安钢3#高炉对焦炭质量的要求探讨

2015-12-22 06:20王照华孙存生
河南冶金 2015年4期
关键词:焦比硫分冷态

王照华 孙存生 王 伟

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

近年来,随着钢铁行业利润空间被极大压缩,铁前工序要实现低成本运行,高炉大型化、高富氧、大喷煤、高风温等成为高炉生产追求的目标。大型高炉长期稳定顺行,实现低焦比冶炼,对提高生产效率、节能减排和可持续发展至关重要。高炉生产技术的不断进步,对入炉焦炭质量提出更高要求,[1]但焦炭质量的提高,往往是以较高的配煤成本作为的代价的,由此,探索适合大高炉的焦炭质量,在高炉的稳定顺行和较低的炼焦成本之间找到平衡点,成为降低铁前成本、增加企业效益的重要课题。2013年安钢3#高炉投产使用以来,经过一定时期的磨合,生产逐步走向稳定,本文以安钢3#高炉投产以后的生产数据情况为背景,分析了焦炭冷态强度、热态强度、粒度和成分等对高炉冶炼的影响情况,提出了适合大高炉冶炼的焦炭质量指标。

1 焦炭对高炉冶炼的作用

焦炭对高炉冶炼的作用是:(1)主要的热量来源,(2)还原剂,(3)炉料的骨架作用。其热量来源和还原剂的作用随着喷吹煤粉等喷吹物技术的应用,得到部分代替,对降低焦比有一定的作用,但焦炭在高炉中骨架作用则不可代替。

在高炉风口的前端,焦炭与鼓风中的氧发生燃烧反应后产生煤气,同时放出大量的热量。煤气上升过程中,不断将热量传给高炉炉料,从而使高炉内部的各种物理、化学反应得以顺利进行[1]。在大型高炉中,由于炉内压力的增加,为保证高炉的透气性,必须要求使用有较高质量的焦炭,高炉容积扩大也必须以改善焦炭性能为前提,焦炭质量决定了焦比、煤比的高低。此外,焦炭质量对炉缸的工作状态起着决定性作用[2]。

2 焦炭质量指标对高炉冶炼的影响

2.1 冷态强度对高炉冶炼的影响

焦炭冷态强度M40(抗碎强度)、M10(耐磨强度)是焦炭质量的重要指标,是反映焦炭在冷态下抗挤压破碎成为粉末的能力,是焦炭热强度的基础。焦炭冷态强度取决于配煤质量、备煤工艺、焦炉炉型及操作制度和熄焦工艺等。冷态强度也是焦炭能否起到炉料骨架支撑作用、保证高炉透气性的重要指标。

我们对2014年3#高炉所用焦炭冷强度及入炉焦比进行了统计,见表1。

月均值走势对比见图1(为便于对比,对M10 及入炉焦比数值分别进行了扩大和缩小)。

表1 2014年3#高炉所用焦炭冷强度及入炉焦比对比表 / %

图1 2014年3#高炉所用焦炭冷强度及入炉焦比走势图

从图1 可以看出,焦炭冷态强度能保证其粒度和较低的含粉率,确保改善高炉块状带的透气性,保证炉况顺行。在一定的生产条件下,确保炉况稳定的前提下,在焦炭M40 保持在89 以上、M10 保持在5.3 以下时,高炉焦比保持在370 kg/t 的较低水平。从图1 还可以看到,与M40 相比,焦炭M10 走向曲线与入炉焦比走向曲线更加吻合,表现出较强的对应关系,可见由M10 代表的耐磨强度,往往更能影响焦比的变化,在生产中,可以更多关注M10 变化,作为对焦炭质量评价的依据。

2.2 热态强度对高炉冶炼的影响

焦炭的反应后强度CSR 是反映焦炭在高温下抵抗压力破碎的能力,是入炉焦炭在高炉内骨架作用的反映,焦炭热反应性是指焦炭在高温下与CO2发生反应的速率,一方面反映焦炭与矿石的还原反应速率,另一方面也反映焦炭在高炉内的粉化速率。焦炭的热态性能不好(CRI 高、CSR 低),会使块状带透气性变差,软熔带位置下移,表现为中心气流变弱,边沿气流增强;炉缸中心死料柱增大,风口及回旋区的碎焦量增加,炉缸透液性变差,铁口深度减小等;这些都会严重影响高炉顺行[3]。

2014年3#高炉所用焦炭热性能及入炉焦比对比表见表2。

月均值走势对比如图2 所示(为便于对比,灰分数值进行了扩大,入炉焦比数值进行了缩小,CRI采用(100 -CRI)值)。

表2 2014年3#高炉所用焦炭热性能、灰分及入炉焦比对比表 / %

图2 2014年3#高炉所用焦炭热性能、灰分及入炉焦比走势图

从图2 可以看出,焦炭的反应后强度CSR 与反应性CRI 一般具有较强的相关性,反应后强度CSR 越高的焦炭,其反应性CRI 也越低。但要想提高反应后强度CSR,就要加大优质焦煤的使用量,对成本影响较高,对焦炭热性能,应该在保证高炉顺行的前提下,控制在合理范围。当焦炭CIR 达到23.5%以上、CSR 达到67 以下时,焦比明显升高,产量也随之下降。尤其在2014年8月,随着热态性能的变差,其中焦炭的CRI和CSR月平均值分别为24.03 和66.3,冷态强度为88.9,焦比升高到382,产量为23.89 万t。

2.3 成分对高炉冶炼的影响

2.3.1 灰分对高炉冶炼的影响

焦炭灰分是影响其热性能的重要因素,灰分对热性能的影响是通过破坏焦炭微观结构、形成焦炭裂纹造成的。因为煤的灰分在炼焦过程中会全部进入焦炭中,所以煤中灰分的高低决定了焦炭中的灰分,而焦炭中的灰分降低,有利于提高焦炭冷热强度,从而有利于高炉冶炼[1],详见图2。考虑到炼焦煤资源的紧张,为控制炼焦成本,安钢焦炭灰分基本控制在12% ~12.5%左右。

2.3.2 挥发分对高炉冶炼的影响

挥发分是衡量焦炭成熟度的一个重要标志,焦炭中挥发分高,气孔壁的材质越疏松,耐磨强度和反应后强度就越低;相反,挥发分越低,气孔壁的材质越紧密,耐磨强度和反应后强度就越高[1]。

安钢3#高炉使用的焦炭挥发分能够长期稳定在1.17、1.16 左右,为保证焦炭质量提供了可靠的质量指标。

2.3.2 硫分对高炉冶炼的影响

铁水硫分是反映铁水质量的重要指标,是炼钢生产高级别钢种的基础。高炉中的硫80%来源于焦炭,控制焦炭中的硫含量是降低生铁中硫含量的重要措施。炼焦生产过程中,配合煤中70% ~90%的硫转化到焦炭中,配合煤中的硫含量决定了焦炭中的硫分。铁水硫分受焦炭硫分影响较大,但除了受焦炭硫分影响之外,还与高炉操作有较大关系。

2014年,安钢3#高炉使用焦炭中的硫分控制在0.86%上下,逐月焦炭硫分及铁水硫分统计详情见表3。

由于高炉生产的复杂性,高炉是否稳定顺产往往受多种因素影响,笔者是从质量管理的角度探讨了适合大高炉生产的焦炭质量,这一方面的探讨有待继续深化。

表3 2014年3#高炉所用焦炭硫分及铁水硫分对比表 / %

由于高炉生产的复杂性,高炉是否稳定顺产往往受多种因素影响,笔者是从质量管理的角度探讨了适合大高炉生产的焦炭质量,这一方面的探讨有待继续深化。

3 结语

1)当焦炭M40 保持在89 以上时,CRI 和CSR分别控制在小于22.5%和大于67%时,焦比能够长期稳定在较低水平,对高炉顺行有促进作用。

2)焦炭M10 的变化曲线与高炉焦比有更强的吻合性,说明M10 对焦炭实物质量的反映比较敏感。当焦炭M10 低于5.3 时,焦比往往维持在较低水平。

3)焦炭灰分宜保持较低水平,以低于12.5%为宜。

[1]李宏伟.焦炭质量对京唐5500 m3高炉焦比的影响[J].炼铁,2015,34(1):43 -46.

[2]龙晓阳,万旭东.现代高炉对焦炭质量的要求[J]. 鞍钢技术,2002(4):5 -9.

[3]张洪宇,王再义,刘德军,等.焦炭质量对鞍钢高炉冶炼影响的研究[J].鞍钢技术,2011(1):367 -372.

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