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采取技术措施提高焦炭质量由于高炉容积日益增大和喷煤量日渐提高,焦炭在高炉冶炼中扮演的角色发生了很大的变化,高炉炼铁对焦炭质量的要求也越来越高这一点随着对高炉炼铁过程的不断深入研究,泛博炼铁工作者和炼焦工作者已逐渐取得共识并不断深化现代炼铁技术对焦炭质量的目标要求至少应当包括更高的冷热态机械强度、更低的热反应性、低灰、低硫和低且稳定的水分正是由于明确了焦炭质量目标要求,所以我国的泛博炼焦工作者为了实现这些目标,研究、开辟和应用了大量的具体技术措施,使我国生产的焦炭质量取得了显著的提高本文拟对这些技术措施进行较为系统的整理和分析,为进一步提高和完善这些措施促进研发出更多的技术措施搭桥和铺路2提高焦炭质量的技术措施
2.1原料的选择与预处理炼焦煤的性质是决定焦炭质量的基本因素所以选择适当的炼焦煤及其配比是提高焦炭的首要措施但是,由于我国是一个炼焦煤分布不均且优质炼焦煤短缺的国家,因此针对国情合理配煤和对煤进行一定的预处理就成为提高焦炭质量的必不可少的技术措施.将特殊的焦炭添加剂溶液如硼酸复合剂喷洒到炽热的焦炭上,可以使处理过的焦炭的反应后强度CSR和反应性CRI得到显著改善.例如,昆明钢铁股分有限公司在6号高炉2000m3进行了工业性试验,试验结果表明喷洒过添加剂的焦炭反应性CRI较未喷洒的CRI降低了
3.13个百分点,CSR提高了
4.72个百分点日本在DI15150保持在
86.2%、CSR保持在
71.6的情况下喷洒焦炭添加剂之所以能够改善焦炭的热性质,主要是由于所喷洒的添加剂在焦炭表面形成一层“保护膜”,既可以降低焦炭的反应性,又可以对焦炭内的碱起屏蔽作用,还可以反抗碱的侵蚀5甲烷化学气相渗透沉积甲烷在焦炭和炭系物的小孔中进行热解炭的气相渗透沉积,能有效地修饰焦炭气孔,在气孔中形成一层均匀的热裂解炭,这种热裂解炭具有各向异性,抗二氧化碳反应能力强,故可以达到降低焦炭反应性,提高焦炭反应后强度相关试验表明,甲烷渗透沉积的焦炭抗C02反应能力大幅提高,CRI和CSR明显改善,分别降低约10个百分点和提高约14个百分点3提高焦炭质量技术措施的原理分析如上所述,在焦炭生产的各个环节中,提高焦炭质量的技术措施不少但按各个技术措施提高焦炭质量的基本原理进行分类不外乎如下四个方面
一、增大装炉煤的散密度,
二、改善煤的性质,
三、改进炼焦工艺,
四、改进焦炭后处理工艺下面分别对这些基本原理进行阐述通过增大装炉煤散密度提高焦炭质量在上述的提高焦炭质量的技术措施中,煤料捣固、型煤压块、煤调湿和加高加宽炭化室都是通过增大装炉煤散密度来实现提高焦炭质量的显而易见,煤料捣固、型煤压块、可以提高装炉煤散密度.而煤调湿通过降低装炉煤水分、提高装炉煤的流动性来提高装炉煤散密度炭化室加高则装炉煤的“自由下落时间延长、动能增加,装炉煤散密度于是增加,而炭化室加宽则可相对减少炭化室墙对装炉煤的“边壁效应”,增加装炉煤散密度.那末,增加装炉煤散密度为什么能够提高焦炭质量呢?这是由于炼焦过程中,煤颗粒之间发生表面粘结和界面反应装炉煤散密度大,则单位容积内热态煤颗粒之间的接触点多,热解液相产物温和相产物多,膨胀压力大,这有利于表面粘结和界面反应所以增大装炉煤散密度可以改善焦炭气孔结构,提高焦炭质量通过改善配合煤的性质提高焦炭质量在上述的提高焦炭质量的技术措施中,优化配煤、选择粉碎和配添加物,都是通过改善配合煤的性质来提高焦炭质量的.毫无疑问,配合煤的性质是决定焦炭质量的内在因素,而改善配合煤的性质也就是提高焦炭质量的最直接最有效的技术措施.要改善配合煤的性质,就必须依据焦炭质量的目标要求,选择恰当的配煤指标,而配煤指标的选择依据于相关的理论研究,例如,运用煤岩学指导炼焦的理论研究,焦炭强度预测的理论研究以及焦炭的宏观和微观性质、冷态和热态强度以及新的成焦理论的研究等
3.3改善炼焦工艺提高焦炭质量在上述提高焦炭质量的技术措施中降低结焦速度或者炳炉以及干熄焦都是通过改善炼焦工艺来提高焦炭质量的显而易见,选择合适的结焦速度是确定炼焦工艺的很重要的一个方面,之所以把干熄焦也归类到改善炼焦工艺之中,是由于干熄焦时焦炭要在干熄炉预存段停留一段时间,这就相当于1000℃±50℃的焦炭在干熄炉中“炳”了一段时间,起到了炼焦过程中的“炳炉”的作用煤料结焦的热量是通过两侧炉墙提供的,热量从两侧传向炭化室中心.因此,结焦过程是从两侧炭化室墙面开始,逐渐移向炭化室中心的层状结焦过程该结焦过程决定了当炉内焦炭达到焦饼成熟标志即其中心温度达到1OOO℃±5O℃0t焦饼内部的温度场是不均匀的,焦饼宽向即从炭化室墙面到炭化室墙面和长向机焦侧方向的成熟程度也是不一致的,如果在这个时候结束炼焦,则推出炭化室的焦饼的“结焦”时间相对短的部份如焦饼中心或者机焦侧炉头部份就可能不成熟、浮现生焦因此,针对这种结焦特性,在焦饼中心温度达到1000℃±50℃时,再设置一段“炯炉时间,使焦饼的温度场尽可能达到均匀使焦炭的机械和物理化学性质发生改变,使可能存在的生焦成熟这就是焦炉延长结焦时间即炳炉和干熄焦的焦炭在预存室中停留ri.5h可以提高焦炭质量的基本原理
3.4通过改善焦炭的后处理工艺提高焦炭质量在上述提高焦炭质量的技术措施中新型湿法熄焦、焦炭整粒、干熄焦和喷哂焦炭添加剂等都是通过改善焦炭的后处理工艺来提高焦炭质量的新型湿法熄焦除了能够降低焦炭水分外,还因为它采用大水流熄焦,使焦炭处于“沸腾”状态,于是具有焦炭整粒功能,而焦炭整粒就是使焦炭的潜在缺陷提前释放,以稳定的粒度进入高炉在炼焦煤及炼焦工艺相同的条件下,熄焦方式对焦炭的微孔结构具有明显的影响在湿熄焦过程中,熄焦水喷洒在赤热的红焦上,焦块蓦地冷却收缩,使焦炭的内应力骤增,产生大量的裂纹,形成较多的微孔;止匕外,在湿熄焦过程中,部份水蒸汽与红焦发生气化反应,也生成一些弱小的孔洞.而干熄焦则不然,它是通过惰性气体与红热焦炭换热来熄灭焦炭的,焦炭的降温速度非常缓慢普通长达约2小时远远大于湿法熄焦的
1.5分钟,因此,焦炭内部因干熄而产生的热应力非常小,焦炭因此而产生的裂纹和破坏也就非常少这就是干熄焦提高焦炭质量的原理对焦炭微孔结构的分析结果表明干熄焦炭的微孔数量少于湿熄焦炭,而且微孔的平均孔径也远远大于湿熄焦炭干熄焦炭的总表面积显著小于湿熄焦炭,是干熄焦改善焦炭热态性质一降低反应性(CRI)、提高反应后强度(CSR)的主要原因.此外,干熄焦时,焦炭通过多次倒运以及焦炭在干熄槽中从上而下的运动过程中焦炭之间相互碰撞和磨擦,相当于受到了充分的机械整粒作用;焦炭在干熄过程中的缓慢冷却,避免了湿熄过程中焦炭内应力的增加,也就避免了大量微裂纹的产生这是干熄焦能改善焦炭冷态强度的主要原因如前所述,喷洒焦炭添加剂、甲烷化学气相渗透沉积是直接改善焦炭热性质的手段.固然,这两项措施尚处于研究阶段,还有待于进一步试验和生产实践.4结束语在炼焦生产中,自觉运用提高焦炭质量的基本原理,积极开辟并广泛采用提高焦炭质量的技术措施,为高炉生产提供更多的质量优良的焦炭,将会给炼铁生产带来巨大的经济效益,对于提高冶金生产在国际上的竞争力具有重大的战略意义所谓优化配煤就是运用焦炭质量预测方程,在多种煤参加配比炼焦且满足一定的焦炭质量的前提下,筛选出一组成本最低的炼焦用煤及配比显而易见,采用优化配煤技术可以在焦炭质量一定的条件下降低炼焦用煤成本或者在炼焦煤成本一定的条件下,提高焦炭质量.中冶焦耐已研制出将煤场管理系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统密切架构成一体的优化配煤技术.该技术已成功地运用在天津天铁炼焦化工有限公司并稳定运行了一年多,使优质焦煤的配用量由原来的20%下降到10%使每吨入炉煤成本下降
25.7元,其经济效益和社会效益巨大日本已确立使用Ca含量高达3%〜8%的煤生产高强度、高反应性的焦炭,从而降低高炉的还原剂比需要指出的是,优化配煤是建立在对煤性质准确分析的基础之上,而煤岩学从煤岩组成的角度出发研究煤的性质,这是一门能够更为深刻准确地揭示煤的各种性质的学科,已在选煤、煤炭分类、炼焦领域得到广泛应用,因此,煤岩学也是优化配煤的很重要理论基础目前运用煤岩学理论开展优化配煤研究和应用已经受到泛博炼焦工作者的广泛重视2煤料捣固将炼焦煤料在炉外捣固使其堆积密度提高到950-1150kg/m3普通可使焦炭M40提高1~6个百分点,MI0降低2〜4个百分点CSR提高1〜6个百分点.在焦炭质量一定的情况下,煤料捣固还可以多配15%〜20%的弱粘结性的气煤、气肥煤,合理利用我国煤炭资源我国自行开辟的
5.5米捣固焦炉,已在云南曲靖投产,并正在金马、旭阳、日照、神华二期和宝丰设计施工.中冶焦耐开辟的世界最高的
6.25米捣固焦炉已在唐山佳华设计施工,估计2022年8月底投产,它将使我国的捣固炼焦技术迈向一个新台阶.中冶焦耐还成功地将炭化炭高
4.3m、宽450mm的80型顶装焦炉和炭化炭高
4.3m、宽500mm的顶装焦炉改造成捣固焦炉,为现有顶装焦炉的改造创造了条件现在我国已投产的捣固焦炉已超过260座,炼焦生产能力已接近7000万吨.3型煤压块将炼焦装炉煤的一部份进行压块成型,与其余散状煤料混合装炉炼焦,可通过提高装炉煤散密度,显著改善焦炭质量装炉煤散密度随型煤配入量的增加而增加,当配人量为30%〜50%时,装炉煤散密度可达最大值800kg/m3普通地,焦炭质量在一定范围内随型煤配人量的增加而提高.此外,如果保持焦炭机械强度不变,则可增加10%~15%的弱粘结性煤的用量,扩大煤料的使用范围,其经济性是显而易见的宝钢是我国惟一一家采用配型煤压块炼焦的焦化厂,其一期、三期均配置有型煤压块装置,在实际生产中,其入炉煤配人15%~30%的型煤压块武钢、鞍钢为采用型煤压块技术进行了可行性研究或者方案比较.4煤调湿CMC煤调湿是将炼焦煤料在装炉前除掉一部份水分,保持装炉煤水分稳定且相对较低,普通为6%摆布这项技术因其具有显著的节能、环保和经济效益以及提高焦炭质量等优势而受到普遍重视,在日本已得到迅速发展以干熄焦发机电抽出的背压蒸汽为热源,在多管回转式干燥机内,蒸汽与湿煤间接换热另一种煤调湿技术采用流化床,用焦炉烟道气与湿煤直接换热采用煤调湿工艺可将煤水分稳定在6%摆布,使焦炉生产能力提高3%〜10%装炉煤散密度提高4%〜7%DI15150提高08~
1.5个百分点目前,宝钢和太钢以蒸汽为热源、采用多管回转干燥机和济钢以焦炉烟道气为热源、采用流化床的煤调湿装置都在设计施工,估计2022年底投产;中冶焦耐已完成以焦炉烟道气为热源、既能调湿又能风选的煤调湿中试试验,即将进行工业装置试验.5煤预成型技术DAPS煤预成型技术DAPS是将配合好的人炉煤湿煤送人流化床干燥分级机,将其水分由9%降至
1.8%然后,用旋风分离方式将粒径〈
0.3mm的微粉分出,微粉入辐压成型机压成小球状,再和干燥后的大粒煤混合,加入焦炉炼焦将发尘性高的微粉煤在干燥状态下压实为球状后人炉,既可以提高焦炭强度,又可以使发尘性得到抑制采用DAPS炼焦技术的效果见下表6选择粉碎选择粉碎工艺根据炼焦煤料中煤种和岩相组成在硬度上的差异,按不同粉碎度要求,将粉碎和筛分或者风力分离结合在一起,使煤料粒度更加均匀,既能消除大颗粒又防止过细粉碎,并使惰性组份达到适当细度.该工艺能够提高煤的结焦性和减少焦炭裂纹由于煤粒分离方法上的差异,选择粉碎又可分为机械选择粉碎和风力选择粉碎风力选择粉碎不仅在生产能力、投资、能耗、运行等方面显著优于机械选择粉碎,而且除了可以像机械筛分那样将大颗粒煤分离出,还可以把密度大的惰性组份和灰分高的煤分离出来,使之粉碎得更细,从而消除或者减少裂纹中心,提高焦炭强度我国炼焦配煤中难粉碎的气煤配比较高,风力选择粉碎工艺非常适应这一煤质特点2003年底,酒泉钢铁集团公司焦化厂从俄罗斯引进的我国第一套风选配煤工艺装置投产调试其生产能力为500t/h.该套装置2004年7月通过考核验收,所生产的焦炭强度M40提高了
1.5~2个百分点,M10改善了
0.
81.个百分点一些炼焦工作者针对我国南方煤水分大的特点,提出了先煤调湿煤干燥再风力选煤的工艺方案7配添加物所谓配添加物就是在装炉煤中配入适量的粘结剂和抗裂剂等非煤添加物,以改善其结焦性的一种炼焦煤准备技术措施配粘结剂工艺合用于低流动度的弱粘结性煤料,有改善焦炭机械强度和焦炭反应性的功效;配抗裂剂工艺合用于高流动度的高挥发性煤料,可增大焦炭块度、提高焦炭机械强度、改善焦炭气孔结构日本研究含有金属铁的焦炭,借助于金属铁的催化作用,可以大大提高焦炭的反应性,从而使高炉热保存带温度降低100℃高炉还原剂比降至300kg/
1.
2.2焦炉加工工艺1焦炉大型化焦炉的大型化,是实现冶金焦生产可持续发展的一条重要途径增加炭化室容积,在生产同等规模的焦炭量的情况下,可以大大减少出炉次数,减少阵发性的污染改善炼焦生产环境;焦炉大型化的本身就能提高焦炭质量,并有利于提高焦炉的自动化水平,降低能耗,适应高炉大型化对焦炭质量及其稳定性的要求;焦炉大型化可以显著提高劳动生产率降低生产成本,提高焦化产品的竞争能力普通情况下,6m焦炉的焦炭比
4.3m焦炉焦炭M40提高「2个百分点M10降低
0.2个百分点摆布目前,为满足各种规模焦化厂的需要我国已开辟出
6.98米顶装焦炉,现正在鞍钢簸鱼圈、邯钢、本钢和攀钢施工建设.引进的
7.63米超大容积焦炉已在兖矿焦化、太钢和马钢投产,并正在武钢、首钢京唐和沙钢设计或者施工我国开辟的
5.5米捣固焦炉,已在曲靖投产,并在金马、旭阳、日照、神华二期和宝丰设计施工中冶焦耐公司开辟的世界最高的
6.25米捣固焦炉已在唐山佳华设计施工,预计2022年8月投产2增加焦炉炭化室宽度增加焦炉炭化室宽度,具有提高装炉煤散密度,改善焦饼水平收缩,使焦炭的机械强度提高,平均块度增大,煤源合用范围广等优点.我国已将
4.3米顶装焦炉宽度从450mm加大至500mm,在全国已广泛应用中冶焦耐公司新开辟的
6.98米顶装焦炉,既有炉宽450mm又有炉宽加大至500mm的3降低结焦速度或者炳炉降低结焦速度或者炳炉都是适当地延长结焦时间生产实践表明对于粘结性较好的煤,适当降低结焦速度,延长结焦时间,可以提高焦炭的机械强度焦饼成熟后,再经一段爆炉时间,可以使焦炭均匀成熟,粒度均匀化,焦炭质量提高我国6m焦炉的结焦时间就是基于上述经验确定的,所生产的焦炭质量得到提高结焦时间延长1hM40提高1个百分点宝钢焦炭质量如此之好其中炳炉也起着一定的作用
2.3焦炭的后处理1干法熄焦英文缩写CDQ干法熄焦(简称干熄焦)是采用惰性气体熄灭赤热焦炭的熄焦方法,是一项成熟和先进的工艺,具有节能、提高焦炭质量和环保三大优点干熄焦与湿熄焦相比,焦炭的M40提高3〜8个百分点MIO改善
0.3〜
0.8个百分点,粒度均匀,反应性降低因此,高炉使用干熄焦炭,可降低高炉焦比,有利于高炉炉况顺行和提高高炉的生产能力,对采用富氧喷吹技术的大型高炉效果更加显著.国际上公认,大型高炉采用干熄焦炭可降低焦比2%提高高炉生产能力1%;保持同样焦炭质量,采用于熄焦技术,可降低强粘结性的焦、肥煤配比,有利于保护资源、降低炼焦成本由于干熄焦提高焦炭质量给高炉生产带来可观收益,和节能带来可观收益所以干熄焦有着很好的投资收益1x140t/h干熄焦装置(全部国产化)的经济效益分析如下所述估算总投资15000万元,1x140t/h干熄焦装置(每年处理焦炭110万t)可创效益6940余万元,吨焦收益达
63.09万元,扣除吨焦综合成本
38.70元,干熄焦净收益达
24.39元/1焦,投产回收期约为
7.19年正是由于干熄焦具有上述可观的效益,因此我国大力推广干熄焦技术现在我国已投产干熄焦装置44套,干熄焦炭能力约为3000万吨.至2022年底,我国运行的干熄焦装置将达到80套,干熄焦炭能力将达到7800万吨,位居世界第一位.2新型湿法熄焦新型湿法熄焦工艺深入剖析湿法熄焦原理,对传统湿法熄焦的喷洒方式、喷洒量及控制方式加以改进,达到熄后焦炭水分均匀、稳定且低的目的.采用新型湿法熄焦可使焦炭水分稳定在2%〜4%之间,比湿法熄焦焦炭水分至少降低2个百分点,焦炭水分每降低1个百分点,高炉焦比可降低
1.3%〜
1.5%因此,新型湿法熄焦对高炉冶炼稳定操作、降低成本有着显而易见的效果目前在世界上比较成熟的新型湿法熄焦工艺有美钢联开辟的低水分熄焦工艺和德国的稳定熄焦工艺,前者已在我国得到推广应用,后者也已在中冶焦耐与UHDE公司合作设计的
7.63m焦炉中运用.3焦炭整粒如前所述,采用富氧喷吹技术的高炉对焦炭的强度、粒度均匀性等焦炭质量提出了更高的要求有着原生裂纹的焦炭其破裂成块是通过外力作用和焦块之间的磨擦最后完成的,其完成的深度取决于外界条件的作用为了稳定焦炭的性能,使焦炭这种磨损破裂过程完成于进入高炉前,必须对熄焦后的焦炭采取整粒工艺措施.焦炭整粒可以采用切焦工艺,但适当地增加筛运焦系统的皮带转运次数和落差高度也能达到较好的整粒效果在这里需要指出的是⑵中所述的新型湿法熄焦也具有整粒功能.4喷洒焦炭添加剂。