宽炭化室捣固焦炉生产铸造焦

550 mm宽炭化室捣固焦炉生产铸造焦

武学（福建三钢集团焦化厂，三明365000）

近期国内钢铁及煤焦市场低迷，高炉用冶金焦产能严重过剩，市场竞争激烈，焦化企业经营困难。我公司现有SCD43-03型捣固焦炉两座，炭化室高4.3m、宽550mm、共2×35孔，年产冶金焦42万吨。我公司通过对原料煤的煤岩特点、焦炭的冷热态性能、生产工艺等的研究，经多次40kg小焦炉试验和试验数据的分析，掌握了捣固焦炉生产铸造焦的技术，实现了产品转型，扭转了公司巨额亏损的局面。

1 捣固工艺生产铸造焦的可行性

铸造焦是专用于化铁炉熔铁的焦炭，是化铁炉熔铁的主要燃料。其作用是对熔化炉料供热，使原料铁熔化形成铁水，同时还起支撑料柱的作用，保持系统的良好透气性。为此，要求铸造焦应具备块度大、反应性差、气孔率小、足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。

自1982年起，镇江、临汾、涟源、丰城、柳林、古县等焦化企业利用常规66型焦炉成功生产出一级铸造焦，保定、薛城、北京等焦化企业成功生产出二级铸造焦。抚顺化工厂采用捣固工艺，通过控制升温条件也成功炼出了二级铸造焦，所采用的配煤比为龙凤煤40％、开滦煤20%、铁厂煤20%、石油焦15％、焦粉5％。淄博市焦化煤气公司在66型焦炉改造成捣固焦炉后，采用30%气煤、40％焦煤、20％石油延迟焦、5％焦粉、5 ％沥青的配煤比试制出了一级铸造焦。由

此可看出，通过捣固工艺炼制铸造焦的技术已成熟。

利用捣固炼焦方法生产铸造焦扩大了原料煤范围，可多用挥发分较高、粘结能力不强的气煤，以降低生产成本，适合我国目前优质炼焦煤短缺的特点。但尚未见采用类似我公司550mm宽炭化室捣固焦炉与较低火道温度和较长结焦时间生产铸造焦的先例。我公司550mm宽的焦炉为宽炭化室、宽蓄热室、双联火道、废气循环、下喷单热式的捣固侧装焦炉，为具备生产铸造焦的基本条件，还需要探索改进生产工艺。

2 捣固工艺生产铸造焦的影响因素

2.1 铸造焦的质量指标

目前，铸造焦执行GB 8729-88标准，具体指标见表1。与高炉用冶金焦相比，铸造焦要求的固定碳含量高，挥发分、硫分和灰分低，块度大，机械强度高，气孔率低等。

表1 铸造焦质量指标

指标块度

mm A d

%

V daf

%

S t,d

%

M40

%

SI50

%

显气孔

率

％

碎焦率

(＜

40)%

特级＞80≤8.00 1.5≤0.6≥8592≤40≤4

一级80～608.01～

10.00

1.5≤0.8≥8188≤45≤4

二级＜6010.01～

12.00

1.5≤0.8≥7784≤45≤4

2.2 炼焦煤质量指标控制

我国优质炼焦煤的资源越来越紧缺，不同地区及不同变质程度煤种价格的差异显著。为获得高额利润，一些洗煤厂或供煤商进行了多煤种掺配，以次充好。焦化厂在选择供煤基地时，主要考虑其粘结性、挥发分、灰分、硫分等质量指标及煤种间的相互搭配。实际上，粘结性、挥发分主要取决于煤的变质程度和岩相组成，有时煤的还原程度也能引起粘结性异常。即使来自同一供煤基地的煤，煤层不同，性质也有显著差别。目前很多供煤厂的煤源本身就很复杂，同一厂家不同批次的来煤，有时尽管常规检测属同一种煤，但煤岩特征差异较大，在配煤中起不了相应的作用。将这样的煤作为单种煤配煤炼焦，焦炭质量易波动，难控制，对正常产生不利。由于煤的常规工业与工艺指标分析不能判别类似问题，必然使得入炉煤配比失真，焦炭质量受到严重影响。我公司利用HD型全自动显微光度计对入厂原料煤进行了镜质组反射率与显微组分的测定，用以判别每次来煤是否稳定、正常。镜质组反射率直方图可以非常直观地反映出混煤现象，并可确定出大致混煤的比例。

在生产使用的肥煤中，图1为呈单峰分布的纯单煤，图2为可作为单煤使用的由相邻煤构成的混煤，图3是图2混煤剥离出的单煤峰与确定的混煤比。这两类煤的质量都很好，可为铸造焦提供主要的粘结作用。图4为我厂使用的瘦煤。图5为该瘦煤剥离出的单煤峰与确定的混煤比，其中混有约23％的瘦焦煤。已按其确定出的单煤比例考虑炼焦配煤。图6为混配复杂的多凹口混煤。图7为图6剥离出的单煤峰与确定的混煤比，虽然指标为焦煤，但在炼焦配煤中的作用与真正的焦

煤差异大。按照常规分析指标指导配煤炼焦已无法真实反映配煤比例，不可能生产出合格的焦炭。若要炼制出合格的铸造焦，准确的煤种判别对炼焦配煤具有重要作用。

图5 由图4混煤剥离出的单煤峰与确定的混煤比

图6 多凹口的混煤

图7 由图6混煤剥离出的单煤峰与确定的混煤比

2.3 配煤准确度

高炉大型化和普遍采用喷吹煤粉对焦炭质量的要求越来越高。煤炭市场的放开，使焦化厂原料矿点越来越多，煤质复杂多变。人工通过跑盘控制配比的精度差、反应滞后、劳动强度大、不安全。在这种情况下，既要保证焦炭的质量，又要降成本，就需要多配价低的弱粘结煤，这对优化配比与配煤精度提出了更高要求。为此，我公司配煤系统采用了自动配煤系统，自动配煤系统一般由给料机、皮带、计量装置、上位机、控制器组成，并形成闭环控制系统。反馈调节是整个系统的特点，计量采样、测定数据传输给上位机处理后，下发4～20 mA的控制电流信号给控制器，通过控制器驱动强电设备运转，从而达到控制调节的目的，见图8。

图8 焦化自动配煤系统的结构组

2.4 粉碎细度

煤的粉碎细度对焦炭质量有显著影响，是配煤质量指标之一，应根据煤质和炼焦工艺等因素综合考虑。在确定煤料细度时，主要考虑质量均匀性和生产操作。煤料粉碎得越细越好，但如果过细，则因

存在较大颗粒的弱粘结性煤及灰分而使焦炭裂纹增多，均匀性变坏。如果煤料粉碎粒度不均匀，则在运输过程中容易产生偏析现象，不同粒度的煤粒将按大小分层，颗粒大的和比重大的煤粒易集中在一起。由于参与配煤的各种煤硬度不同，大颗粒的煤往往又是硬度较大的煤，因而这种偏析现象将使不同煤种逐渐分开，使煤料的均匀性变坏，导致炼焦时粘结差，焦炭质量降低。因此，从煤料的均匀性来看，煤料细度大一些好。

一般应对强粘结性煤进行粗粉碎，以保持其粘结性。对弱粘结性煤进行细粉碎，以利于分散。瘦化剂均应单独进行细粉碎，以防混合不均匀而形成铸造焦的裂纹中心，配合煤细度（< 3mm）最好控制在88%～92％。

2.5 炉温控制

炼焦周期由干馏温度和结焦速度确定。干馏温度对焦炭的块度、强度等均有显著影响。一般情况下，多数裂纹都是在高温快速加热煤料时产生，所以当生产块度大、强度高、气孔率低的铸造焦时，需在低温下进行较长时间干馏。具体干馏温度依原料煤性质、焦炉炉型等因素确定。炼焦周期长会使焦炭着火点高、热强度高、挥发分低，有利于提高铸造焦质量。在配煤比不变的情况下，焦炭块度与结焦时间的平方根成一定比例关系，即结焦时间长，有利于提高块度。铸造焦生产宜采用较宽的炭化室、较低的火道温度和较长的结焦时间。我们在生产铸造焦时采用了1050℃左右（不大于1080℃）的标准火道温度。为避免装煤时炭化室温度过高，结焦速度快，入炉煤水分稳定在

10％～11%。为了增加入炉煤的堆密度，采取了适当增加布煤层数和捣固次数的措施。若配煤中瘦化组分多，可适当提高炼焦温度，使塑性流动度增大，提高焦炭强度。

2.6 惰性物、粘结剂及瘦化剂的选择

为了调节配合煤的流动性，应配入一定量的惰性组分。常用的惰性组分为无烟煤、石油延迟焦、焦粉等。这些不粘结的低挥发分配合材料，可减少炭化时的收缩率，抑制裂纹发生。石油延迟焦的挥发分为13％～25%，与肥煤结合较好，可以作为粘结组分添加剂。无烟煤和粘结性煤的结合较好，配入石油焦则能降低焦炭灰分，而以不易破裂。焦粉比其他惰性组分的价格低，因此通常选择使用焦粉。高挥发分、高流动度的煤料配入瘦化剂，由于瘦化剂可以吸附部分煤热解产生的液相物质，使流动度和膨胀度降低，从而气体产物易于析出，粘结性提高，气孔壁增厚，同时减慢了结焦过程的收缩速度，可减少焦炭裂纹，从而提高焦炭的强度和块度。但胶质体的流动度和膨胀度只能降低到一定限度，否则使粘结性降低，焦炭耐磨强度变差，导致焦炭表面粗糙以及结合界面差等。

2.7 煤岩理论优化炼焦配煤比

煤岩配煤技术是根据煤岩学原理，利用煤岩学的检测方法和煤岩参数指导炼焦原料煤管理，配合其他煤焦工艺参数的调整，预测和控制焦炭质量，以达到稳定提高焦炭质量、合理利用煤炭资源、降低生产成本的技术理论和技术方法。按照单种煤的镜质组反射率基本一致，反射率分布图围成的面积绝大部分重叠, 粘结性能和炼焦特性相

近分类的原则进行堆放，就能使焦炭质量稳定，从而合理利用煤资源，降低配煤成本。研究表明，配合煤中单种煤的煤种结构不同，最佳配煤的反射率分布图的特征也不同。因此，应将配合煤反射率分布图特征也作为控制配煤的指标。其具体做法是：按照配煤方案中各单种煤镜质组反射率分布，通过加权平均得出配煤的反射率分布，并力求调整到理想的配合煤反射率分布图，应避免有明显凹口的配合煤反射率分布图出现。这样可使配合煤在结焦过程中保证塑性状态的良好衔接和合适的焦炭光学显微组织的形成，保证焦炭的微观结构得到优化。这种方法的应用，使许多企业提高了配煤水平，稳定了焦炭质量，减少了优质炼焦煤的配入量。利用煤岩学理论配煤能科学地掌握单种煤配入比例，最大限度地保证配煤比的准确性。

3 铸造焦工业试验

通过对捣固工艺生产铸造焦影响因素的分析，结合进厂煤种的实际情况，为生产铸造焦进行了配比试验，结果见表2和表3。40kg 小焦炉试验的配煤比及配合煤质量见表4。

表2 单种煤工业指标

煤种A d ,%V daf,%S t,d ,%Y,mm G,%气煤（QM）9.5380.551675

1/3焦煤

8.5330.52488

（1/3JM）

焦煤（JM）8.8200.531585

肥煤（FM）8.231 1.32690

贫瘦煤9.8160.3812

（PSM）

石油焦（SYJ）0.4130.95

焦粉（JF）11.5 1.10.6

表3 40kg小焦炉试验配煤比及配合煤质量

编号配煤比

配合煤质量

A d

%

V daf

%

S t,d

%

X

mm

Y

mm

G

%

1 JM:FM:QM:1/3JM:PSM＝29:24:12:5:30 9.03 24.25 0.67 44 14 63

2 JM:FM:1/3JM:PSM＝20:20:20:40 9.02 23.2 0.62 49 1

3 57

3 JM:FM:1/3JM:PSM＝20:22:23:35 8.95 24.01 0.6

4 34 1

5 61

4 JM:FM:QM:PSM＝34:23:10:33 9.06 23.01 0.66 38 11 61

5 JM:FM:QM:PSM:FJ＝34:23:10:28:5 9.15 22.27 0.67 34 12 57

6 JM:FM:1/3JM:PSM:SYJ: FJ

＝28:20:10:25:12:5

8.03 20.7 0.69 32 13 60

表4 40kg小焦炉试验的焦炭质量（％）

编号A d V daf S t,d M40M10CRI CSR

111.47 1.120.5879.510.133.243.94

211.38 1.040.5577.19.937.840.02

311.26 1.080.5385.3 6.030.0551.03

411.5 1.020.5882.410.734.0547.96

511.68 1.120.5580.110.233.0245.23

610.230.980.6183.17.537.1249.18整个试验过程中，实际调整配比达20余次，表中只体现6次有代表性的作为比较说明。

（1）配比1～4中未配入粘结剂和惰性物，属常规煤种配煤。

（2）3号配煤中贫瘦煤的配入量为35%，配合煤的X＝34mm，Y＝15mm，M40＝85.3%，M10＝6.0%，CRI= 30.05 % , CSR = 51.3％。

该配比焦炭的冷、热态强度最好，但是反应性偏低，成本较高，不适用于炼制铸造。

（3）结剂及惰性物的选择很关键，直接影响焦炭的块度及强度。

（4）6号配煤中增加了粘结剂及惰性物，所得焦炭的块度大，反应性差，气孔率小，抗碎强度高，性价比最佳，完全满足了铸造焦的特性。

（5）铸造焦需在低温下进行较长时间干馏，标准火道温度应控制在1050℃，结焦速率控制要适当。

4 结论

（1）铸造焦需要在温度相对偏低、结焦速率较慢的工况下生产。试验发现，标准火道温度高于1100℃时，焦炭的块度明显下降。本次试验将焦炉周转时间定为46h，标准火道温度不超过1080℃。

（2）配煤比合理的配煤指标是试验成功的决定因素。

（3）配合煤中粘结剂、惰性物及瘦化剂的选择。配合煤细度、堆密度、水分等影响因素不容忽视。若要规模生产，还需考虑成本因素，多配一些价格低、可降低生产成本的煤种。

总之，550mm宽炭化室捣固焦炉具备生产铸造焦的能力，可以生产出优质铸造焦。企业可以根据当地煤源及产品销售等情况，进一步优化配比，生产性价比较高的产品，增加企业的经济效益，实现可持续发展。