提高焦炭抗碎强度M40的实践

张智勇 高立东 张化强 高锋林 向海飞

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

根据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，尤其焦炭强度，原因在于：高煤比低焦比的操作导致矿焦比上升，焦炭在高炉内的停留时间延长，使焦炭在高炉内软熔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，则焦炭熔损加快，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［1］。

1 概况

安钢焦化厂所用炼焦煤资源主要为山西、河北邯邢、河南平顶山、鹤壁及安阳本地的洗精煤，煤种有1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等。备煤生产工艺为先配后粉，2012年以前为露天储煤场，2012年以后为煤罐储煤，煤罐具备储配一体化，每个煤罐设计储存能力为1万吨。焦炉均为顶装焦炉，2012年生产焦炉有8座，其中第三炼焦2座焦炉配有75 t/h干熄焦、第四炼焦2座焦炉配有140 t/h干熄焦，老炼焦为湿法熄焦。另有第五炼焦在建大容积焦炉2座，配有190 t/h干熄焦。

2 存在问题及原因分析

焦化在建大容积焦炉是炼铁在建大容积高炉配套项目，为保证大容积高炉顺利投产，及投产后稳定顺行，公司组织相关技术人员结合国内同类型高炉指标要求及安钢实际情况，对大容积高炉投产所需焦炭，提出具体质量指标要求。从焦化厂生产情况看，即使大容积焦炉投产后，生产焦炭抗碎强度M40也很难达到要求。具体见表1。

表1 大容积高炉对焦炭要求与2011年各系统焦炭质量平均值

由表1可以看出，各炼焦系统生产的焦炭热强度及硫分控制均较好，但灰分、耐磨强度M10、抗碎强度M40均达不到要求，尤其抗碎强度M40差距较大。按此推算大容积焦炉投产后，通过调整配比等手段，焦炭灰分、耐磨强度M10能够达到生产要求，焦炭M40很难达到88.00%以上。为了能够保证大容积高炉顺利投产，及投产后稳定顺行，针对焦炭M40现状，对可能影响到M40的因素进行了分析，经过比对试验后，认为主要存在以下几方面问题：

2.1 配合煤细度不合理

炼焦煤的粒度对焦炭影响十分复杂，不同细度的配合煤，随着配煤细度的增加，焦炭的强度随之改善;但当配煤细度达到一定程度后，随着细度的继续增加，焦炭的强度呈劣化趋势。分析认为：配煤细度过低时，煤颗粒较大，特别是黏结性差的煤粒度较大，运输及装炉过程中易偏析，且煤中粒度不均衡，导致配煤质量不均匀，引起焦炭内部结构不均一，焦炭强度降低。细度过高时，煤中的活性成分被细粉碎，不仅降低了黏结煤的活性粒子作用，而且增加了非活性粒子的比表面，使煤料的黏结性下降。并且过细煤料的堆比重下降，导致炼焦过程中煤粒间的熔融程度不充分，所炼焦炭结构不致密，孔隙增多，从而导致焦炭强度下降［2］。

焦化各企业因工艺装备差异等，实际生产中炼焦煤细度控制不一。安钢随着新焦炉投产，产能不断提升，但配煤系统投产多年未作调整，所以出现粉碎机能力不足，造成入炉煤细度偏低，尽管对粉碎机经过多次改进，细度勉强提高到73% ～75%，但煤的粒级组成又极不合理，其中≥10 mm比例偏高，一般情况下在5% ～8%，个别时间段达到10%，并且还有少部分≥15 mm颗粒，能够占到1% ～3%左右。

2.2 焦炭灰分偏高

灰分是焦炭中有害的物质，在炼焦时不熔融，不粘结，也不收缩，往往不易破碎，因此，在炼焦时它除了耗用额外的热量外，较大的粗粒还会在焦炭内形成裂纹中心，原因是焦炭中的矿物质主要来自煤的灰分，矿物质均为惰性物，比焦炭多孔体有6～10倍的体积膨胀系数，当焦炭多孔体在高温下收缩时，灰分颗粒却具有方向与收缩应力相反的膨胀力，于是产生以此为中心的放射性裂纹，从而降低焦炭的机械强度［3］。焦化企业在实际生产中都尽可能降低焦炭灰分，行业先进企业基本控制在12.5%以下，2012年钢协统计，焦化行业焦炭灰分平均12.55%，但安钢焦炭灰分均值13.0%左右，部分月份甚至达到13.5%以上，焦炭灰分明显偏高，与先进企业比差距较大。

2.3 进厂煤多为混洗煤

在备煤和炼焦工艺条件固定的情况下，炼焦煤的性质对焦炭质量影响起重要因素。由于洗煤厂为追求利益最大化，部分洗煤厂在入洗原煤前，先将两种以上廉价资源混配成煤质指标达到高价煤品种，而且每批入洗原煤并不严格按照固定比例混配，根本起不到所标牌号应有作用。安钢进厂焦煤、肥煤、1/3焦煤、瘦煤四大煤种中，肥煤和主焦煤有超过50%为复杂混洗煤，单一煤层煤比例不足20%。尽管配煤比中焦煤和肥煤所占比例达到70%以上，有时甚至达到80%，但从煤岩检测发现实际焦煤和肥煤比例很低，并且有非炼焦煤配入情况。

2.4 配合煤组成存在缺陷

对配合煤煤岩拟合发现，配合煤镜质组平均最大反射率都在1.1%左右，且镜质组反射率分布图都在1.5%左右有一明显凹口。从使用主要单种煤的镜质组反射率分布图发现，所有炼焦煤的镜质组反射率都缺少在1.5%左右的份额，因此配合煤的镜质组反射率分布图在1.5%左右出现凹口是必然的，这意味着使用的炼焦煤缺少优质瘦焦煤品种。配合煤反射率分布如图1所示。

图1 配合煤反射率分布

3 采取措施

3.1 改善配合煤细度

2012年安钢建设了以储配一体煤罐为主新配煤系统，配煤生产能力能够完全满足生产需要，生产的配合煤中≥10 mm比例控制到3%左右，≥15 mm的几乎为零。并经过小焦炉比对试验后，对配合煤细度进行了调整，提高到78% ～80%。配合煤粒级组成调整前后对比见表2。

表2 配合煤调整前后粒级组成对比

3.2 降低焦炭灰分

采取多项措施降低焦炭灰分。①利用煤炭市场相对宽松有利条件，寻找开发低灰分煤，尤其高硫煤，要保证灰分低。②进厂煤尽可能直接入罐，避免落地，减少二次污染。③调整辅助煤配入方向，安钢进厂煤灰分由高到底排序依次为肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤，减少辅助煤种瘦煤，相应增加辅助煤种1/3焦煤。通过以上几点措施，焦炭灰分均值成功由13.0%降低到12.5%以下。

3.3 逐步取消混洗煤

利用炼焦煤市场相对宽松的有利条件，适时将煤岩指标纳入进厂煤管理，并且标方差和岩相图等列入合同考核，对于混洗煤加大降价幅度，尤其是复杂混洗煤。同时为鼓励供煤户供单一煤层煤，在合同上也相应增加了优惠条款。进厂炼焦煤复杂混洗煤比例逐步降低，目前基本杜绝了进厂煤有复杂混洗现象。

3.4 开发寻找瘦焦煤和低挥发分肥煤

根据配合煤拟合煤岩图缺陷，在市场上寻找瘦焦煤和挥发分25% ～28%肥煤，弥补煤岩图凹口，通过增加这两种煤采购及配比，使配合煤反射率曲线平滑完整，目前煤岩图成正态连续分布，无明显凹口。改善后配合煤反射率分布如图2所示。

4 效果

图2 改善后配合煤反射率分布

2012年通过一系列措施实行，安钢焦炭抗碎强度M40得到显著提高，2013年相比2011年，老炼焦提高1.75%，第三炼焦提高3.12%，第四炼焦提高3.32%;2013年第五炼焦投产后焦炭抗碎强度M40始终保持在89.00%以上，并且其它指标也都达到要求。具体见表3。

表3 2013年第五炼焦大容积焦炉焦炭质量平均值

5 结语

实践表明，通过对配煤部分工艺及参数调整等措施，使焦炭抗碎强度M40得到显著提高，为后道工序的大容积高炉开炉顺产提供了保证。

［1］ 周师庸.高炉焦炭质量指标探析［J］.炼铁，2002，21(6)：22-25.

［2］ 张艳丽.不同细度煤对焦炭质量的影响［J］.四川冶金，2007，29(2)：34-36.

［3］ 周师庸，赵俊国.炼焦煤性质与高炉焦炭质量［M］.北京：冶金工业出版社，2005：56-90.