钢铁和焦化行业对捣固焦在大高炉上的应用

近年来，钢铁、焦化行业对捣固焦在大容量高炉中的应用进行了广泛的研究和实践。 分析了焦炭在高炉中的作用、焦炭质量的变化对炼铁的影响以及不同炉容量水平的高炉对焦炭质量的要求。 介绍了各钢铁企业大容量高炉捣固焦配煤情况及国内及高炉应用情况。 镇压烧伤的示例。 临沂恒昌焦化有限公司在对钢铁企业采用的捣固焦配煤方案进行调研的基础上，对捣固焦配煤方案进行了模拟试验，得出5.5m捣固焦炉有合适的配煤比。 在这样的情况下，完全有可能生产出满足大容量高炉要求的焦炭。 建议炼铁行业与焦化行业加强合作，完善捣固焦质量评价体系。

文本

捣固焦的应用在国内外以下中小型高炉炼铁中已十分普及。 随着优质炼焦煤资源的日益短缺，优质冶金焦的成本也不断增加。 近年来，国内拥有大型高炉的钢铁企业投入大量人力、物力，推广捣固焦在大容量高炉中的应用。 通过广泛深入的研究和实践，取得了较为理想的应用效果，形成和总结了较为成熟的工艺路线和实践经验。 本文从钢焦一体化的角度出发，以技术先进可靠、经济高效、可行性为基础，对捣固焦在上述大型企业中应用的具体问题进行了理论分析、企业实际情况调查和实验研究。高炉，并取得了较为理想和实用的效果。 研究结果符合预期。

1 理论研究 1.1 焦炭在高炉操作中的作用分析

焦炭在高炉炼铁作业中的作用分析如表1所示。

表1 焦炭在高炉炼铁中的作用分析

表1所述的四种功能中，供热的主导作用不会改变，还原剂和渗碳功能不会发生明显改变。 那么在高注入比条件下，焦炭的骨架作用就会更加凸显。 高炉大型化后，料柱高度增加，炉料压缩性增大，透气性变差，相应的焦炭强度和质量要求越来越高[1]。

1.2 高炉对焦炭质量的要求

《高炉炼铁工艺设计规范》（GB 50427-2008）明确了不同炉容量等级高炉的焦炭质量要求。 详细信息请参见表 2。 目前，国内大多数炼铁厂对焦炭强度指标的要求普遍高于GB 50427-2008。 炼铁高炉焦炭强度实际标准要求为：大型高炉M40 82%～90%、M10 5%～6%、CRI≤25%、CSR≥65%、一般高炉M40 78%～82%、 M10 6%～7%，CRI≤28%，CSR≥62%。

表2 不同炉容量高炉焦炭质量要求

1.3 焦炭质量变化对炼铁的影响

焦炭质量变化对炼铁的影响见表3[2-3]。

从表3可以看出，焦炭M10的变化对炼铁的影响比其他指标更为显着，因此冶金行业更加关注M10的变化。

表3 焦炭质量变化对炼铁的影响

1.4 各因素对炼铁的影响

高炉炼铁应以精矿为主，是国内外冶金行业的基本共识。 各种因素对高炉炼铁的影响大致如下：精矿技术占70%，操作水平占10%焦炭的用途，现代化管理水平占10%。 %，设备运行水平占5%，外部因素占5%。

在高冶炼强度、高喷煤比条件下，焦炭质量变化对高炉指标的影响约为35%[4-5]。 一些大型高炉存在运行故障。 大多数情况是焦炭质量恶化或成分波动较大，没有及时合理调整高炉运行。

1.5 大型高炉使用捣固焦技术经济分析及实例

焦炭的质量必须适应大型高炉的发展，有以下途径：通过洗煤降低煤炭的灰分和硫分，从而降低焦炭的灰分和硫分； 采用干法熄焦，降低焦炭水分； 提高主焦煤配比，采用综合技术装备，提高焦炭M40、M10、CRI、CSR等指标。 在一定技术装备条件下，扩大主焦煤与肥煤的配比是大多数焦化企业提高焦炭强度的有效途径和常用方法[6]。 这势必对稀缺的焦炭和肥煤资源产生旺盛的需求，也将进一步加剧钢铁配套焦化厂与独立焦化企业采购焦炭和肥煤的竞争强度[7]。 从技术角度看，提高焦炭质量以满足炼铁要求是可行的，但必须与经济效益相结合，找到最佳操作点。 同时，还要考虑煤源的供应条件以及企业和焦炉的客观条件。 科学合理地与钢厂对接。

应科学评估捣实焦对炼铁的影响[8]：与顶装焦相比，捣实焦反应活性较低，发热量较低，高炉内CO生成较少，导致燃料比增加，间接影响炼铁效果。铁矿石还原度降低。 ，铁产量减少[9]； 但总体来说，在相同配煤条件下，捣实焦的指标优于顶装焦。 连云港、国丰等企业高炉使用100%捣固焦，生产指标有所改善（焦比下降，产量增加）[10]； 天钢等多家企业在炼铁中使用了一定比例的捣固焦，并有了一定程度的改善。 经济效益。 上述成功实例表明，炼焦配煤方案合理时生产的捣固焦可应用于炼铁厂大型高炉，将取得一定的经济效益。

据了解，近年来，湖南某钢铁公司3200立方米高炉全部采用捣固焦进行炼铁生产，取得了较为理想的管理效果和经济效益。 其捣固焦配煤技术方案与顶装焦基本相似，生产的焦炭质量完全满足高炉生产要求，高炉工况稳定，钢焦一体化效益显着[10] ]。

2 大容量高炉捣固焦炼铁的研究与实践

在理论分析的基础上，为了更准确地了解相关钢铁企业大容量高炉炼铁过程中捣固焦的实际使用情况，临沂恒昌焦化有限公司（简称恒昌焦化）进行了对某钢铁公司大型高炉的调查。 使用捣固焦进行了现场研究。 A公司4.3m捣固焦炉指定为钢铁公司2#2 200m3高炉加工焦炭； B公司5.5m捣固焦炉专门为钢铁公司1#3 200m3高炉生产捣固焦。 使用状态如下：

（1）钢铁公司现有高炉3座。 1#高炉容积为，2#高炉容积为，3#高炉容积为。 其中，最大的1#高炉自投产以来就使用了捣固焦。

（2）1#高炉生产过程中，由于捣固焦供应不足，更换了塔顶焦。 使用方法没有什么特别的变化，效果基本一样。

(3)为了稳定高炉运行，要求焦炭质量相对均匀、稳定。 焦炭化验指标数据必须符合国家标准要求。 同时，要从配煤入手，进行细化控制，减少大幅波动。 熔融性差、流动性低或惰性成分比例大的煤种不能混配。

(4)捣固配焦与顶装配焦接近。 主要区别在于焦煤和1/3焦煤的调整比例。 配煤的挥发分质量分数最好在26%~28%之间，并控制硫质量分数。 0.8% 至 1.0% 之间。

（5）5.5 m捣固焦炉炉温控制在1 330 ℃以上。 根据集约化生产的需要，炉温可提高至1 370 ℃左右。

（6）焦炭生产质量指标越好越好，因为目前钢焦一体化的控制目标首先是保证高炉高产高效，焦炭CRI不高于23%，CSR不低于超过70%。 自产自供存在缺口的，外采焦炭粒度应满足以下要求：25毫米以下焦炭比例应小于8%，25毫米至40毫米焦炭比例应满足小于20%，40毫米以上焦炭比例应大于70%。

3 钢铁企业配煤生产实践及恒昌焦化配煤方案试验 3.1 三大钢铁企业顶装焦煤配煤方案浅析

3.1.1 钢铁公司A

配煤方案（质量分数）：焦煤45%、肥煤20%、1/3焦煤22%、瘦焦煤13%。 其中，炼焦性能最差的炼焦煤中有1/3来自七屋矿和大屯孔庄矿。 小焦炉试验生产的焦炭热强度约为45%。

焦炭指标：灰分质量分数12.4%，硫质量分数1.01%，M40 86.5%，M10 6.3%，CRI 23.9%，CSR 64.5%，平均粒径49毫米。

3.1.2 钢铁企业B

正常生产时配煤方案（质量分数）：焦煤35%、肥煤27%、瘦焦煤15%、1/3焦煤23%。

限产（延长焦化时间）时配煤方案（质量分数）：焦煤34%、肥煤22%、瘦焦煤20%、1/3焦煤16%、气煤8%。

焦炭指数（不含灰分和硫分）：M40 90%、M10 6%、CRI 20%、CSR 70%。

正常生产时，焦煤和肥煤的比例约为65%。 只有长期发生焦化时，将肥煤和炼焦煤的比例降低到60%以下，并适当添加气煤，以增加挥发分，提高产气量。 其中，气煤为新安矿煤，1/3焦煤为大屯、庞庞塔、赵楼、金源矿的优质1/3焦煤，贫煤为王家岭和淮北青龙山煤G值大于40。

3.1.3 C钢企业

配煤方案（质量分数）：焦煤50%、肥煤15%、优质1/3焦煤27%、瘦焦煤8%。 通过调整焦煤与优质1/3焦煤的比例，可以调节焦炭的后反应强度。 该厂使用的单一品种肥煤、焦煤小焦炉试验生产的焦炭热强度为62%～69%，该厂小焦炉试验生产的焦炭热强度为62%～69%。单一品种1/3焦煤为47%～65%； 要求是精益。 焦煤本身可以烧结成具有更好熔化性的焦炭。 单一煤种小焦炉试验生产的焦炭热强度为54%～62%。

从上述3家钢铁企业的配煤方案来看，正常生产的顶装焦炉的肥煤与主焦煤配比之和均在60%以上，试验生产的焦炭热强度小焦炉1/3的炼焦煤是单一煤种。 配煤中变质程度最高的贫（焦）煤占40%以上，以增强焦化界面的结合力。 当反应后焦炭强度太好时，添加贫煤和气煤以降低炼焦成本。

3.2 恒昌焦化储煤分析及配煤试验

恒昌焦化建设一座侧装式煤捣固焦炉，炭化室高5.5m，宽0.52m。 设计年产焦炭130万吨。 主要生产一级、准一级冶金焦、甲醇、煤焦油、粗苯。 、硫酸铵，生产的焦炭主要供日钢、沙钢、淮钢、东北特钢等钢厂使用。

恒昌焦化主焦煤来源及类型见表4。

表4 恒昌焦化炼焦煤来源及种类

恒昌焦化现场储存的煤炭中，广汇焦煤和三河口焦煤的1/3满足选煤要求。 孙村气脂煤是所存煤炭中惰性耐受性最好的煤炭，可以替代部分肥煤和气脂煤。 ，还可以替代一定比例的肥煤和气煤。 现场储存煤炭中，小焦炉试验方案选煤为三河口1/3焦煤、广汇焦煤、孙村气脂煤、井坊矿贫煤4种煤，3个试验方案（计划 1、2、3）。

为了更真实地模仿大型高炉用焦炭的品质，恒昌焦化从山西炼焦厂获得了山西肥煤（挥发分质量分数30.4%，硫质量分数1.03%，G值90，Y值20毫米）和山西贫焦煤。外（挥发分质量分数15.31%，硫含量质量分数0.57%，粘结指数31，Y值6.6mm）。 针对两种类型的煤样制定了三个计划（计划 4、5 和 6）。 其中，方案4为基本方案，方案5主要采用贫煤替代方案4中的贫焦煤，方案6主要采用普通焦化的姜庄1/3焦煤替代方案4中焦化较好的三河口1/3。方案4. 3 炼焦煤。

6种配煤方案的焦炭质量分析结果及其对应的小焦炉模拟试验如表5所示。

表5 不同配煤方案及相应小焦炉试验焦分析数据%

由于炼焦、捣固工艺条件对焦炭的热强度影响较大，因此通过比较焦炭的热反应性可以更准确地反映配煤的质量。 根据以往经验，小型焦炉焦炭与大型焦炉焦炭的热反应性之比为1.3～1.5[11]。 配煤质量越好，该值越小。

考虑到上述方案1-6的煤质较好，配比为1.3，可生产出CRI约为23%、CSR约为67%的焦炭。 小型焦炉试验焦炭的显色指数可在30%以内。

表5方案4-6为大比例添加焦煤和肥煤的方案。 测试焦炭的CRI≤27%，这意味着大型焦炉生产的焦炭的CRI约为20%，CSR约为70%。 方案1和方案3可生产大型焦炉焦炭，CRI为25%，CSR为65%。

上述分析表明，只要配煤适当，捣固焦可以生产出热强度高、适合大型高炉使用的焦炭[12-13]。

4 加强炼铁焦化合作，完善大容量高炉焦炭质量指标评价体系

焦炭CRI和CSR是目前导致高炉焦炭劣化最严重的碳溶解反应的模拟指标[14-15]。 这一指标越来越受到高炉工人和焦化工人的关注，同时也有越来越多的研究者对其模拟和有效性表示怀疑。

CRI和CSR是在无碱条件下测量的，但高炉内存在碱金属的循环和积累。 当碱金属积累到一定量后，焦炭微观组分的反应顺序将发生逆转。 另外，高炉内各工段的反应温度和二氧化碳浓度不同，过分强调焦炭CRI和CSR值的重要性可能会误导对焦炭质量的认识。 对于以各向同性为主要成分的低变性气煤生产的焦炭和以各向异性为主要成分的中变性肥煤和焦煤生产的焦炭，采用国标方法测得的CRI与CSR值的差异??一般情况下非常明显，但在碱金属存在下，两者之间的差异大大减小[16]。

国外研究人员指出[17]，实验高炉解剖试验证明，高炉软熔区底部焦炭的CSR远高于常规进入焦炭反应性试验的CSR高炉； 常规反应性试验的CSR评价了低CRI焦炭。 过高，而高 CRI 焦炭的价值被低估。

考虑到炼焦煤的合理利用，科学评价焦炭实验室数据对于实际应用具有重要意义。 焦化行业如果没有炼铁行业的支持，开展一些深入的工作将相当困难，只能生产出符合炼铁指标要求的焦炭。 由于长期缺乏高炉内部微观动力学的数据模型支持，炼铁焦炭的某些指标要求很难找到科学依据。 为了保证高炉生产的顺利进行，完全有必要将焦炭质量指标提高到尽可能高的水平。 可以理解。

焦炭质量指标的正确评估和补充修正一直是困难且进展缓慢的。 重要原因之一是焦化和炼铁两个专业领域相互融合不够，交流支持不足，上下游融合不够，深度合作不够。

从国内煤炭资源特点和分布来看，就山东而言，劣化程度较低的煤炭来源较为丰富。 在合理的M40、CRI和CSR条件下，不仅要保证高炉的顺利生产，还要扩大选择煤源范围，合理利用当地优势资源，生产出满足要求的优质焦炭。适应大容量高炉生产需求，推动钢铁企业降本增效、低碳低耗、循环发展，真正实现钢焦一体化实质性变革。

5 结论

目前，大容量高炉使用捣固焦尚未达成共识。 一些企业通过积极探索和实践，取得了良好的使用效果和经济效益。 分析了大容量高炉捣固焦的配煤情况，并进行了模拟试验。 通过试验结果与大型焦炉生产对比，得出5.5m捣固焦可采用适当的配煤比例。 生产满足大容量高炉要求的焦炭。 但现行焦炭质量评价体系需要炼铁工人和焦化工人的共同努力进一步完善，提出更符合高炉实际的指标要求，避免对热反应性和热强度提出过高的要求。可乐。 这将非常实用。 工作的操作意识。