也会超标:

例如:配合煤中的灰分10.56%，挥发分26.72%，焦炭的挥发分1.98%，计算焦炭灰分?

A煤=KA焦%

式中A煤———煤的灰分，%;

A焦———焦炭的灰分，%;

K———全焦率，%。

K=(1－V煤)/(1－V焦)×100%=(1－26.72%)/(1－1.98%)×100%=74.7%

A焦=A煤/K=10.56%/74.7%=14.1%

通过计算还可以发现配合煤中灰分偏高，的确会造成焦炭中灰分超标。

生产20多天后按加和性原则计算单种煤、配合煤灰分可以看出，由于单种煤的灰分下降，配合煤灰分下降0.45%，焦炭灰分下降0.6%。

A配煤=A单煤×P配比+n2+n3…

式中A配煤———配合煤的灰分，%;

A单煤———单种煤的灰分，%;

P配比———单种煤的配比，%。

A配煤=10.57×15%+9.81×25%+9.86×17%+11×5%+10.3×10%+10.48×28%=10.22%

配合煤灰分按加和性原则计算结果为10.22%，比开工生产的前一周下降了0.45%，通过表7按加和性原则计算发现焦炭理论灰分下降了0.60%，焦炭实际灰分也下降了0.23%。配合煤中的灰分10.11%，挥发分26.14%，焦炭的挥发分1.32%，计算焦炭灰分A煤=KA焦%

式中A煤、A焦———煤、焦的灰分，%;

K———全焦率，%。

K=(1－V煤)/(1－V焦)×100%=(1－26.14%)/(1－1.32%)×100%=74.8%A焦=A煤/K=10.11%/74.8%=13.5%

生产2个月后对比单种煤、配合煤灰分质量可以看出，由于单种煤的灰分下降，配合煤的理论灰分下降0.21%，实际灰分下降0.36%，焦炭灰分进一步降低。A配煤= A单煤×P配比+n2+n3…

式中A配煤———配合煤的灰分，%;

A单煤———单种煤的灰分，%;

P配比———单种煤的配比，%。

A配煤=10.51×25%+9.1×20%+10.2×20%+10.67×5%+9.96×30%=10.01%

比较开工生产2个月:由于配合煤灰分按加和性原则计算为10.01%，下降了0.21%，对比发现焦炭实际灰分也下降了0.2%。

3．2 配合煤G值对焦炭质量的影响

配合煤的粘结性指数G值降低，对炼焦过程中的结焦性有一定影响，从而影响焦炭质量，期间M40平均值88.06，M10平均值6.3，比前后几个月的平均质量都差，CRI平均值31. 2，高于2～6月的平均值，CSR平均值59.32，低于2～6月的平均值。通过分析发现配合煤G值对焦炭有较大影响。

3．3 硫分对配合煤及焦炭的影响

煤中的硫分有60%～70%转入焦炭。因配合煤的成焦率是70%～80%，所以焦炭硫分约为配合煤的80%～90%。一级焦炭含硫不超过0.65%。因此配合煤硫分因应控制在0.67%以下。

如配合煤挥发分28%，焦炭的挥发分1.1%，煤中硫分转入焦炭的转化率65%，一级焦炭含硫≤0.65%，计算配合煤的硫分。

设配合煤的硫分为X。

全焦率K=(1－配合煤挥发份)/(1－焦炭挥发份)×100%

=(1－28%)/(1－1．1%)×100%=72．8%

S焦=S煤×△S/KS焦=△SX/K

70%X=0．65%×72．8%

X=0．4732% /70%

=0．676%

从2011年10月24日至2012年6月17日的西昌钢钒煤化工厂中可以分析得出:配合煤硫分≥0.67%时，焦炭硫分就会≥0.65%，因此配合煤硫分应该控制≤0.67%以下，保证焦炭硫分质量达到一级标准≤0.65%。

3．4 配合煤挥发分对焦炭的影响

通过分析可以发现:24组平均数据中，配合煤挥发分≤27.61%的有5组占20.8%，焦炭质量M40、M10、CRI、CSR全部达到一级标准。配合煤挥发分≥27.62%的有19组占79.2%，其中焦炭质量M40、M10、CRI、CSR全部达到一级标准有2组占10.5%;焦炭质量M40、M10、CRI、CSR按个数统计低于一级标准的有50%的;2个指标同时低于焦炭一级标准的有12组占31.6%;3个指标同时低于焦炭一级标准的有5组占26.3%;四个指标同时低于焦炭一级标准的有三组占15.7%;按230天统计，1个指标以上低于焦炭一级标准的占64.7%。在其它因素暂不考虑的情况下，配合煤的挥发份偏高，煤气发生量和化学产品的产率升高，但多数情况下，挥发分偏高结焦性减弱，焦炭的裂纹多。造成焦炭的抗碎强度、耐磨强度下降，热反应性和反应后强度变坏。所以配合煤的挥发份≥27.62%时，对焦炭的抗碎强度、耐磨强度，热反应性和反应后强度影响较大。

4 其它影响因素分析

4．1 熄焦方式对焦炭质量的影响

6 月份干熄焦投产后对焦炭质量有明显改善。首先红焦在干熄焦炉内通过闷炉，可以改善耐磨强度。而红焦在水熄焦塔内，水对红焦炭急剧冷却，会降低焦炭的抗碎强度。其次通过干熄焦系统缓慢对焦炭降温，焦炭的热反应性指标也得到改善。通过测定对比发现:干熄焦的平均水分0.5%，比水熄焦低1.9%; M40平均为92.7%，提高1.6%;M10平均3.7%，降低了0.2%;CRI平均27. 9%，降低1.6%;CSR平均63.8%，提高1.8%。

4．2 加热制度的影响

焦炉应严格执行加热制度。并根据焦炭质量要求，装煤量、水分变化及时调整。以保证焦炭均匀成熟。成熟度也是影响焦炭质量的重要因素，因此合理的加热制度对焦炭质量至关重要。

4．3 加热均匀性

焦炉加热均匀有利于焦炭成熟均匀，主要与煤气种类、煤饼高度、空气过剩系数等因素有关。焦侧炉头焦炭发黑，收缩缝不明显，焦炭质量差。

捣固焦炉投产后，采用焦炉煤气进行加热，不利于高向加热。煤饼高度设计与炭化室顶部空间高度、加热水平及装入煤炼焦时产生的垂直收缩量有关。煤饼高度增大，炭化室顶部空间变小，不利于荒煤气的外排同时会降低炉顶空间温度，不利于高向加热。

空气过剩系数、看火孔压力、烟道吸力等热工参数及炉体密封性，对焦炉的高向、横向加热均匀性起到很重要的作用，加热均匀性好则不同部位的焦炭成熟才均匀。

煤料在层状结焦过程中，胶质层膨胀收缩，若加热均匀性差，则不同部位煤料温度不同，产生的膨胀压力不同，对焦炭质量有影响。

4．4 结焦时间变化频繁

实际生产过程中，调整结焦时间，或者因设备故障、煤饼倒塌或生产管理等因素造成结焦时间变化频繁，导致温度调节不及时，焦炭成熟变差，会造成焦炭质量波动。可以发现:12月26日至1月2日。1月26日至2月1日，在两轮次连续调整结焦时间后，两三天后生产出来的焦炭，可以看出对焦炭成熟度产生了明显的影响，焦炭挥发分≥1.20%出现较多。对部分M40、M10产生了影响，对部分热反应性和反应后强度也产生了影响。

4．5 设备因素

(1) 电子秤自动配煤系统的精度对配合煤质量影响较大，配合煤质量波动过大对焦炭质量有较大影响。因此每班在配煤前必须对自动配煤的电子秤进行校核、去皮，确保配煤精度。

(2) 储配煤槽下料不均，时大、时小，下料口卡杂物、堵塞，对配合煤质量影响较大，配合煤质量波动过大对焦炭质量有较大影响。

(3) SCP 机自动对位系统误差对焦炭质量影响较大，若装煤对位精度低，则煤饼与两墙间隙不均匀，两墙之间的焦炭成熟度不同，收缩缝不均匀，对焦炭质量有较大影响。

(4) 机械设备故障率高，易造成煤饼局部倒塌，影响焦炉生产的稳定性; 捣固煤饼高度误差大，温度调节不及时，焦炭成熟度差，均会影响焦炭质量。

4．6 生产操作

(1) 电机车司机在水熄焦过程中若未严格执行熄焦打水时间和控水时间，会造成焦炭水分超标，或者红焦过多，影响焦炭质量。

(2) 凉焦台岗位人员，对熄焦车卸下来的焦炭若未按要求凉焦 30 min，有红焦时，二次补水过多，会造成焦炭水分超标，影响焦炭质量。

4．7 焦炉砌筑及用砖质量。

砌筑过程灰缝不饱满，投产后炉墙窜漏较多，造成炉墙温度不均匀，温度的均匀性对炉体均匀膨胀有重要影响，对焦炭均匀成熟有影响。

5 结论

(1) 6.25m捣固焦炉的配合煤质量对焦炭质量影响较大。

(2) 单种煤、配合煤质量对焦炭质量影响较大。

(3) 熄焦方式对焦炭质量影响较大。

(4) 焦炉加热制度、均匀性对焦炭质量影响较大。

(5) 结焦时间频繁变化对焦炭质量影响较大。

(6) 电子秤精确配煤对焦炭质量有影响。

(7) 机械设备对焦炭质量有影响。

(8) 岗位人员的操作水平及责任心对焦炭质量有影响。

参 考 文 献

［1］   杨天旺，杨槐．煤化工厂生产技术技能培训教材上册．攀新内资(临2006)字第202号．

［2］   王福先，刘永新，梁英华．焦炭热性质的影响因素分析．

［3］   姚昭彰，郑明东．炼焦学．冶金工业出版社，2005．9．

［4］   西昌钢钒煤化工厂．生产调度日报表．2011．10—2012．7．23·