提高焦炭质量的途径分析

王维兴

近年来，焦炭供应紧张，质量下降，成份不稳定，给高炉炼铁生产带来了负面影响。2011年1季度全国重点企业高炉入炉焦比与上年同期相比升高4千克/吨，炼铁工序能耗降低2.54千克标准煤/吨，喷煤比下降3千克/吨。说明焦炭质量好坏对高炉炼铁来说是至关重要的，尤其对于2000m3容积以上的高炉影响就更大。高炉炼铁是以精料为基础，精料技术水平对高炉指标的影响率在70%左右，工长操作水平占10%，企业管理水平占10%，设备运行状态占5%，外界因素（动力、供应、上下工序等）占5%。在高冶炼强度和高喷煤比条件下，焦炭质量变化对高炉生产的影响率要占35%。建设大高炉和高炉扩容，一定要以提高焦炭质量为前提，提高喷煤比也要有高质量的焦炭质量为保证。评价焦炭质量不但要有M40、M10灰分、硫分，而且要重视焦炭热反应性(CRI)、反应后强度（CSR）指标所起的作用。捣固焦指标好，但与非捣固焦相比，没有起到相应的作用。用高炉实际冶炼效果来评价焦炭质量是科学的，定期从风口取焦炭，进行化验，指导炼焦配煤的方法也是科学的。（见表1）

据统计，我国煤炭保有储量为10070亿吨，其中可采储量为1891亿吨，但炼焦煤的储量占全部煤炭贮量的25%-28%。主要炼焦煤种、焦煤和肥煤的贮量在炼焦煤储量的40%以下。所以，全国主焦煤供应紧张，且价格高。

国内外焦化界一直降低焦炭成本，提高钢铁企业的市场竞争力，在降低主焦煤用量，又不影响焦炭质量方面努力。国内技术比较先进的焦化厂，在不会对焦炭质量有较大影响条件下，个别企业主焦煤的配比可在25%左右。日本先进的焦化厂主焦煤的配比可在14%，而对焦炭质量要求仍可保持在较高水平。下面分述他们所采取的相应技术措施。

1 ．建立理想的炼焦煤基地

焦炭质量的好坏主要是取决于炼焦煤的性质。所以，合理选择炼焦煤基地是保证焦炭质量的首要措施。炼焦煤基地的条件是：煤质好，性能稳定，供应量也能稳定；价格适中，争取运距短。好的炼焦煤是灰份低，含硫低、可磨和可选性好、强粘结性好，含碳高、含有害杂质低等。

表1 焦炭质量变化对高炉炼铁的影响

鞍山热能院孟庆波发表的文章，指出焦炭质量优劣主要取决于煤的成因、性质。用煤岩学指标（G值、Y值、反射率等）来指导炼焦配煤，是较科学的。

2 ．优化煤的粉碎工艺

炼焦用煤的粉碎细度和粒度组成对焦炭质量影响较大。不应当把各种煤先混合再粉碎。要根据不同煤种（岩相组成的硬度差异），按不同粒度要求进行粉碎和筛分（可使用机械或风力）。对于硬度较高的气煤等煤种要细破碎，对于易粉碎的焦煤和肥煤可有较大的粒度。不同煤种分组进行粉碎，提出不同粒度要求，这叫做炼焦选择粉碎煤工艺。这种工艺能够提高煤的结焦性和减少焦炭裂纹，进而提高焦炭质量。要通过试验，优化出本企业的最佳配煤气度的方案，指导炼焦优化生产。我国炼焦配煤中难破碎的气煤配比较高，要重视对气煤的细粒度要求，可以获得较好的经济效益。目前，我国已开发出不同煤种配煤后焦炭性能预测的软件。

3 ．煤的调湿

煤的调湿是将煤在装炉之前除掉一部分水分，保证水分低，且稳定。一般控制水分在6%左右。脱湿有显著的节能、环保和经济效益，同时可以提高焦炭质量。如煤的水分能稳定在6%左右，其焦炭产量可提高7. 7%，装炉煤密度可提高4%-7%，转鼓指数D150提高0.8%-1.5%。煤脱湿可使用流化床技术，用焦炉烟道废气与湿煤进行热交换；也可以使用干熄焦发电机抽出的蒸汽为热源，在回转式干燥机（多管）内间接热交换。

4 ．配添加剂

在炼焦煤中适量配入粘结剂、抗裂剂等非煤添加剂，可以改善煤的结焦性能。配入粘结剂工艺适用于低流动性的弱粘结性的煤种，改善焦炭的机械强度和焦炭的反应性。抗裂剂使用工艺适用于高流动性的高挥发性媒种，可增大焦炭块度，提高强度 改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应后强度。我国一些焦化厂用无烟煤（或焦粉）作为抗裂剂，其技术要求是寻找最佳粒度、配量、混匀方法等。

5 ．煤的捣固

把煤捣固，使其密度提高到950-1150kg/m3，可使焦炭M40提高1%-6%, M10降低2%-4%，反应后强度CSR提高1%~6%。在焦炭质量变化不大的条件下，煤捣固可以多配5%-20%弱粘结性的气肥煤、气煤，这样可少用主焦煤。

煤捣固的方法：一般是在焦炉外进行。将煤压成块状（可方型、长方型、球型等）。与散状煤料混合装入焦炉，也有在炉外整体捣固，再推入焦炉炭化室。煤捣固可提高装炉煤料的密度。当配入30%-50%的型煤时，其煤的密度可达800kg/m3，可以显著改善焦炭质量，同时可以允许增加10%-15%的弱粘结性煤的用量。目前，我国已拥有年1亿吨能力的捣固炼焦设施，主要在独立焦化厂。

6 ．结焦速度降低或闷炉

降低结焦速度和闷炉是为延长结焦时间。对于粘结性能好的煤，延长结焦时间可以提高焦炭的强度。其机理是：焦饼在焦炉内成熟之后，再经过一段时间闷炉，可以促使焦炭均匀成熟均化粒度，达到质量提高。通过试验表明，延长结焦时间1小时，可提高焦炭M401%。

7 ．干熄焦

采用惰性气体熄灭红热焦炭的熄焦方法称之为干法熄焦。干熄焦与湿法熄焦对比，干熄焦的焦炭M40可提高3%-8%，M10降低0.3%-0.8%，焦炭反应性降低，粒度均匀．进而改善高炉炼铁技术经济指标（焦比降低2%，产量提高1%），提高钢铁企业的市场竞争力。

干法熄焦可以减少熄焦对环境的污染，同时可以回收红焦显热的80%。能量转化为电能，又能缓解电力供应紧张。据计算，年处理能力为110万吨的干熄焦装置，吨焦收益在63. 09元，扣除吨焦综合成本38.70元，可获净利吨焦24.39元。

8 ．新型熄焦方法

改进传统的湿法熄焦，在喷淋量和控制方法上进行改进，即可熄焦，又使焦炭水份降低（在2%-4%）、稳定，粒度均匀，裂纹减少，实现提高焦炭质量。现在比较成熟的工艺有：德国的稳定熄焦和美钢联的低水分熄焦工艺。我国莱钢、武钢等企业已引用。

9 ．煤预热工艺

将装炉煤预热到150℃-200℃后再装炉，不但可以降低煤中的水分，而且可以提高煤的流动性进而提高了装炉煤的密度。这样有利于煤的表面粘结和界面反应，进而改善了焦炭的气孔结构，实现焦炭质量的提高。

煤的预热可以提高焦炉的生产能力和降低炼焦工序能耗。目前实施煤的预热尚存在一些技术难点，影响了该技术的进一步推广。

10 ．焦炉应向大型化发展

焦炉增加炭化室容积的办法是可以提高焦炉高度（如由4.3m升高到7m以上），也可以增加炭化室宽度。增加焦炉炭化室容积的好处是提高装炉煤的散密度（煤进入高的炭化室下落时间长，动能增大致使煤压实，炭化室的宽度增大，减少了煤对炭化室炉墙的“边壁效应”），煤饼加大后热态煤颗粒之间接触点多，热解液相产物和气象物多，膨胀压力大，利于煤的表面粘接和界面反应，实现提高焦炭质量和节约能耗。

大型焦炉自动化水平高，生产出焦炭质量稳定，劳动生产率高，成本低。使用同样煤种炼焦，6m 焦炉生产的焦炭比4.3m焦炉的M40要高3%-4%，M10降低0.5%。

1 1.加强对焦炉的管理

焦炉的操作水平和热工制度对焦炭质量、焦炉寿命、生产成本均有较大的影响。建立标准化、规范化、数字化的焦炉操作、维护和管理制度是实观炼焦正常生产的重要条件。稳定配煤、稳定操作、稳定焦炭质量是实现焦化优化生产的前提条件，要最大限度地减少人为变动因素。既不搞放卫星创高产活动，也不要低生产率作业，以免影响焦炭质量和焦炉寿命。建立设备定检定修制度，采用先进的炉体修补技术。大焦炉要采用自动控温技术，加强日常焦炉热工调节，以保证焦炉炉温均匀、焦炭成熟均匀、节能降耗、提高和稳定焦炭质量。