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1、12摘 要此文主要论述了高炉冶炼中焦炭的作用地位，并写从高炉的热量来源和消耗上来谈降低焦比的措施和方法，并借鉴了世界上较为先进的节焦工艺和方法。关键词：焦比；焦炭作用；富氧鼓风；高压操作；节焦；1 文献综述 降焦节能是当前高炉炼铁的关键难题之一，高炉冶炼过程中的焦比和燃料比高低，是衡量高炉能否获得优良技术经济指标的重要参数，从长远意义上讲是决定高炉炼铁能否实现可持续发展的关键。此文论述了高炉操作和技术管理与降焦节能之间的关系。在理论分析与实践研究的基础上，探索出了高炉降焦节能的具体措施。 2 什么是焦比焦比-冶炼概念 煤炭焦比高炉炼铁的技术经济指标之一。即高炉每冶炼一吨合格生铁所耗用焦炭的吨数
2、。它是反映高炉炼铁原料、燃料、设备和技术操作水平的重要技术经济指标。1 公式焦比= 每昼夜的焦炭消耗量(吨) / 每昼夜的生铁产量(吨)或平均每炼一吨生铁所消耗的焦炭量，用千克表示。 焦比质量一般大中型高炉的焦比为0.60.8之间(或600800千克之间)。世界先进水平焦比已接近400千克，个别为350千克。3 降低焦比在高炉冶炼中的重大意义 降低焦比，即可使每批炉料中的矿石相对增多，焦炭相对减少，就能多出铁，降低炼铁成本。：4 焦炭在高炉冶炼中的地位和作用焦炭是为高炉冶炼提供热量和还原剂的重要炉 料。根据冶炼要求，高炉焦必须具有适当的化学性质 和物理性质，包括高温下的热态性质。自18世纪初叶
3、 焦炭用于高炉炼铁成功以来，已有200多年历史。为 满足高炉操作的要求，人们长期对焦炭性质进行过大 量研究。20世纪60年代以后，高炉炉容的大型化和冶 炼的强化对高炉焦的质量提出了更加严格的要求，人 们又通过高炉解剖，全面、系统地分析了焦炭在高炉 中的作月和行为，并据此提出对高炉焦的质量要求，研 究改善高炉焦质量的途径。 在高炉中的作用炼铁高炉是一个中空的竖炉， 自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。 铁矿石、焦炭和造渣熔剂等块状炉料从炉顶依次分批 装入炉内。焦炭在炉缸上部的风口区与由风口鼓入的 高温空气(或富氧空气)相遇，樵烧放热，燃烧产生 的Co:与风口边缘的焦炭反应生成的还原性
4、气体co 将矿石还原成生铁。每生产1t生铁需要的焦炭量 (kg)称为焦比，一般中型以上高炉的焦比约为 500kg/t。焦炭在高炉炼铁中是不可缺少的炉料，对高炉炼铁技术进步的影响率在30%以上，在高炉炼铁精料技术中占有重要的地位。焦炭对高炉炼铁的作用是：一是主要的热量来源，高炉炼铁炭素(包括焦炭和煤粉)燃烧所提供的热量，占高炉炼铁总热量来源的 71%。随着喷煤比的提高，焦炭用量在逐步减少。但是，焦炭的用量总是要大于喷煤量。理论最低焦比为250kg/t, 焦炭在风口燃烧掉55%65%。二是还原剂，焦炭还原作用是以 C和 CO形式来对铁矿石起还原作用。炉料到风口焦炭溶反应为25%35%。三是生铁的溶
5、碳，在高炉炼铁过程中焦炭中的碳是逐步渗透到生铁中。一般铸造生铁含碳3.9%左右，炼钢生铁在4.3%左右。生铁渗碳消耗焦炭7%10%。四是炉料的骨架作用，焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，球团矿，天然块矿)，又起到煤气的透气窗作用。 焦炭的 4种作用中，提供热源的主导作用不会改变，这就决定了理论焦比最低值。低于这个最低值，高炉炼铁就难以正常生产，或经济上就不合算了。在各种条件下高炉炼铁中碳的还原作用和渗碳功能不会有较大的变化。在高喷煤比条件下，焦炭的骨架作用会显得更加突出，相应对焦炭的质量要求也会越来越高。否则，是难以实现高喷煤比，高炉炼铁不能正常生产。焦炭从料线到风口平均粒度减
6、少20%40%。劣质焦炭和热反应性差粉化率会很大。焦炭质量变化对高炉炼铁的影响见表3: 焦炭质量变化对高炉炼铁的影响是比较大的。通过洗煤可以降低煤炭中的灰分和硫分，采用干法熄焦可以降低焦炭的水分，提高主焦煤的配比和条取综合技术装备可以改善焦炭的M40和M10指标。从技术上讲上述措施均是可行的。但是要把技术与经济管理相结合，找出最佳操作点，同时还要考虑到资源供给的条件。所以各企业要根据客观条件，本企业技术装备现状，科学、合理地提出不同时期不同炉容的高炉对焦炭质量标准。 高炉大型化以后对焦炭质量提出了新的更高要求，并对焦炭热性能等提出了要求。高炉大型化以后，料柱增高后，料的压缩率提高了，透气性变差
7、。特别是炉缸容积变大以后，炉缸的焦炭状态对高炉生产的影响更大了。不同容积的高炉又对焦炭质量要求见下表，炉容越大，要求越趋于严格。 由上表可知，随着高炉炉容的大型化，对 M40的要求愈来愈高，而对 M10的要求愈来愈低；同理，对 CSR的要求愈来愈高，而对 CRI的要求愈来愈低；而对灰分和硫分要求倒是越来越小，总体，对焦炭的冷热态强度提出更高要求。 高炉大型化对焦炭质量提出了更高要求。要使所炼焦炭质量能够适应高炉大型化发展，则可通过洗煤降低灰分和硫分；采用干法熄焦降低焦炭水分，提高主焦煤配比和采取综合技术装备可以改善焦炭的M10、M40 以及CSR 、CSI等指标。但在技术装备一定的情况下，扩大
8、焦、肥配比是大部分钢铁企业提高焦炭强度的有效途径和常用方法。据统计，目前我国鞍本钢、首钢等大中型钢铁企业高炉大型化取得突破性进展，其焦肥比炼焦配比与传统配比相比，至少提高了 5-10个百分点。以此推算，2006-2007年大型高炉炼铁所需焦炭增耗焦、肥煤约 450万吨/年。同时，近年来，我国钢铁企业自配焦炉产能占国内新建焦炉产能的比重逐年上升，2005年、2006年、 2007年分别占到57.8%、42.2%和81.4%。据统计，2006年2008年全国新建、拟建的焦炭产能中钢铁企业自配焦炉产能达到 4100万吨，占所有新增产能的68%。这两方面因素共同影响，必将对稀缺的焦、肥煤资源形成旺盛需
9、求，并将进一步加剧钢铁配套焦化厂与独立焦化企业竞购焦、肥煤的激烈程度。 （待续） 5 高炉冶炼对焦炭质量和性能的要求焦炭质量好坏，直接影响高炉冶炼过程的进行及能否获得好的技术经济指标，因此对入炉焦炭有一定质量要求。5.1 化学性质5.1.1固定炭和灰分：固定碳和灰分 焦炭中的固定碳和灰分的含量是互为消长的。固定碳按下式计算：(C固)=100(灰分十挥发分十硫)要求焦炭中固定碳含量尽量高，灰分尽量低。因为固定碳含量高，发热量高，还原剂亦多，有利于降低焦比。生产实践证明：固定碳含量升高l，可降低焦比2。焦炭中灰分的主要成分是Si02、A12O3。灰分高，则固定碳含量少，而且使焦炭的耐磨强度降低，熔
10、剂消耗量增加，渣量亦增加，使焦比升高。生产实践还证明：灰分增加l，焦比升高2，产量降低3。我国冶金焦炭灰分一般为11l4。5.1.2硫磷含量：硫和磷在一般冶炼条件下，高炉冶炼过程中的硫有80是由焦炭带入的。因此降低焦炭中的含硫量对降低生铁含硫量有很大作用。在炼焦过程中，能够去除一部分硫，但仍然有7090的硫留在焦炭中，因此要降低焦炭的含硫量必须降低炼焦煤的含硫量。焦炭中含磷一般较少。5.1.3挥发分和水分：挥发分 焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的H2、CH4、N2等物质。挥发分本身对高炉冶炼无影响，但其含量的高低表明焦炭的结焦程度。正常情况下，挥发分一般在07l2。含量过高，说明焦
11、炭的结焦程度差，生焦多，强度差；含量过低，则说明结焦程度过高，易碎。因此焦炭挥发分高低将影响焦炭的产量和质量。焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的，通常为26。焦炭中的水分在高炉上部即可蒸发，对高炉冶炼无影响。但要求焦炭中的水分含量要稳定，因为焦炭是按重量入炉的，水分的波动将引起入炉焦炭量波动，会导致炉缸温度的波动。可采用中子测水仪测量入炉焦炭的水分，从而控制入炉焦炭的重量。5.2物理性质5.2.1 机械强度 焦炭的机械强度是指耐磨性和抗撞击能力。它是焦炭的重要质量指标。高炉冶炼要求焦炭的机械强度要高。否则，机械强度不好的焦炭，在转运过程中和高炉内下降过程中破裂产生大量的粉末，进入初渣，使炉渣的黏度
12、增加，增加煤气阻力，造成炉况不顺。目前我国一般用小转鼓测定焦炭强度。小转鼓是用钢板焊成的无穿心轴的密封圆筒，鼓内径和宽均为1000mm，内壁每隔90焊角钢一块，共计4块。试验时，取粒度大于60mm 的焦炭30kg，放人转鼓内，转鼓以25rmin的速度旋转100转，即4min，倒出试样，用40mm和声l0mm的圆孔筛筛分，以大于40mm的焦炭占试样总量的百分比(以M40表示) 作为破碎强度指标，以小于l0mm的焦炭占试样总量的百分比(以M10表示)作为耐磨强度指标。M40愈大，Ml0愈小，表明焦炭的强度愈高。一般要求M4072，Ml010。应该指出，小转鼓强度只代表焦炭在常温下的强度，并不能代表
13、焦炭在高炉内的实际强度。鉴定焦炭在高温下的强度的方法有待于进一步研究5.2.2粒度 粒度均匀、粉末少对于焦炭粒度，既要求块度大小合适，又要求粒度均匀。大型高炉焦炭粒度范围为2060mm，中小高炉用焦炭，其粒度分别以2040mm和大于15mm 为宜。但这并不是一成不变的标准。高炉使用大量熔剂性烧结矿以来，矿石粒度普遍降低，焦炭和矿石间的粒度差别扩大，这不利于料柱透气性，因此，有必要适当降低焦炭粒度，使之与矿石粒度相适应 焦 3焦炭的化学性质 焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。燃烧性是指焦炭在一定温度下与氧反应生成C02的速度，即燃烧速度。其反应式为：C+02=C02反应性是指焦炭在一
14、定温度下和C02作用生成C0的速度。反应式为：C+C02=2CO若这些反应速度快，则表明燃烧性和反应性好。一般认为，为了提高炉顶煤气中的CO2含量，改善煤气利用程度，在较低温度下，希望焦炭的反应性差些为好；为了扩大燃烧带，使炉缸温度及煤气流分布更为合理，使炉料顺利下降，亦希望焦炭的燃烧性差一些为好。但焦炭的燃烧性、反应性究竟在多大程度上影响有待于进一步研究。 6降低焦比的措施6.1 用精料和熟料：使用精料 使用精料是高炉高产、优质、低耗的基础。提高入炉的矿石品位，将有效地减少熔剂用量和降低渣量，既能降低高炉冶炼能耗，又可改善料柱透气性。入炉矿石品位每提高1，约可降低焦比1.52.0,提高产量2
15、.53.0。用熟料 使用熔剂性烧结矿或球团矿，可大幅度提高矿石还原性能和软化温度，减少低温还原粉化率和熔剂用量，从而提高高炉中CO的利用率，节约能耗。此外还有利于改善造渣过程，促进高炉热制度的稳定和炉况顺行。根据中国一些炼铁厂的经验，每提高 1熟料比，约可节约燃料23公斤吨生铁。 6.2 善烧结矿强度及高温冶金性能: 筛除粒度小于5毫米的矿粉，控制入炉矿石粒度和按粒度分级入炉，可以有力地改善炉料透气性和煤气分布均匀性，有利于强化冶炼。稳定原料成分可稳定高炉冶炼，改善生铁质量。改善烧结矿（球团矿）的还原性，提高软化温度，改进熔滴性能，对节约能耗、提高产量都很有效。 6.3 炉喷吹燃料：从风口直接把辅助燃料吹入炉缸，代替部分风口前燃烧的焦炭,以降低焦比,强化冶炼。高炉可以喷吹的燃料分液体（重油、轻油、原油、焦油及沥青等）、固体(无烟煤、烟煤、焦粉等)和气体（天然气、焦炉煤气以及炉身喷吹用还原性气体等）三类。中国主要喷吹煤粉
