采取技術(shù)措施提高焦炭質(zhì)量匯編

1、采取技術(shù)措施 提高焦炭質(zhì)量1 前言由于高爐容積日趨增大和噴煤量日漸提高，焦炭在高爐冶煉中 扮演的角色發(fā)生了很大的變化，高爐煉鐵對焦炭質(zhì)量的要求也越來 越高，這一點隨著對高爐煉鐵過程的不斷深入研究，廣大煉鐵工作 者和煉焦工作者已逐漸取得共識并不斷深化。現(xiàn)代煉鐵技術(shù)對焦炭 質(zhì)量的目標(biāo)要求至少應(yīng)當(dāng)包括更高的冷熱態(tài)機械強度、更低的熱反 應(yīng)性、低灰、低硫和低且穩(wěn)定的水分。正是由于明確了焦炭質(zhì)量目標(biāo)要求，所以我國的廣大煉焦工作 者為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，研究、開發(fā)和應(yīng)用了大量的具體技術(shù)措施， 使我國生產(chǎn)的焦炭質(zhì)量取得了顯著的提高。本文擬對這些技術(shù)措施 進行較為系統(tǒng)的整理和分析，為進一步提高和完善這些措施，促進

2、研發(fā)出更多的技術(shù)措施搭橋和鋪路。2 提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施21 原料的選擇與預(yù)處理煉焦煤的性質(zhì)是決定焦炭質(zhì)量的基本因素。所以選擇適當(dāng)?shù)臒?焦煤及其配比是提高焦炭的首要措施。但是，由于我國是一個煉焦 煤分布不均且優(yōu)質(zhì)煉焦煤短缺的國家，因此針對國情合理配煤和對 煤進行一定的預(yù)處理就成為提高焦炭質(zhì)量的必不可少的技術(shù)措施。(1)優(yōu)化配煤所謂優(yōu)化配煤就是運用焦炭質(zhì)量預(yù)測方程，在多種煤參加配比煉焦且滿足一定的焦炭質(zhì)量的前提下，篩選出一組成本最低的煉焦用煤及配比。顯而易見，采用優(yōu)化配煤技術(shù)可以在焦炭質(zhì)量一定的條件下降低煉焦用煤成本，或者在煉焦煤成本一定的條件下，提高焦炭質(zhì)量。中冶焦耐已研制出將煤場管理系統(tǒng)、

3、焦炭質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)、配煤優(yōu)化系統(tǒng)緊密架構(gòu)成一體的優(yōu)化配煤技術(shù)。該技術(shù)已成功地運用在天津天鐵煉焦化工有限公司并穩(wěn)定運行了一年多，使優(yōu)質(zhì)焦煤的配用量由原來的 20下降到 10，使每噸入爐煤成本下降257 元，其經(jīng)濟效益和社會效益巨大。日本已確立使用 Ca 含量高達3%8%的煤生產(chǎn)高強度、高反應(yīng)性的焦炭，從而降低高爐的還原劑比。需要指出的是，優(yōu)化配煤是建立在對煤性質(zhì)準(zhǔn)確分析的基礎(chǔ)之上，而煤巖學(xué)從煤巖組成的角度出發(fā)研究煤的性質(zhì)，這是一門能夠更為深刻準(zhǔn)確地揭示煤的各種性質(zhì)的學(xué)科，已在選煤、煤炭分類、煉焦領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此，煤巖學(xué)也是優(yōu)化配煤的很重要理論基礎(chǔ)。目前，運用煤巖學(xué)理論開展優(yōu)化配煤研究和應(yīng)用已

4、經(jīng)受到廣大煉焦工作者的廣泛重視。(2)煤料搗固將煉焦煤料在爐外搗固，使其堆積密度提高到9501150kg /m3，一般可使焦炭 M40提高16個百分點，MI0降低 24 個百分點， CSR 提高 16 個百分點。在焦炭質(zhì)量一定的情況下，煤料搗固還可以多配15%20 %的弱粘結(jié)性的氣煤、氣肥煤，合理利用我國煤炭資源。我國自行開發(fā)的 55 米搗固焦?fàn)t，已在云南曲靖投產(chǎn)，并正在金馬、旭陽、日照、神華二期和寶豐設(shè)計施工。中冶焦耐開發(fā)的世界最高的 625 米搗固焦?fàn)t已在唐山佳華設(shè)計施工，預(yù)計 2008 年8 月底投產(chǎn)，它將使我國的搗固煉焦技術(shù)邁向一個新臺階。中冶焦耐還成功地將炭化炭高4. 3m、寬450

5、mm的80型頂裝焦?fàn)t和炭化炭高4. 3m、寬500mm的頂裝焦?fàn)t改造成搗固焦?fàn)t，為現(xiàn)有頂裝焦?fàn)t的改造創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)在我國已投產(chǎn)的搗固焦?fàn)t已超過 260 座，煉焦生產(chǎn)能力已接近 7000 萬噸。(3)型煤壓塊將煉焦裝爐煤的一部分進行壓塊成型，與其余散狀煤料混合裝爐煉焦，可通過提高裝爐煤散密度，顯著改善焦炭質(zhì)量。裝爐煤散密度隨型煤配入量的增加而增加，當(dāng)配人量為 30%50%時，裝爐煤散密度可達最大值(800kg/m3)。一般地，焦炭質(zhì)量在一定范圍內(nèi)隨型煤配人量的增加而提高。另外，如果保持焦炭機械強度不變，則可增加 10%15%的弱粘結(jié)性煤的用量，擴大煤料的使用范圍，其經(jīng)濟性是顯而易見的。寶鋼是我國

6、唯一一家采用配型煤壓塊煉焦的焦化廠，其一期、三期均配置有型煤壓塊裝置，在實際生產(chǎn)中，其入爐煤配人 15%30%的型煤壓塊。武鋼、鞍鋼為采用型煤壓塊技術(shù)進行了可行性研究或方案比較。(4)煤調(diào)濕(CMC)煤調(diào)濕是將煉焦煤料在裝爐前除掉一部分水分，保持裝爐煤水 分穩(wěn)定且相對較低，一般為 6左右。這項技術(shù)因其具有顯著的節(jié) 能、環(huán)保和經(jīng)濟效益以及提高焦炭質(zhì)量等優(yōu)勢而受到普遍重視，在 日本已得到迅速發(fā)展。以干熄焦發(fā)電機抽出的背壓蒸汽為熱源，在 多管回轉(zhuǎn)式干燥機內(nèi)，蒸汽與濕煤間接換熱。另一種煤調(diào)濕技術(shù)采 用流化床，用焦?fàn)t煙道氣與濕煤直接換熱。采用煤調(diào)濕工藝可將煤水分穩(wěn)定在 6左右，使焦?fàn)t生產(chǎn)能力提高3%10

7、%，裝爐煤散密度提高4%7%, DI15150提高0.81. 5個百分點。目前,寶鋼和太鋼以蒸汽為熱源、采用多管回轉(zhuǎn)干燥機和濟鋼 以焦?fàn)t煙道氣為熱源、采用流化床的煤調(diào)濕裝置都在設(shè)計施工,預(yù) 計 2007 年底投產(chǎn)；中冶焦耐已完成以焦?fàn)t煙道氣為熱源、既能調(diào) 濕又能風(fēng)選的煤調(diào)濕中試試驗,即將進行工業(yè)裝置試驗。(5)煤預(yù)成型技術(shù) (DAPS)煤預(yù)成型技術(shù) (DAPS) 是將配合好的人爐煤 (濕煤)送人流化床干 燥分級機,將其水分由 9 %降至 1 . 8%。然后,用旋風(fēng)分離方式將 粒徑0. 3mm 的微粉分出,微粉入輥壓成型機,壓成小球狀,再和 干燥后的大粒煤混合,加入焦?fàn)t煉焦。將發(fā)塵性高的微粉煤在

8、干燥 狀態(tài)下壓實為球狀后人爐,既可以提高焦炭強度,又可以使發(fā)塵性 得到抑制。采用 DAPS 煉焦技術(shù)的效果見下表。（6）選擇粉碎選擇粉碎工藝根據(jù)煉焦煤料中煤種和巖相組成在硬度上的差異， 按不同粉碎度要求，將粉碎和篩分 （或風(fēng)力分離 ）結(jié)合在一起，使煤 料粒度更加均勻，既能消除大顆粒又防止過細(xì)粉碎，并使惰性組份 達到適當(dāng)細(xì)度。該工藝能夠提高煤的結(jié)焦性和減少焦炭裂紋。由于煤粒分離方法上的差異，選擇粉碎又可分為機械選擇粉碎 和風(fēng)力選擇粉碎。風(fēng)力選擇粉碎不僅在生產(chǎn)能力、投資、能耗、運 行等方面顯著優(yōu)于機械選擇粉碎，而且除了可以像機械篩分那樣將 大顆粒煤分離出，還可以把密度大的惰性組份和灰分高的煤分離出

9、 來，使之粉碎得更細(xì)，從而消除或減少裂紋中心，提高焦炭強度。我國煉焦配煤中難粉碎的氣煤配比較高，風(fēng)力選擇粉碎工藝非 常適應(yīng)這一煤質(zhì)特點。 2003 年底，酒泉鋼鐵集團公司焦化廠從俄羅 斯引進的我國第一套風(fēng)選配煤工藝裝置投產(chǎn)調(diào)試，其生產(chǎn)能力為 500t/ h。該套裝置2004年7月通過考核驗收，所生產(chǎn)的焦炭強度 M40提高了 1. 52個百分點，M10改善了 0 . 81. 0個百分點一些煉焦工作者針對我國南方煤水分大的特點，提出了先煤調(diào) 濕（煤干燥 ）再風(fēng)力選煤的工藝方案。(7)配添加物所謂配添加物就是在裝爐煤中配入適量的粘結(jié)劑和抗裂劑等非 煤添加物，以改善其結(jié)焦性的一種煉焦煤準(zhǔn)備技術(shù)措施。配

10、粘結(jié)劑 工藝適用于低流動度的弱粘結(jié)性煤料，有改善焦炭機械強度和焦炭 反應(yīng)性的功效；配抗裂劑工藝適用于高流動度的高揮發(fā)性煤料，可 增大焦炭塊度、提高焦炭機械強度、改善焦炭氣孔結(jié)構(gòu)。日本研究 含有金屬鐵的焦炭，借助于金屬鐵的催化作用，可以大大提高焦炭 的反應(yīng)性，從而使高爐熱保存帶溫度降低 100 C,高爐還原劑比降 至 300kg t。22 焦?fàn)t加工工藝(1)焦?fàn)t大型化焦?fàn)t的大型化，是實現(xiàn)冶金焦生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑。 增加炭化室容積，在生產(chǎn)同等規(guī)模的焦炭量的情況下，可以大大減 少出爐次數(shù)，減少陣發(fā)性的污染，改善煉焦生產(chǎn)環(huán)境；焦?fàn)t大型化 的本身就能提高焦炭質(zhì)量，并有利于提高焦?fàn)t的自動化水平，

11、降低 能耗，適應(yīng)高爐大型化對焦炭質(zhì)量及其穩(wěn)定性的要求；焦?fàn)t大型化 可以顯著提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，提高焦化產(chǎn)品的競爭能 力。一般情況下， 6m 焦?fàn)t的焦炭比 43m 焦?fàn)t焦炭 M40 提高12個百分點，M10降低0 . 2個百分點左右。目前，為滿足各種規(guī)模焦化廠的需要，我國已開發(fā)出 698 米 頂裝焦?fàn)t，現(xiàn)正在鞍鋼鲅魚圈、邯鋼、本鋼和攀鋼施工建設(shè)。引進的 7 63 米超大容積焦?fàn)t已在兗礦焦化、太鋼和馬鋼投產(chǎn)，并正在 武鋼、首鋼京唐和沙鋼設(shè)計或施工。我國開發(fā)的 55 米搗固焦?fàn)t， 已在曲靖投產(chǎn)，并在金馬、旭陽、日照、神華二期和寶豐設(shè)計施工。 中冶焦耐公司開發(fā)的世界最高的 6 25 米搗固焦

12、爐已在唐山佳華設(shè) 計施工，預(yù)計 2008 年 8 月投產(chǎn)。(2) 增加焦?fàn)t炭化室寬度增加焦?fàn)t炭化室寬度，具有提高裝爐煤散密度，改善焦餅水平收縮，使焦炭的機械強度提高，平均塊度增大，煤源適用范圍廣等優(yōu)點。我國已將 43 米頂裝焦?fàn)t寬度從 450mm 加大至 500mm ，在全國已廣泛應(yīng)用。中冶焦耐公司新開發(fā)的 698 米頂裝焦?fàn)t，既有爐寬 450mm ，又有爐寬加大至 500mm 的。(3) 降低結(jié)焦速度或燜爐降低結(jié)焦速度或燜爐都是適當(dāng)?shù)匮娱L結(jié)焦時間。生產(chǎn)實踐表明，對于粘結(jié)性較好的煤，適當(dāng)降低結(jié)焦速度，延長結(jié)焦時間，可以提高焦炭的機械強度。焦餅成熟后，再經(jīng)一段燜爐時間，可以使焦炭均勻成熟，粒度均

13、勻化，焦炭質(zhì)量提高。我國 6m 焦?fàn)t的結(jié)焦時間就是基于上述經(jīng)驗確定的，所生產(chǎn)的焦炭質(zhì)量得到提高。結(jié)焦時間延長 1h，M40 提高 1 個百分點。寶鋼焦炭質(zhì)量如此之好，其中燜爐也起著一定的作用。23 焦炭的后處理（1）干法熄焦 （英文縮寫 CDQ）干法熄焦（簡稱干熄焦 ）是采用惰性氣體熄滅赤熱焦炭的熄焦方法，是一項成熟和先進的工藝，具有節(jié)能、提高焦炭質(zhì)量和環(huán)保三大優(yōu)點。干熄焦與濕熄焦相比，焦炭的 M40提高38個百分點，MIO改 善0. 30. 8個百分點，粒度均勻，反應(yīng)性降低。因此，高爐使 用干熄焦炭，可降低高爐焦比，有利于高爐爐況順行和提高高爐的 生產(chǎn)能力，對采用富氧噴吹技術(shù)的大型高爐效果更

14、加顯著。國際上 公認(rèn)，大型高爐采用干熄焦炭可降低焦比 2，提高高爐生產(chǎn)能力 1；保持同樣焦炭質(zhì)量，采用于熄焦技術(shù)，可降低強粘結(jié)性的焦、 肥煤配比，有利于保護資源、降低煉焦成本。由于干熄焦提高焦炭質(zhì)量給高爐生產(chǎn)帶來可觀收益，和節(jié)能帶來可觀收益，所以干熄焦有著很好的投資收益。1 X 140|/h干熄焦裝置（全部國產(chǎn)化 ）的經(jīng)濟效益分析如下所述：估算總投資 15000 萬元， 1 X 140th 干熄焦裝置 （每年處理焦炭 110萬t）可創(chuàng)效益6940余萬元，噸焦收益達63 . 09萬元，扣除噸 焦綜合成本38 . 70元，干熄焦凈收益達24 . 39元/1焦，投產(chǎn)回 收期約為 7 19 年。正是由

15、于干熄焦具有上述可觀的效益，因此我國大力推廣干熄 焦技術(shù)?，F(xiàn)在我國已投產(chǎn)干熄焦裝置 44 套，干熄焦炭能力約為3000 萬噸。至 2008 年底，我國運行的干熄焦裝置將達到 80 套， 干熄焦炭能力將達到 7800 萬噸，位居世界第一位。(2)新型濕法熄焦新型濕法熄焦工藝深入剖析濕法熄焦原理，對傳統(tǒng)濕法熄焦的 噴灑方式、噴灑量及控制方式加以改進，達到熄后焦炭水分均勻、 穩(wěn)定且低的目的。采用新型濕法熄焦可使焦炭水分穩(wěn)定在2% 4%之間，比濕法熄焦焦炭水分至少降低 2 個百分點，焦炭水分每降低 1 個百分點，高爐焦比可降低 13%15 %。因此，新型濕法熄 焦對高爐冶煉穩(wěn)定操作、降低成本有著顯而易

16、見的效果。目前在世 界上比較成熟的新型濕法熄焦工藝有美鋼聯(lián)開發(fā)的低水分熄焦工藝 和德國的穩(wěn)定熄焦工藝，前者已在我國得到推廣應(yīng)用，后者也已在 中冶焦耐與 UHDE 公司合作設(shè)計的 763m 焦?fàn)t中運用。(3)焦炭整粒如前所述，采用富氧噴吹技術(shù)的高爐對焦炭的強度、粒度均勻 性等焦炭質(zhì)量提出了更高的要求。有著原生裂紋的焦炭其破裂成塊 是通過外力作用和焦塊之間的摩擦最后完成的，其完成的深度取決 于外界條件的作用。為了穩(wěn)定焦炭的性能，使焦炭這種磨損破裂過 程完成于進入高爐前，必須對熄焦后的焦炭采取整粒工藝措施。焦炭整?？梢圆捎们薪构に?，但適當(dāng)?shù)卦黾雍Y運焦系統(tǒng)的皮帶轉(zhuǎn)運次數(shù)和落差高度也能達到較好的整粒效果

17、。在這里需要指出的是 (2)中所述的新型濕法熄焦也具有整粒功能(4) 噴灑焦炭添加劑將特殊的焦炭添加劑溶液如硼酸復(fù)合劑噴灑到熾熱的焦炭上， 可以使處理過的焦炭的反應(yīng)后強度(CSR)和反應(yīng)性(CRI)得到顯著改 善。例如，昆明鋼鐵股份有限公司在 6號高爐(2000m3)進行了工業(yè) 性試驗，試驗結(jié)果表明：噴灑過添加劑的焦炭反應(yīng)性 (CRI) 較未噴灑 的 CRI 降低了 313 個百分點， CSR 提高了 472 個百分點。日 本在 DI15150 保持在 862、CSR 保持在 716 的情況下。噴灑焦炭添加劑之所以能夠改善焦炭的熱性質(zhì)，主要是由于所 噴灑的添加劑在焦炭表面形成一層 “保護膜”，

18、既可以降低焦炭的反 應(yīng)性，又可以對焦炭內(nèi)的堿起屏蔽作用，還可以抵抗堿的侵蝕。(5)甲烷化學(xué)氣相滲透沉積甲烷在焦炭和炭系物的小孔中進行熱解炭的氣相滲透沉積，能 有效地修飾焦炭氣孔，在氣孔中形成一層均勻的熱裂解炭，這種熱 裂解炭具有各向異性，抗二氧化碳反應(yīng)能力強，故可以達到降低焦 炭反應(yīng)性，提高焦炭反應(yīng)后強度。相關(guān)試驗表明，甲烷滲透沉積的 焦炭抗 CO2 反應(yīng)能力大幅提高， CRI 和 CSR 明顯改善，分別降低 約 10 個百分點和提高約 14 個百分點。3 提高焦炭質(zhì)量技術(shù)措施的原理分析如上所述，在焦炭生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施很多，但按各個技術(shù)措施提高焦炭質(zhì)量的基本原理進行分類

19、不外乎如下四個方面：一、增大裝爐煤的散密度，二、改善煤的性質(zhì)，三、改進煉焦工藝，四、改進焦炭后處理工藝。下面分別對這些基 本原理進行闡述。31 通過增大裝爐煤散密度提高焦炭質(zhì)量在上述的提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施中，煤料搗固、型煤壓塊、煤調(diào)濕和加高加寬炭化室都是通過增大裝爐煤散密度來實現(xiàn)提高焦炭質(zhì)量的。顯而易見，煤料搗固、型煤壓塊、可以提高裝爐煤散密度。而 煤調(diào)濕通過降低裝爐煤水分、提高裝爐煤的流動性來提高裝爐煤散 密度。炭化室加高則裝爐煤的 “自由下落 ”時間延長、動能增加，裝 爐煤散密度因而增加，而炭化室加寬則可相對減少炭化室墻對裝爐 煤的“邊壁效應(yīng) ”，增加裝爐煤散密度。那么，增加裝爐煤散密度

20、為什么能夠提高焦炭質(zhì)量呢 ?這是由于 煉焦過程中，煤顆粒之間發(fā)生表面粘結(jié)和界面反應(yīng)。裝爐煤散密度 大，則單位容積內(nèi)熱態(tài)煤顆粒之間的接觸點多，熱解液相產(chǎn)物和氣 相產(chǎn)物多，膨脹壓力大，這有利于表面粘結(jié)和界面反應(yīng)。所以增大 裝爐煤散密度可以改善焦炭氣孔結(jié)構(gòu)，提高焦炭質(zhì)量。3 2 通過改善配合煤的性質(zhì)提高焦炭質(zhì)量在上述的提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施中，優(yōu)化配煤、選擇粉碎和配添加物，都是通過改善配合煤的性質(zhì)來提高焦炭質(zhì)量的。毫無疑問，配合煤的性質(zhì)是決定焦炭質(zhì)量的內(nèi)在因素，而改善 配合煤的性質(zhì)也就是提高焦炭質(zhì)量的最直接最有效的技術(shù)措施。要 改善配合煤的性質(zhì)，就必須依據(jù)焦炭質(zhì)量的目標(biāo)要求，選擇恰當(dāng)?shù)?配煤指標(biāo)，而

21、配煤指標(biāo)的選擇依據(jù)于相關(guān)的理論研究，例如，運用 煤巖學(xué)指導(dǎo)煉焦的理論研究，焦炭強度預(yù)測的理論研究以及焦炭的 宏觀和微觀性質(zhì)、冷態(tài)和熱態(tài)強度以及新的成焦理論的研究等。33 改善煉焦工藝提高焦炭質(zhì)量在上述提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施中降低結(jié)焦速度或燜爐以及干熄焦都是通過改善煉焦工藝來提高焦炭質(zhì)量的。顯而易見，選擇合適的結(jié)焦速度是確定煉焦工藝的很重要的一個方面，之所以把干熄焦也歸類到改善煉焦工藝之中，是由于干熄焦時焦炭要在干熄爐預(yù)存段停留一段時間，這就相當(dāng)于1000 C（士 5GE）的焦炭在干熄爐中 燜”了一段時間，起到了煉焦過程中的 燜爐”的作用。煤料結(jié)焦的熱量是通過兩側(cè)爐墻提供的，熱量從兩側(cè)傳向炭化

22、室中心。因此，結(jié)焦過程是從兩側(cè)炭化室墻面開始，逐漸移向炭化 室中心的層狀結(jié)焦過程。該結(jié)焦過程決定了當(dāng)爐內(nèi)焦炭達到焦餅成 熟標(biāo)志即其中心溫度達到1000 C （ 士 502）時，焦餅內(nèi)部的溫度場是 不均勻的，焦餅寬向 （即從炭化室墻面到炭化室墻面 ）和長向 （機焦側(cè)方向）的成熟程度也是不一致的，如果在這個時候結(jié)束煉焦，則推出 炭化室的焦餅的 “結(jié)焦 ”時間相對短的部分如焦餅中心或機焦側(cè)爐頭 部分就可能不成熟、出現(xiàn)生焦。因此，針對這種結(jié)焦特性，在焦餅 中心溫度達到1000 c（土 50C）時，再設(shè)置一段 燜爐”時間，使焦餅 的溫度場盡可能達到均勻，使焦炭的機械和物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變， 使可能存在的生焦成熟。這就是焦?fàn)t延長結(jié)焦時間即燜爐和干熄焦 的焦炭在預(yù)存室中停留11. 5h可以提高焦炭質(zhì)量的基本原理。34 通過改善焦炭的后處理工藝提高焦炭質(zhì)量在上述提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施中新型濕法熄焦、焦炭整粒、干熄焦和噴哂焦炭添加劑等都是通過改善焦炭的后處理工藝來提高焦炭質(zhì)量的。新型濕法熄焦除了能夠降低焦炭水分外，還因為它采用大水流 熄焦