提高煤比對原燃料質(zhì)量的要求

陳廣成

(馬鋼股份公司采購中心 安徽馬鞍山 243000)

1 高爐原燃料的使用

高爐使用的原燃料有冶金焦炭、噴吹煤粉、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦。冶金焦炭是由不同結(jié)焦特性的單種煤，按一定比例配合、生產(chǎn)而成；噴吹煤粉是由煙煤和無煙煤混合而成；燒結(jié)礦是含鐵粉礦混合燒結(jié)后的產(chǎn)品；球團(tuán)礦是以鐵精粉為原料生產(chǎn)的；塊礦是由原礦破碎直接所得。

馬鋼煉焦生產(chǎn)技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，生產(chǎn)的焦炭在熱態(tài)、冷態(tài)強度、反應(yīng)性、反應(yīng)后強度、灰分和揮發(fā)分控制及穩(wěn)定性等各方面都優(yōu)于外購焦炭。馬鋼高爐生產(chǎn)用焦炭主要以自產(chǎn)焦炭為主，少量外購。

進(jìn)口礦占燒結(jié)礦含鐵原料的90%以上；造球精粉主要是來自馬鋼自有礦山，少量外購高品質(zhì)精粉做補；入爐塊礦主要來自澳洲，少量自產(chǎn)低品塊礦。

馬鋼一直致力于在煤比提高上的分析、研究，近幾年高爐煤比也在穩(wěn)步提升，目前各高爐煤比長期穩(wěn)定在140 kg/t以上，部分高爐煤比可以達(dá)到180 kg/t的水平。

2 高煤比對煤粉、焦炭質(zhì)量的要求

2.1 噴吹煤粉的質(zhì)量是影響煤比提高的最直接因素，提高煤比貴在提高有效煤比

燃燒性能要好。由于風(fēng)口前碳多氧少，溫度超過CO2穩(wěn)定存在的溫度，在風(fēng)口有限的空間、時間內(nèi)，可以充分的燃燒，降低未燃煤粉量。高煤比一般要求煤粉燃燒率要達(dá)到70%-80%。

膠質(zhì)層厚度要低。膠質(zhì)層厚度大，未燃煤粉在風(fēng)口前容易結(jié)焦，影響風(fēng)口的正常進(jìn) 風(fēng)，甚至造成風(fēng)口設(shè)備事故。

可磨性要好，粒度控制合適?？赡バ院糜欣诹６瓤刂?。為了保證噴吹煤粉的流動性，煤粉粒度一般要求無煙煤-200目的應(yīng)達(dá)到80%-85%，煙煤-200目的達(dá)到 50%-65%。

含硫量要低。煤粉是從爐腹噴入高爐，為改善生鐵的質(zhì)量，要求煤粉的硫分要低，一般要求小于0.7%。

2.2 焦炭在高爐內(nèi)起“骨架”作用，穩(wěn)定料柱

煤比提高后，焦比降低，礦焦比增大，整個料柱中焦炭層厚度、焦窗面積減小，軟熔帶阻力加大，在渣量較大時，這種現(xiàn)象更為突出；同時，煤比提高意味著風(fēng)口區(qū)煤氣量劇增，要求料柱特別是爐腹區(qū)域的透氣性要高。

因此，高煤比對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求。

冷態(tài)強度。冷態(tài)強度反應(yīng)焦炭內(nèi)部裂紋的多少及嚴(yán)重程度。

煤比提高后，焦炭在高爐內(nèi)停留時間延長，荷重增加，溶損率提高，受到的侵蝕及熱應(yīng)力破壞作用更加明顯；同時初始煤氣流中H2含量明顯增加，實踐證明由于還原產(chǎn)物H2O在高溫下與焦炭產(chǎn)生H2O+C=H2+CO反應(yīng)，使溶損上升，強度下降。

冷態(tài)強度一般以M40和M10來衡量，高爐中焦炭的M40>80%，M10<10%，在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可。

熱態(tài)強度。焦炭的反應(yīng)性(CRI)是指焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性，反應(yīng)后強度(CSR)是指焦炭在爐內(nèi)的高溫強度。CRI越低，CSR越高，焦炭的熱態(tài)性能就越好，在爐內(nèi)支撐料柱的作用就越強。CRI<25%，CSR>60%有助于高爐煤比的近一步提高。

揮發(fā)分、灰分含量。揮發(fā)分高，焦炭氣孔壁材質(zhì)疏松，耐磨強度和反應(yīng)后強度就低。焦炭的灰分與強度幾乎成線性關(guān)系，即灰分增加，強度下降。

馬鋼生產(chǎn)使用焦炭的M10、M40、CSR和CRI數(shù)據(jù)如下：

指標(biāo)(%)M10M40CSRCRI灰分揮發(fā)分自產(chǎn)焦炭5.5089.0068.5023.2512.51.3外購焦炭5.7087.9062.3828.0512.81.6

高質(zhì)量的焦炭為煤比的提高打下了堅實的基礎(chǔ)。

3 鐵礦石質(zhì)量對煤比提高的影響。

高爐生產(chǎn)實踐證明，提高產(chǎn)能和煤比的限制性環(huán)節(jié)在下部透氣性和透液性的好壞，特別是大量噴煤的高爐，由于料柱中焦炭體積比下降，焦炭裂化，未燃煤粉等對爐腹渣的流動性均有較大影響。提高高爐下部的透氣性和透液性就尤為重要。

3.1 渣量對煤比的影響

某鋼生產(chǎn)實踐表明，渣比在280 kg/t-290 kg/t時，高爐噴煤比最高達(dá)到195 kg/t-200 kg/t；當(dāng)渣比降至230 kg/t-240 kg/t時，噴煤比可達(dá)250 kg/t以上。

提高入爐含鐵料綜合品位，降低燒結(jié)礦種的SiO2含量是降低渣比的主要措施。

馬鋼生產(chǎn)系統(tǒng)入爐綜合品位在58%以上，燒結(jié)礦中SiO2含量控制在5.5%以下以降低渣量。目前高爐渣比區(qū)間在300 kg/t-350 kg/t，部分高爐控制在300 kg/以內(nèi)，對煤比的提高做出了積極貢獻(xiàn)。

3.2 爐渣透氣性、流動性對煤比提高的影響

下圖是高爐爐渣中Al2O3含量與粘度和脫硫系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。

圖2 高爐爐渣中Al2O3含量粘度和脫硫系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系

從圖中可以看出，隨著爐渣中Al2O3含量的增加，爐渣粘度相應(yīng)升高，流動性變差，當(dāng)Al2O3含量從17%增加到20%時，粘度增加十分明顯。同時，隨著Al2O3從17%-20%逐漸升高，硫在渣中的分配系數(shù)逐漸降低，對脫硫不利。

燃料帶入高爐的Al2O3占很大的比例，煤粉的灰分及Al2O3含量均低于焦炭，提高煤比，降低焦比不但可以降低成本，同時可以有效的控制Al2O3含量，Al2O3的降低對煤比的提高及配礦結(jié)構(gòu)調(diào)整均有利，他們之間的相互作用相輔相成。

隨著精料技術(shù)的進(jìn)步，渣量降低，渣中Al2O3的濃度相對升高，因此控制入爐料Al2O3含量尤為重要。高品低鋁鐵礦石資源一直受到高度追捧的原因就在于此，當(dāng)前鐵礦石中鋁含量的扣罰力度增加明顯，1%的Al2O3的扣罰從一年前的2美元上升至目前的8美元左右。

馬鋼生產(chǎn)實踐證明，當(dāng)渣中Al2O3含量超過16%時，高爐就會出現(xiàn)不穩(wěn)定跡象，因此，目前高爐渣中Al2O3控制在16%以下，這對煤比的提高有一定的積極作用。

3.3 堿金屬等有害雜質(zhì)含量低

堿金屬不但對爐底和爐襯材料侵蝕、循環(huán)富集造成高爐結(jié)瘤，更要命的是對焦炭的氣化反應(yīng)的催化作用明顯，使得焦炭的反應(yīng)性迅速提高，反應(yīng)后強度急劇降低，破壞焦炭的骨架作用和高爐的透氣性。從而制約了煤比的提高。

由于鋼材產(chǎn)品的高要求及環(huán)保因素的影響。鐵礦石中的其他有害元素如：P、S等必須嚴(yán)格控制以降低生產(chǎn)工序成本。

4 結(jié)論

精料是高爐順行的基礎(chǔ)，也是煤比提高的基礎(chǔ)。提高煤比對原燃料總的要求是：

煤粉自身的燃燒性能好，可磨性好，雜質(zhì)含量低，以確保煤粉燃燒效率，是煤比提高的先決條件。

提高焦炭強度，降低其灰分和揮發(fā)分，確保其骨架作用及料柱的透氣性是煤比提高的基礎(chǔ)。

提高入爐原料的綜合品位，降低渣量，控制原燃料中Al2O3的含量，提高爐渣的透液性和流動性，控制堿金屬等有害元素含量，減少對焦炭的破壞作用。

提高礦、焦的篩分效率，減少入爐粉末量，增加料柱透氣性。