焦炭质量对高炉炼铁的影响_精品文档.pdf

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第36卷第3期上海金属Vol36，No32014年5月SHANGHAIMETALSMay，201451作者简介:

郭艳玲，女，资深翻译（正高），主要从事钢铁冶金科技信息调研工作，Email:

kxlena163com焦炭质量对高炉炼铁的影响郭艳玲1胡俊鸽1周文涛1赵小燕1王旭2黄明明2（1鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山114009;2鞍钢股份有限公司化工总厂，辽宁鞍山114009）【摘要】介绍焦炭在高炉炼铁过程中所起的作用。

总结了近年来高炉炼铁对焦炭质量的需求趋势，分析近年来关于焦炭质量对高炉炼铁影响的不同学术观点。

阐述了关于焦炭质量对高炉炼铁影响的最新研究成果。

对提高焦炭质量、降低炼铁生产成本提出了建议。

【关键词】焦炭质量高炉炼铁反应性影响因素INFLUENCEOFCOKEQUALITYONIONMAKINGPOCESSBYBLASTFUNACEGuoYanling1HuJunge1ZhouWentao1ZhaoXiaoyan1WangXu2HuangMingming2（1AnsteelTechnologyCenter，AnshanLiaoning114009，China;2GeneralChemicalPlantofAngangSteelCo，Ltd，AnshanLiaoning114001，China）【Abstract】TheeffectofcokeduringtheironmakingprocessinBFwasintroducedThequalitydemandforBFcokeinrecentyearswassummarizedDifferentacademicviewpointsaboutinfluenceofcokeonblastfurnaceironmakingoperationwereintroducedThelatestresearchresultsaboutinfluenceofcokeonblastfurnaceironmakingwereanalyzedThemethodaboutimprovingthecokequalityandreducingproductioncostwasdiscussed【KeyWords】CokeQuality，BlastFurnaceIronmaking，CI，InfluenceFactors焦炭是传统高炉炼铁工艺不可缺少的原料，焦炭的质量直接影响高炉炼铁的各项技术经济指标。

随着炼铁工艺技术的发展，焦炭在高炉炼铁过程中所发挥的作用，以及高炉炼铁对焦炭质量的要求也在不断地变化。

多年来，冶金工作者一直在致力于研究焦炭质量对高炉炼铁的影响，探讨什么样的焦炭更适合于高炉炼铁1。

1焦炭在高炉炼铁过程中的作用焦炭在高炉炼铁过程中起着发热剂、还原剂、渗碳剂和料柱骨架的作用:

在风口前燃烧带，焦炭燃烧提供冶炼所需的热量，产生还原煤气;在软熔带和滴落带，作为料柱骨架维持炉芯透气、透液性，并为铁水渗碳提供碳源;在炉身下部块状带，通过碳溶反应消耗。

随着炼铁技术的进步，高炉喷煤量不断提高，焦炭的发热剂、还原剂作用部分地被喷吹煤粉所代替，同时由于焦比的下降，焦炭在高炉内的负荷加重，其所发挥的料柱骨架作用在冶炼过程中显得越来越重要。

2高炉炼铁对焦炭质量的要求焦炭在高炉内要经受碰撞、挤压、磨损等机械力学作用的影响，还要经受碳溶损反应、碱金属侵蚀、渣铁溶蚀以及向铁水溶解等化学作用的影响，自上而下不断劣化，平均粒度变小、强度降低、气孔增大、反应性提高、最终除不足1%的碳随高炉煤气逸出之，几乎全部消耗掉。

因此，焦炭只有具备一定的化学物理性能，才能在逐渐劣化的过程中充分发挥其在高炉炼铁中的作用。

目前高炉炼铁对焦炭质量的要求通常包括以下几个方面:

（1）化学成分。

要求固定碳含量高，只有固定碳含量高，焦炭提供的热量和还原剂才多。

要求灰分低，如果焦炭灰分高，高炉渣量将增加;灰分与焦质的膨胀性不同，在高炉内加热后，灰分颗52上海金属第36卷粒周围会产生裂纹，使焦炭强度降低;灰分中的碱金属等对焦炭碳溶反应起催化作用。

此外，还要求焦炭挥发份含量低，焦炭水分稳定在较低水平，硫、磷等有害元素含量低。

（2）粒度。

要求焦炭粒度均匀，平均粒度保持在4050mm水平。

大粒度的焦炭（75mm）在炉内易破碎，产生较多的粉末，恶化炉料透气性，使高炉压差升高，结果不得不减少风量，导致产量下降、焦比升高。

因此炼铁精料技术要求:

炉料5mm的粉末含量要低于5%，炉料515mm粒级组成要低于30%。

（3）冷态机械强度。

一般采用焦炭的抗碎强度M40和耐磨强度M10作为衡量指标。

要求M40高，它反映的是焦炭的裂纹情况，即抗机械冲击能力，与焦炭在高炉中保持块度能力密切相关。

要求M10低，它反映的是焦炭的焦体强度，即焦炭耐磨损能力，与高炉中焦炭的粉化性能密切相关。

焦炭的冷态机械强度决定着高炉内块状带的透气性和炉况的顺行程度。

（4）高温性能。

目前使用最广泛的高温性能衡量指标是起源于日本新日铁的块焦反应性（CI）及反应后强度（CS）。

CI衡量的是焦炭在高温状态下与CO2碳溶反应能力的稳定性;CS衡量的是焦炭在经受CO2和碱金属侵蚀状态下保持高温强度的能力。

但是，至今炼铁工作者对焦炭的CI、CS与高炉实际操作之间的关系，仍存在着不同的认识。

3关于焦炭质量对高炉炼铁影响的不同观点31低CI、高CS的焦炭有助于高炉炼铁支持该观点的研究人员认为:

焦炭CI低，开始气化温度高，间接还原区域扩大，矿石在间接还原区域停留的时间延长，有助于发展间接还原。

而且由于直接还原降低，焦炭溶损率下降，CS提高，有利于高炉透气性和渣铁渗透。

CI越低焦炭在风口区的反应越慢，风口前形成的焦炭燃烧区横断面积越大，炉料的下降也就越均匀。

相反，焦炭CI高，反应开始温度低，在较低的温度下就与二氧化碳反应生成一氧化碳，还来不及与铁矿石还原就随高炉煤气外逸，造成浪费。

另外，焦炭在较低温度下就开始反应，高温强度势必会有所降低，使高炉内透气性受到破坏，不利于高炉顺行。

上世纪80年代，新日铁在3座高炉采集了大量数据，分析焦炭热态性能对高炉操作的影响。

结果发现，当CS57%时，高炉的透气指数明显随CS的降低而下降，燃料比因CS的降低而升高。

因此，认为CS57%时才能使高炉平稳运行。

另对高炉燃料比与焦炭CI的关系进行了分析，发现CI每增加1%，燃料比增加06kg2。

此后的很多研究者在公开文献上给出了类似的结论，在炼铁界逐渐地形成了这样一种学术观点-降低CI、提高CS可以降低高炉焦比、提高产量，并以此来指导炼焦生产和高炉操作3。

目前，国内外有很多企业将焦炭的CI控制在30%以下、CS控制在60%以上。

32高CI、高CS的焦炭有助于高炉炼铁进入21世纪，新日铁的研究人员首次提出了该观点，认为:

现代化大型高炉炉身的工作效率已经达到了很高水平，用低CI焦炭来提高炉身工作效率的意义已经不大，尤其是当铁矿石具有较好还原性时，在确保炉缸不堵塞的前提下，通过使用高CI焦炭来降低高炉保温带温度，能显著提高高炉反应效率，从而有效降低焦比和煤比，减少CO2的排放量。

利用高CI焦炭完全可以取得较好的冶炼效果。

新日铁的Natio等人用下面的分析来解释上述观点（如图1所示4）:

以ist操作线中W点（化学平衡限制点）的变化和高炉炉顶煤气利用率的变化（ABC）为主要依据进行分析，认为图1高炉反应效率的促进（ist操作线）Fig1Improvementtechnologyofreactionefficiencyonablastfurnace（istdiagram）第3期郭艳玲等:

焦炭质量对高炉炼铁的影响53通过改变矿石的还原性可提高高炉煤气利用率，即高炉炉顶操作点由A向B移动;当矿石的还原性较好时再配加高CI焦炭则可通过改善铁矿石还原的化学平衡条件（WW）进一步提高高炉煤气的利用率，即高炉操作线（WP）的顶点再由B向C移动，从而提高高炉利用效率，使高炉操作线的斜率减小，燃料消耗降低。

2002年日本新日铁的Nomura等人开发出了利用涂敷催化剂生产高CI、高CS块焦的技术，成功生产出了CI达332%、CS达586%的焦炭。

并将这些焦炭长时间连续应用于北海制铁所室兰厂2号高炉，未发现对高炉的透气性有明显影响，随着焦炭中富Ca煤配比的增加，高炉总燃料比降低，试验高炉的保温带温度降低，还原剂比下降了10kg/t。

并由此得出结论:

使用涂敷催化剂的高CI焦炭，是一种提高高炉内反应效率的具有前途的方法，能有效地降低还原剂比5。

33高CI、低CS的焦炭仍能确保高炉炼铁稳定顺行我国八钢公司采用本地的新疆煤炼焦，焦炭的CI高达50%左右、CS仅为20%左右。

按照传统观点，这种焦炭在炉内很快气化，容易破碎粉化影响料柱透气性，使高炉生产难以进行。

然而，八钢2500m3高炉长期使用这种焦炭，生产基本稳定，虽然利用系数不高，但保持在20t/（m3d1）左右，焦比约420kg/t，煤比约120kg/t。

八钢的高炉炼铁生产实践证明，即便使用高CI、低CS的焦炭，高炉炼铁仍能稳定顺行。

这从另一个侧面说明，究竟什么样的焦炭CI和CS更适合于高炉炼铁，仍值得进一步探讨6。

34冷强度指标比热性能指标更适用安赛乐米塔尔集团乌克兰下属企业克里沃罗格钢铁公司的冶金工作者在研究焦炭质量对高炉炼铁的影响时，统计分析了公司20062010年期间6、7、8、9号高炉的操作数据，并得出了以下结论:

焦炭的CI与入炉焦比之间没有相关性，但是焦炭的CI与综合焦比之间呈如图2所示的关系曲线;当焦炭的CI在较宽的范围内波动时对炉况的稳定性不会造成明显的影响，但是当焦炭的冷态强度M2584%和M108%时，炉况反应强烈，变得不稳定，炉缸堵塞严重，因而不得经常使用洗炉料，结果导致焦比大幅增加。

图2综合焦比与焦炭CI之间的关系Fig2elationshipbetweencomprehensivecokeratioandCI此外，该钢铁公司的冶金工作者还对热性能指标CS和CI提出了质疑，认为CI和CS不是很理想。

在确定这两个指标时，所采用的焦炭试样粒度（19224mm）与实际入炉焦炭的粒度不同。

试样在1100的CO2气氛下反应120min，不符合高炉中焦炭表面的氧化条件。

没有充分考虑碱金属、铁水、炉渣、焦炭的石墨化、高温下硅从焦炭灰分中还原、风口区热冲击等对焦炭碎裂造成的影响，而所有这些加速焦炭碎裂的因素合在一起，甚至比碳溶反应对焦炭的作用更大。

此外，在转鼓机内的试验负荷也与焦炭在高炉内的负荷不符7。

54上海金属第36卷35新的焦炭质量综合评价指标俄罗斯土拉钢铁公司为了正确指导炼焦和炼铁生产，在评价焦炭质量时，除了采用其它钢铁公司普遍采用的传统评价指标外，还额外新增了两个指标，即焦炭灰分综合指标Bash和焦炭的热稳定性指标。

焦炭灰分综合指标Bash，充分地考虑了焦炭的化学成分对焦炭质量的影响因素，其计算公式为Bash=Ad（K2O+Na2O+MgO+CaO+Fe2O3）/100（其中Ad表示焦炭灰分）。

焦炭的热稳定性指标，将CS与CI两个指标合并为一个值，其计算公式为=CS/CI。

值越高，高炉的生产效率越高，焦比越低。

当1时，高炉炉况不稳，焦比上升。

并证明了热稳定性指标与M10、Bash之间存在着密切的关系，即:

=4990416M10，=2410446Bash8。

此外，土拉钢铁公司为了便于评价