《新一代焦炭生产技术(SCOPE21)的开发与实机应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新一代焦炭生产技术(SCOPE21)的开发与实机应用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太钢译文 新一代焦炭生产技术(SCOPE2 1) 的开发与实机应用 王中伦译张志仁校 1绪言 在高炉生产中，焦炭被用作铁矿石的还 原材料。铁矿石(烧结矿)与焦炭按层次从炉 顶装入高炉。高炉内，从炉顶装入的原料在 下降过程中被上升的高温气流加热，直接或 间接地进行了还原反应，将铁和炉渣分离开 来，生产出生铁。为了还原铁矿石高炉内的 焦炭必须具备，高炉内通气、通液功能； 热交换、熔化功能；还原材料等三个功能。 在大型高炉内能稳定、有效地与铁矿石进行 还原反应，在高炉内同时完成上述作用，焦 炭作为坚挺而廉价的碳材料，越来越被重 视。 日本现在运行中的焦炉共有48座，这些 焦炉大都是在昭和4O年代(1
2、965年1975 年)经济高速成长期集中建设的，焦炉的平 均运行年数都已经超过35年。因此，在21 世纪初的不久将来，将迎来日本焦炉去旧迎 新时期。届时应针对焦炉的置换(新焦炉的 建设)开发出具有新一代生产工艺的焦炉。 现在焦炭的生产工艺，必须大量采用粘性煤 作原料。在煤资源受限的今天，焦炭生产还 存在生产率低、能源浪费大、生产工艺适应环 境的能力低等很多急需解决的课题。焦炉更 新置换是解决焦炭生产现状存在问题的绝好 机会。 从总体煤资源看，适合做炼铁焦炭原料 的优质粘性煤比率较少，开发大量使用低粘 性煤的炼焦技术，从有效利用煤资源的观点 看大有意义。 在这种背景下，作为日本国家课题，由钢 铁
3、联盟的参加企业负责，从1994年开始到 2003年进行了新一代焦炭生产技术的开发。 本课题被称作目标21(SCOPE21：Super Coke Oven for Productivity and EnvironmentM en hancement toward the 2 1 st century)。 本文对新一代焦炭生产技术(SCOPE2 1) 的开发过程和实际应用进行说明。 2 SCOPE21生产工艺的开发状况 21 SCOPE21生产工艺的特点与开发课题 图1是SCOPE21的生产工艺。SCOPE21 生产工艺的主要课题有：大幅度提高产能 技术开发；有效利用煤资源技术开发；节 能技术开发
4、；提高适应环境能力技术开发。 为了使SCOPE21生产工艺的产能比原 来室炉法有大幅度提高，考虑将对应焦炭生 产工艺各功能的干馏设备分成三个单元，并 通过这些单元的有效组合，研究出彻底把室 炉式焦炉工艺的生产产能提高到极限的方 法。 2 2012年第4期 热压块机 流体干燥器 图1 SCOPE21工艺的示意图 第一个工艺，用流动床式干燥分级机对 炼焦用煤进行干燥分级，然后把分级出来的 粗粒煤和微粉煤都快速加热到330 380， 把微粉煤用热成形机成形，然后与粗粒煤混 合。采用这些煤的事前处理技术，可大幅度 提高不适宜作焦炭原料的低品位原料煤(非 粘性煤)的使用比率，同时，也大幅度地提高 了焦炭
5、产能，节省了大量的能源。 第二个工艺，把经高温加热的煤装入有 高导热率薄壁耐火砖的焦炉碳化室内进行干 馏，由于把焦炭干馏温度设定在比通常干馏 温度(约100Oo【二)低的低温(中低温干馏：约 700 800)范围，所以缩短了焦炭在碳化室 内的干馏时间。 第三个工艺，把从焦炉低温出窑的焦炭， 用CDQ(Coke Dry Quenching)I热到通常的 干馏温度(约1000oC)的水平时，不仅可确保 焦炭有同样的质量水平，而且也大幅度地提 高了生产率。 开发的由以上三个基本工艺组成的新炼 焦生产技术，如图2所示大幅度地缩短了焦 炭的干馏时间，把原来焦炭生产工艺紧凑化， 达到了生产优质焦炭的目的。
6、 1000 ，、800 v 600 嚣 。o 2OO 0 CDQ 炭高炉 0 2 4 6 8 l0 l2 l4 l6 l8 20 时间(h) 图2 SCOPE21和普通工艺的炼焦时间比较 22 SCOPE21工艺中提高焦炭质量的技术 图3所示是SCOPE21工艺中提高焦炭 质量技术的概要。煤经预热后进行粗粒煤和 微粉煤分级，微粉煤经热成形后装入焦炉碳 化室，起到了提高堆密度效果。另一方面，把 煤快速加热，进行改质处理，提高了碳化的效 果，使焦炭强度维持在高炉规定强度的基础 上，把非粘性煤的使用比率从原技术的20 提高到开发技术的50，实现了技术开发的 目标。 23研究开发的阶段和实验装置的操作
7、试验 在SCOPE21工艺开发过程中，从1994 年开始到1995年进行了基础技术研究，在 研究结果的基础上，从1996年开始到1998 太钢译文 3 年进行了因素技术研究，从1998年到1999 年进行了实验室水平的实验。SCOPE21工艺 的开发日程如表1所示，各开发阶段的实验 墨 寸 骥 器 ， 焦炭装炉的体积密度(kgms) 图3提高焦炭质量的技术 规模分别示于表2。 在初期的基础试验阶段，为了弄清煤的 快速加热对焦炭强度的影响，以及快速加热 表1开发时间表 (年度) 1 6 l l997 I 1998 l 1999 I 2000 I 2l I 2oo2 l 2003 基础研究 实验室
8、规模试验 试验设备试验 试验操作 表2 SCOPE21课题的R&D阶段 时煤的可处理性，采用了200kg的小型实验 装置进行了基础性调查研究，同时用煤处理 量为90kg的实验室实验装置对焦炭的转鼓 强度进行了评价。 然后，为了取得以实验装置设计及工程 学数据，以因素技术研究为目的，进行了实 验室试验。实验室装置煤的处理量为06th， 相当于实机设备的1200。 接着，为了验证SCOPE21的开发理念和 取得实机设备所必须的数据，建设了实机规 模的试验设备。具有煤的预处理干馏炉一 系列设备功能的实验设备建在新日铁(株)名 古屋制铁所内，从2002年3月到2003年3 月进行了实验设备的操作试验。
9、实验设备的 工艺流程如图4所示。实验装置的煤的预处 理量为6th，是实机设备规模的120。实机设 备有干馏炉1窑，其焦炉的炉身长度是实机 的12，为8m；炉宽与实机相同，尺寸为 450mm，炉子高度为75m，与实机尺寸相同。 实验装置的试验操作分低温条件设定的第1 次操作(炉温：11001150)和在高温条件 下的第2次操作(炉温：1200 1280)两个 2012年第4期 阶段，实施了约1年。共进行焦炭的干馏试 验计440次。 经实验装置的系列焦炭生产操作试验， 结果表明，采用煤的高温快速加热处理，提高 了焦炭强度(DI )，在使用了50非粘性煤 的情况下，生产出了强度高的高炉用焦炭，确 认
10、是一种可行的、高效率的焦炭生产工艺(图 图4 SCOPE21中间试验设备的工艺流程 - 一， 0- - 合撷j )锺合物(x) 龠锈(x 物(y I5 4114 14 6l， 713 。，12 91l， 0 l I， O ，2 D 9 2，丹 IO 4 Ave863 Ave848 AVe8 54 _-： 一一 一一 一 I-， - 一鼻 。 。ih t5 414 5114 6113 13 812 9I1 Onl 1lI10 I20 l，9 28 310 4J 干燥 图5 SCOPE21中间试验设备试验时的DI 的变化 5)。另外，通过对燃烧炉的研究，开发了可以 低NOx燃烧的新焦炉燃烧技术。
11、SCOPE21课题新技术的开发成果主要 有： (1)煤资源有效利用技术 原焦炭生产工艺，如果多量使用粘性低 的非粘性煤，焦炭强度低。因此，原焦炉仅能 使用不足20的非粘性煤。采用SCOPE21 工艺，通过煤在33038O快速加热处理，提 高了煤的粘结性和碳化性。另外把原料煤中 的微粉成块化处理，提高了堆密度，同时也提 高了碳化性。由于这些效果，在非粘性煤使 用量达到50的情况下也能生产出高强度 的焦炭。采用本技术，预计焦炭生产原料中 的非粘性煤使用比例可达到50以上。 (2)提高焦炭生产率的技术 太钢译文 5 这是把事前经快速加热处理的高温煤装 入焦炉碳化室的生产方式，它缩短了焦炭生 产时间，
12、产能大幅度地提高。 (3)节能技术 建设一台年产焦炭100万t规模的 SCOPE21型焦炉的节能效果与原室炉式焦 炉相比，如果将节能效果换算成原油，相当于 节约了1O万kL原油，可减排CO 40万t。确 立了SCOPE21节能的基础技术。 3 SCOPE21新型焦炉的建设及运行状况 接受了这一国家课题的研究成果，把 SCOPE21型新焦炉第l号机建在新日铁 (株)大分制铁所。大分制铁所的5号焦炉建 设工程概要如表3所示。建设工程从2006 年4月开始到2008年4月完成。焦炉炉体 的建设工程于2008年1月完成，2008年2 月1日，焦炉开始装煤，第2天第1炉焦炭出 窑。之后便开始了煤的预处理
13、设备、焦炉、改 质室(CDQ)等的系统综合运转，2008年5月 正式竣工。 表3大分制铁所5号焦炉运转的建设日程表(年度) 2004 2005 2006 2007 2008 环保评价 建设 2008 2月 1日运皓 I 大分5号焦炉设备的流程如图6所示， 主要设备参数如表4所示。焦炭生产能力为 表4大分制铁5号焦炉系统的设备性能参数 100万t年，碳化室为64孔，碳化室炉宽为 O45m，炉高为67m，炉长为166m。用粉碎 机把煤粉碎至3mm以下，然后用流动床干燥 分级机把经粉碎的煤分成微粉煤和粗粒煤。 进一步将粗粒煤用气流塔式加热机快速加 热到约350C，再把微粉煤用成块机成块，然 后与粗粒煤混合装入焦炉。大分5号焦炉的 建设状况和建设完成后的外观分别示于图7 和图8。现在大分新焦炉的工艺以配用50 以上非粘性煤为条件，稳定地生产出高强度 焦炭为目标，正在继续调试中。 4结束语 2008年2月，以日本国家课题开发的新 一代SCOPE21工艺第1座焦炉在新日铁 (株)大分制铁所开始投入运行。这些技术的
