建立焦炭評(píng)價(jià)辦法及應(yīng)用實(shí)踐

李 斌

（陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715400）

鐵前成本在長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)中占比達(dá)到80%，而低成本是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的核心，因此鐵前工序在鋼鐵企業(yè)中的重要性不言而喻。而影響煉鐵工序生產(chǎn)中焦炭質(zhì)量占比35%，含鐵原料占比20%，生產(chǎn)組織占比10%，設(shè)備管理占比20%，操作技術(shù)占比15%，其中焦炭質(zhì)量在整體影響過程中占比最大。煉鐵操作人員一直追求低水分、低灰分、低硫、高固定碳、好的冷態(tài)強(qiáng)度、好的熱態(tài)指標(biāo)、適宜的粒級(jí)組成的“三低、一高、兩好、一適宜”的焦炭質(zhì)量，但在生產(chǎn)實(shí)際中很難保證所有指標(biāo)都達(dá)到理想值。受到優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源逐步枯結(jié)、焦化企業(yè)追求利潤(rùn)最大化的制約，焦炭的眾多指標(biāo)此高彼低，如何從眾多的焦炭指標(biāo)來評(píng)價(jià)焦炭的整體性能，是當(dāng)代煉鐵人及管理人員所期望的。

1 建立評(píng)價(jià)機(jī)制

1.1 確定焦炭各指標(biāo)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)及評(píng)價(jià)范圍

焦炭的理化性能檢測(cè)有6大類30個(gè)小項(xiàng)，針對(duì)高爐生產(chǎn)公司目前對(duì)焦炭質(zhì)量指標(biāo)的檢測(cè)主要是工業(yè)分析（水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、硫）、物理性能檢測(cè)（M40/M25、M10）、冶金性能檢測(cè)（CRT、CSR）、粒級(jí)組成。為盡可能將現(xiàn)有焦炭納入評(píng)價(jià)體系，所以需參照當(dāng)期所供應(yīng)焦炭質(zhì)量指標(biāo)來選擇。

表1中對(duì)全部焦炭指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)最好值、最差值進(jìn)行取整操作，作為基準(zhǔn)值、極限值，確定評(píng)價(jià)范圍。但是部分指標(biāo)為成對(duì)出現(xiàn)指標(biāo)，如M25與M10，CRI與CSR，為減少重復(fù)測(cè)算影響評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)于成對(duì)出現(xiàn)的指標(biāo)只取其中一項(xiàng)， M25與M10僅取M10作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，CRI與CS僅取CSR作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。依據(jù)行業(yè)內(nèi)同級(jí)別高爐對(duì)焦炭指標(biāo)的要求、高爐爐容，結(jié)合高爐生產(chǎn)實(shí)際情況，CSR在65%以上對(duì)高爐指標(biāo)提升的貢獻(xiàn)量不大，太高造成資源、成本的浪費(fèi)，所以調(diào)整CSR基準(zhǔn)值為65%。干熄焦水分一般小于1%，調(diào)整水分基準(zhǔn)值為1%。

表1 當(dāng)期10種焦炭指標(biāo)區(qū)間及基準(zhǔn)值（%）

1.2 確定焦炭各指標(biāo)權(quán)重

1.2.1 冷態(tài)強(qiáng)度、熱態(tài)強(qiáng)度

焦炭是高爐料柱的骨架，料柱透氣性的保障性物料。M25、M10是對(duì)焦炭在冷態(tài)下強(qiáng)度的檢驗(yàn)，但是最終的衡量指標(biāo)確是經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓破壞后的焦炭粒度，即焦炭在經(jīng)過一定的冷態(tài)環(huán)境下破壞之后也要保證有足夠的粒度；CSR、CRI也是對(duì)焦炭粒度的檢驗(yàn)，與前者不同的是在模擬高爐軟熔帶冶煉狀態(tài)下的檢驗(yàn)，最終的衡量標(biāo)準(zhǔn)也是對(duì)焦炭粒度，是對(duì)焦炭粒度在高溫冶煉條件下的檢驗(yàn)。

就目前的技術(shù)狀況來判斷，作為高爐煉鐵骨架作用的數(shù)量至少要220Kg/t～250Kg/t左右，焦炭的這一作用目前尚不能為其它燃料所代替，基于其重要作用，設(shè)定強(qiáng)度指標(biāo)占總評(píng)價(jià)比重的40%，其中熱態(tài)指標(biāo)20%、冷態(tài)指標(biāo)20%。

1.2.2 焦炭粒級(jí)

近年來，隨著高爐大型化、高富氧、大噴吹，焦炭粒級(jí)組成逐步成為煉鐵工作都對(duì)焦炭質(zhì)量評(píng)價(jià)核心內(nèi)容，入爐原始粒級(jí)對(duì)焦炭劣化后粒級(jí)組成有較大影響，若冷態(tài)、熱態(tài)強(qiáng)度穩(wěn)定，原始粒級(jí)越大，則在風(fēng)口區(qū)焦炭粒級(jí)組成越好，亦是影響高爐透氣性、透液性的關(guān)鍵，設(shè)定粒級(jí)指標(biāo)占總評(píng)價(jià)比重的10%。

1.2.3 灰分、固定碳

灰分是焦炭的重要指標(biāo)，首先灰分增加其固定碳含量降低；其次焦炭結(jié)構(gòu)中因碳素和灰分的脹系數(shù)不同，在高溫作用下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使焦炭碎裂，造成焦炭強(qiáng)度降低；第三是灰分大部分是SiO2和Al2O3等酸性氧化特，因此焦炭灰分增加必須增加堿性熔劑用量，從而使渣量增加、燃料比升高；第四是灰分中的SiO2，Al2O3遇到K2O,Na2O等時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的礦物白檔石，鉀霞石等，體積膨脹30%造成焦炭嚴(yán)重劣化。

焦炭作為高爐生產(chǎn)的發(fā)熱劑與還原劑，固定碳含量高，其發(fā)熱量高，能夠?yàn)楦郀t生產(chǎn)提供更多的熱量，同時(shí)單位重量焦炭所提供的還原劑也多，利于燃料比的降低，但焦炭的這個(gè)作用可以用噴吹代替燃料予以代替，將焦炭固定碳評(píng)價(jià)比重定為15%。而灰分升高而造成堿性熔劑用量增加、渣量增加、燃料比升高是不可避免的，所以灰分的權(quán)重定為10%。

1.2.4 硫含量

高爐冶煉過程中，高爐爐料帶入爐內(nèi)的硫，大約有20%～25%的硫由含鐵爐料帶入；大約75%～80%的硫來自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來源。其負(fù)面影響有，一是硫負(fù)荷大幅增加使硫負(fù)荷升高，為了滿足生鐵質(zhì)量要求，勢(shì)必需要適當(dāng)提高爐渣堿度，保證爐渣脫硫能力，由于渣堿度提高，增加了堿性熔劑用量，使單位生鐵渣量增加，影響了料柱透氣性，使入爐風(fēng)量降低，冶煉強(qiáng)度降低；二是因增加熔劑后，增加熔劑用量后也使綜合入爐品位有所降低，使產(chǎn)量降低、燃料消耗升高；三是直接影響到高爐生鐵質(zhì)量為脫S增加熱量消耗。依據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，焦炭硫含量每升高0.1%，焦比升高1.5%，結(jié)合實(shí)際進(jìn)購(gòu)指標(biāo)，硫含量的波動(dòng)范圍較大，其權(quán)重定為20%。

1.2.5 水分

焦炭水分主要為游離水，在100℃以上時(shí)蒸發(fā)，且焦炭在塊礦帶的停留時(shí)間超過2小時(shí)，對(duì)高爐生產(chǎn)的影響表現(xiàn)在水分波動(dòng)調(diào)整焦炭負(fù)荷時(shí)造成爐溫波動(dòng)。但在若水分較高冬季若水分較易造成頂溫低，布袋放灰困難，因此在行選擇焦炭，應(yīng)盡量降低水分及波動(dòng)，尤其在冬季更要做好水分控制。所以在確定水分權(quán)重時(shí)，夏季可適當(dāng)?shù)托?%，冬季根據(jù)頂溫情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

依據(jù)各焦炭各指標(biāo)對(duì)高爐生產(chǎn)的影響，最終確定各指標(biāo)權(quán)重（見圖1），冷卻強(qiáng)度權(quán)重20%、熱態(tài)強(qiáng)度權(quán)重20%，粒級(jí)組成權(quán)重10%，硫含量權(quán)重20%，灰分權(quán)重10%，固定碳權(quán)重15%，水分權(quán)重5%。

圖1 焦炭指標(biāo)權(quán)重分布

1.3 形成評(píng)價(jià)辦法

依據(jù)指標(biāo)權(quán)重建立百分制評(píng)價(jià)辦法，將基準(zhǔn)值設(shè)為滿分，極限值設(shè)為0分，采取退分制的原則建立評(píng)價(jià)辦法如下。

表2 焦炭評(píng)價(jià)辦法

2 焦炭評(píng)價(jià)體系運(yùn)行效果

2.1 為焦炭分級(jí)使用提供依據(jù)

從表3可以看出，在所供應(yīng)的焦炭中，煤化、海燕、陽光、中匯評(píng)分相對(duì)較好，高于70分，暫定其為主流焦炭，其余為補(bǔ)充焦炭。

表3 2019年1～4月份焦炭評(píng)價(jià)結(jié)果

2019年5 月份以后，通過利用焦炭評(píng)價(jià)辦法，對(duì)進(jìn)購(gòu)焦炭指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，評(píng)分較高的優(yōu)先在3-5#高爐（1800m3）使用，剩余部分供1-2#高爐（1280m3）使用，對(duì)于評(píng)分低的焦炭全部在1-2#高爐使用，為焦炭分級(jí)入爐提供了依據(jù)。

2.2 形成焦炭質(zhì)量管理倒逼機(jī)制

通過評(píng)價(jià)評(píng)比，若某種焦炭評(píng)分較低，及時(shí)約談供應(yīng)商并提出改進(jìn)要求，確保焦炭質(zhì)量滿足生產(chǎn)需求。通過焦炭評(píng)價(jià)辦法形成管理倒逼機(jī)制后，焦炭指標(biāo)持續(xù)向好，水分降低了1.04%，灰分降低了0.05%，CSR提高了3.27%，大于40mm粒級(jí)占比提高了6.54。整體評(píng)分達(dá)到90分以上，較評(píng)價(jià)辦法運(yùn)行前提高了13分，為高爐穩(wěn)定順行，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定提升奠定了基礎(chǔ)。

2.3 形成焦炭品種淘汰機(jī)制、穩(wěn)定焦炭品種

通過與焦炭企業(yè)持續(xù)運(yùn)行“雙溝通”機(jī)制，一方面把焦炭對(duì)高爐生產(chǎn)的作用及影響形成課件，進(jìn)行行巡回宣講，提高焦炭企業(yè)從領(lǐng)導(dǎo)班子到操作人員對(duì)焦炭質(zhì)量重要性的認(rèn)識(shí)；另一方面焦炭質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，共同查找原因進(jìn)行提質(zhì)，有效降低焦炭的質(zhì)量波動(dòng)。通過持續(xù)改進(jìn)，到2020年5月份后，焦炭品種由最多時(shí)的14種/月，穩(wěn)定到6-7種/月，整體評(píng)分結(jié)果穩(wěn)定在90分以上。

3 結(jié)語

焦炭作為高爐工序的重要燃料，其每一個(gè)指標(biāo)都對(duì)高爐生產(chǎn)有都或多或少的影響，根據(jù)爐容及區(qū)域資源情況建立相適應(yīng)的評(píng)價(jià)辦法，可以清晰的反應(yīng)出焦炭的整體質(zhì)量水平，有助于操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)焦炭質(zhì)變化進(jìn)行合理調(diào)劑，實(shí)現(xiàn)高爐的長(zhǎng)期順行。從管理上進(jìn)行推動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行焦炭評(píng)價(jià)機(jī)制，形成質(zhì)量提升倒逼機(jī)制，為焦炭的采購(gòu)、高爐分級(jí)使用、淘汰不合格供方提供依據(jù)，督促焦炭質(zhì)量改進(jìn)創(chuàng)造良好的供應(yīng)氛圍。通過焦炭評(píng)價(jià)辦法的長(zhǎng)期運(yùn)行，可促進(jìn)焦炭質(zhì)量的穩(wěn)步提高，為經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提升創(chuàng)造條件。