摘要 随着高炉的大型化和高喷煤低焦比操作，对焦炭的质量要求逐步提高，从炼焦工艺分析，目前提高焦炭焦炭质量的工艺手段主要有成型煤、煤调湿、分组粉碎、火落管理和干熄焦等，从未来发展趋势来看需要进一步提高工艺手段提高焦炭质量的针对性和有效性。

关键词  焦炭质量  成型煤  火落管理  干熄焦

1     大型高炉对焦炭质量要求

    高炉大型化已经成为炼铁生产的趋势，生产实践证明，高炉大型化具有生产效率高、降低消耗、节约人力资源、提高铁水质量、减少环境污染等突出优点。目前新日铁大分厂2^＃高炉在扩容后内容积达到5775m³，成为世界第一的高炉。另一方面，高炉的高喷煤比低焦比操作发展迅速。在满足高炉操业的条件下，尽量多喷吹煤粉替代焦炭使用，可以达到少建焦炉、减少污染和降低铁水生产成本的效果。

    宝钢目前投用的高炉均为4000 m³以上的大高炉。多年以来，宝钢各座高炉通过对现有喷煤系统设备的技术改造和操作参数的调整，使得高炉喷煤指标不断被刷新，如表l所示，并在1999年9月创造了喷煤比260．6 Kg／t的最高记录，在高产能(高炉利用系数为2．201t／d·m³)下取得这一记录更具有重要意义，为世界同行所瞩目，使“焦比250Kg／t，喷煤比250Kg／t”的目标在我国首次得到实现。

    国内外高炉生产实践证明，高炉越大，喷煤比越高，对焦炭的质量要求越高，原因在于：高煤比低焦比的操作导致矿焦比的上升，焦炭在高炉内的停留时间延长，使得焦炭在高炉内软融带和滴落带的骨架支撑作用进一步突出。如果采用质量较差的焦炭，则焦炭溶损加快，粉化溃裂加剧，焦炭块度变小显著，使得高炉的透气性变差，最终影响高炉顺行。因此近年来大高炉对焦炭的质量要求渐趋提高，包括焦炭的化学组成及机械物理性能等都有较为严格的要求。

    宝钢炼焦生产的指导思想是以满足高炉大喷吹对焦炭质量的需求为中心，不断改进配煤技术和工艺条件，强调焦炭质量与喷吹水平同步提高，相互匹配。1998年以来宝钢焦炭质量与高炉喷煤比的变化见图1。1998年高炉喷煤量达到172kg并逐步开始提高，而同时焦炭质量指标稳定在以下区间：灰份1l～12％，CRI23～25％，CSR 68～7l％，DI¹⁵⁰₁₅87～89％。1999～2002四年间高炉喷煤量最大，超过了≥203kg／t一铁，对应的焦炭质量也最好，焦炭灰份≤11．30%，CRI≤24．10％，CRI≥70．4％，DI¹⁵⁰₁₅≥87．8％。因此宝钢的优质冶金焦是确保高炉大喷吹的前提条件。

    在高喷煤(>170 kg／t)条件下，不同喷煤比，即使焦炭强度DI¹⁵⁰₁₅大于87．5 %，CRI 22～25．5％，CSR 68～72％这样的焦炭，到达高炉风口区后的块度变化存在较大差异。实践证明，随着高炉喷煤比的提高，焦炭在高炉内的粒度降解呈现规律性增大趋势，因而对焦炭的冷热强度及块度提出更高的要求。在高喷煤(喷煤水平215kg／t以上)条件下，CRI应<25 %，理想状态应为22～24％，CSR应>68 %，理想状态应为69～72％，DI¹⁵⁰₁₅需大于87 %，理想状态应>87．5％，M₁₀应<6．5％，理想状态应<6．0％。

2  提高焦炭质量的关键技术

    宝钢炼焦工艺中采用了煤炭预破碎工艺、成型煤工艺、焦炉火落管理及干熄焦工艺等，这为满足高炉大喷吹生产所需要的焦炭质量起到了重要的作用。

    煤炭预处理技术主要有：分组粉碎、成型煤、煤调湿和煤预热等技术。目前应用较广泛的是分组粉碎、成型煤和煤调湿技术。焦炉操作主要有采用捣固焦炉、焦炉大型化及火落管理法等。焦炭后处理主要是低水分熄焦和干熄焦等技术。

2．1分组粉碎技术对焦炭质量的影响

    炼焦煤料适宜的细度是提高焦炭质量的重要保证。当配合煤粉碎细度过粗，或者均匀程度不够，对焦炭质量将产生很大影响，如图2是配合煤的粉碎细度与焦炭质量的关系。

    从图2中可以看出，配合煤粉碎细度低于3mm粒级的含量从50 %提高到85 %时，焦炭DI¹⁵⁰₁₅提高约15％，焦炭CSR提高约20％，热反应性CRI将改善l0％。而当煤中低于3mm粒级的含量超过82％时，配合煤粉碎细度对焦炭冷热强度影响将变得不明显。宝钢炼焦采用预破碎和二次粉碎的方式，不仅可以消除各煤种之间粉碎性能差异对粉碎结果的影响，而且可以解决惰性物含量高的煤需要细粉碎等问题。具体是根据需要将原料煤按照粉碎难易程度及惰性物组份的不同分为两组进行粉碎。宝钢单个配煤比一般使用8～10个煤种，通常将易粉碎的焦煤、肥煤和难粉碎的气煤、瘦煤等大致分为两组进行粉碎。

    预破碎中，单种炼焦煤在送往配煤槽前，先将块度大、难粉碎的煤(约占50％)进行预粉碎，粉碎细度达到3mm以下不小于60 %；配合好的煤料再经二次粉碎机达到粉碎要求，通常细度控制在一3mm在85±2％以内。由于采用了可逆可调速带反击板的锤式粉碎机，细度控制较好，可以达到预期的粉碎细度。粉碎细度稳定，粒度组成合理，一般+10mm小于2．5%，十6mm小于8％，一0．3mm小于25％。   

2．2成型煤技术对焦炭质量的影响   

    炼焦人炉煤的堆积密度越高，焦炭越致密，强度越好。成型煤技术是将加压成形的成型煤块与粉煤按一定比例配合以提高人炉煤堆积密度、改善炼焦煤粘结性的一项技术。作为一项提高焦炭质量的技术，目前。日本JFE的京滨厂、福山厂以及中国宝钢在使用此项技术。   

    配入成型煤可以明显提高入炉煤堆积密度，100%粉煤的堆密度约为0．72t／m³，配入15%成型煤，装炉  堆密度约提高为0．740 t／m³。成型煤对焦炭质量的。影响与配煤质量的基础水平、型煤配入比例、粘结剂添。加比例等因素有关。如表2为三组配煤方案在配人  30%成型煤与不配成型煤情况下小焦炉试验焦炭质量的变化情况。

    从表2中可以看出，在强粘比为65％的配煤结构中，配人成型煤对焦炭质量影响不明显，并且因成型煤的配人，导致焦炭块度降低，因此使M40指标出现下降。在强粘比低于50％，配合煤粘结性不足时，成型煤的配人对焦炭质量改善作用较为明显，DI¹⁵⁰₁₅可以提高2—4％，CSR提高5—7％，CRI改善2—4％。

    宝钢的生产实践也说明，配合煤的粘结性越好，成型煤对焦炭质量的提升越不明显。开工初期，由于配煤条件较差，因此配入型煤后改善焦炭冷热强度较显著；而从1999．1～2000．6一二期焦炉停配型煤前后对比发现，对焦炭质量改善较有限(表3)。原因是这一阶段配煤质量较好。

    此外，成型煤的配入比例，对焦炭质量的影响，可以用图3所示的规律来反映。也就是说，在配合煤奥亚膨胀度超过40％时，成型煤配入比例超过15％，对焦炭质量的改善作用已不明显。配合煤粘结性越差，成型煤配人比例的增加对焦炭质量的改善作用越明显，其中15％成型煤相当于3％强粘煤的效果。

    根据近三四年来炼焦煤资源现状分析，焦煤和肥煤质量下降明显，表现为粘结性变差，灰份上升；同时优质炼焦煤资源日趋紧缺，这对焦炭质量的提高构成了较大的影响。如果采用成型煤工艺，多配入低灰份的粘结性稍差的煤种，则有利于焦炭降灰并保持强度。因此从长远来看，在优质焦、肥煤可供资源量有限且比例在进一步下降的形势下，成型煤工艺仍然是提高焦炭质量较为可靠的技术手段之一。

2．3焦炉火落管理技术

    焦炉的热工管理是影响焦炭质量的关键因素之一。目前国内焦炉多采用炉温管理方式的热工工艺技术，主要特点是以产品的生产条件作为管理对象。宝钢采用的是“火落管理”方法，即以产品的质量为管理对象的工艺技术。

    焦炉火落管理是以“目标火落时间”为基准，将炼焦时间分为两段，即从装煤结束到到达“火落”时刻的“火落时间”，及从“火落”时刻至推焦的“置时间”。发生“火落”现象是焦炭基本成熟的标志，可以通过观察荒煤气颜色等方法进行判定。因此，焦炉“火落”管理的技术关键是，在一定周转时间内对“置时间”的合理控制。“置时间’’控制过短，将导致生焦，从而对焦炭冷热强度造成严重影响；“置时间”控制过长，将造成焦炭过火，影响焦炭的粒度及推焦作业的稳定顺行。焦炉“置时间”与周转时间关系如图4所示。

    为提高焦炉加热“置时间”的控制精度，宝钢对火落时间采用一R控制图进行管理，将每一班的平均火落时间与目标火落时间的差异控制在土10分钟之内，而班内各炉之间的火落时间R(极差)小于60分钟。为保证焦炭质量，原则上焦炉的置时间不小于2小时。

      在焦炉生产上采用火落管理，可以使DI¹⁵⁰₁₅。提高0．5 %，M₄₀提高1％，M₁₀降低0．4％。

    随着焦炉仪表自动化程度的提高，已可以实现火落的自动判定。通过在线测量桥管部位荒煤气温度的变化趋势来判定火落，如图5所示，通过自动判定与人工预判相结合，大大提高了火落判断的精度，并进一步完善了火落判定的功能。

2．4干熄焦技术

2．4．1  干熄焦与湿熄焦对焦炭质量的影响对比情况

    干法熄焦与湿法熄焦的焦炭质量相比有明显提高。这是由于焦炭在干熄过程中缓慢冷却，降低了内部热应力，网状裂纹减少，气孔率也较湿熄焦低，因而机械强度提高，真密度增大。此外，干熄焦过程不发生水煤气反应，焦炭表面有球状组织覆盖，内部闭气孔多，故耐磨强度改善，反应性降低。干熄过程中，因料层相对运动增加了焦块间的相互摩擦和碰撞，使大块焦炭中的裂纹提前开裂，起到了焦炭的整粒作用，故块度的均匀性提高，焦炭平均粒度降低。

干熄焦工艺改善焦炭质量的幅度与焦炭质量的水平有很大关系，原焦炭质量越好，则改善的幅度越小。表4是宝钢常规配煤条件下采用干熄焦所得的焦炭质量(实绩)和对应的湿熄焦焦炭质量(测算)的对比。由表可见，干熄焦焦炭质量对比湿熄焦焦炭一般DI¹⁵⁰₁₅提高1～2％，M₄₀上升2～5％，M₁₀改善0．5～1．5%，CRI降低1．5～3．0％，CsR提高2～4％。这一点在国内有干、湿熄焦的焦化厂已得到验证。

    在有湿熄焦备用的情况下，当干熄焦故障或年修时需采用湿法熄焦，焦炭质量会明显下降。为避免焦炭质量波动，当由干熄焦改为湿熄焦时，可事先改动配煤比，一般可采取增加强粘煤比例，减少弱粘煤比例。

2．4．2干熄焦操作对焦炭质量的影响

    焦炭在干熄炉预存室中保温相当于在焦炉中的焖炉，可进一步提高焦炭的成熟度，以及由于气相沉积作用而使焦炭结构更为致密，孔隙率降低，从而有利于降低焦炭的热反应性，提高焦炭的热强度。因此红焦在干熄炉内的料位控制及停留时间对焦炭质量的影响很为重要。根据宝钢的生产实践，红焦在干熄炉内的停留时间由4h降到2小时，焦炭热反应性CRI将提高2％左右，热强度CSR将降低3％左右。

    其次，干熄焦的空气导人方式对焦炭质量也会造成一定影响。空气导人方式的不同，将导致循环气体中各组份含量不同，尤其会造成焦炭灰分的增加和成焦率的降低。

    此外，为了改善焦炭质量，近年来国内外炼焦行业正在开发和使用多项炼焦工艺新技术，如煤调湿技术在日本得到广泛使用，宝钢正在建设之中；而DAPS、SCOPE21、焦炭“钝化”、巨型反应器等技术，目前尚处于中试阶段，其实际效果及技术经济指标仍有待进一步的验证。

3  结束语

    大高炉在高喷煤比作业中，随着煤比的增加，受焦炭质量的影响就越大。二十年来，宝钢焦炭热强度CSR经历了64％、66％和69％三个阶段的攀升，其中CSR每提高1％，宝钢的配煤结构及炼焦过程控制方式都作了较大优化。

    对焦炭质量的控制，配煤技术的进步起着致关重要的作用，日本冶炼专家绪方薰提出，对焦炭热性能起作用的70％来自原料煤，30％来自火道温度和焖炉时间等因素。然而，在当今国内，随着炼焦煤资源紧缺及煤质劣化，单纯从配煤结构优化来寻求焦炭质量和配煤成本之问的平衡点空间在日趋减小。因此，今后改善焦炭质量，在优化配煤结构的同时，还应注重从炼焦过程控制方面人手，在摸索炼焦过程对焦炭质量影响规律的基础上，优化炼焦工艺生产操作标准，在现有煤资源和配煤条件下，进一步深挖改善焦炭质量的潜力。

                                                            (宝钢股份公司宝钢分公司炼铁厂)