焦炭质量对高炉冶炼的影响

［３】邵泉心．关于焦炭强度指标的几点看法【Ｊ】．炼铁，１９９７（６），４９—５２．
【４】刘福山．焦炭质量对高炉冶炼的影响叨．凌钢技术，１９９５（１），２５—２７．
【５】曹进，张群．宝钢焦炭在高炉内粒度降解叽宝钢技术，２００３（１），３９－４３．
联系人：胡雪松电话：１５１７６７８７１０ｌ 地址：河北承德钢铁公司炼铁厂四号高炉邮编：０６７０００
中心料柱的焦炭很大一部分来自软熔带最上部，当软熔带顶层熔融而分裂开并向下移动时，倒“Ｖ” 形顶端产生穿透作用，使焦炭向下滑动，直到顶端新的软融层形成。还有一部分焦炭来自软熔带他们的 碳溶反应也不深，这部分焦炭处于中心料柱碳堆的外围，与滴下带的一部分焦炭一起向下运动，进入风 口区，最后全部燃烧掉成为高炉的热源，称为活动层。中心料柱的下部有一堆焦炭，它受到上面炉料的 重力、四周鼓风的压力和下面液铁、液渣的浮力，形成一个平衡状态，处于静止状态，即为呆滞层或死 料柱焦。
２．４风口回旋区周围的焦炭
风口回旋区周围的焦炭来自各个部位块度大小也不同。热风由风口鼓人后，形成一个略向上翘起的 袋状空腔，我们称为回旋区。焦炭在此被鼓入的热风带动强烈地回旋并且燃烧，为高炉提供热量和还原
图ｌ风口回旋区周围的焦炭
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第十四届全国大高炉炼铁学术年会论文集 气体ＣＯ。空腔的外围因鼓风动能和炉料移动关系，焦炭分布在整个风口区域并呈现不同状态，如图 ｌ所示，空腔ｌ为回旋区，此处燃烧温度约达２０００℃，空腔上方区域２是炉腹焦，它来自中心料柱的活 动层，作为回旋区燃烧的焦炭来源，其块度的完整和承受热力作用的强弱与否对风口区状态有重要影响。 区域３是回旋区焦炭，它已承受了较大的机械力和热的作用，因此块度较小而且钝圆，其表面因受高温 影响石墨化度较高。一般情况下偏向高炉中心焦炭块度小。区域４处于整个回旋区焦炭下方，是一个很 密实的结构，有碎裂的小粒焦块，同时夹杂因重力流下的液渣和液铁，称雀巢焦。强度好的焦炭，雀巢 焦层不大，数量也不多，但劣质焦炭易碎裂的则雀巢焦量多且易向中心偏移，导致碎焦充满料柱的空隙， 影响渣液和铁液滴向下的正常渗透。雀巢焦层的下方是大块焦炭区５，由中心料柱呆滞层焦炭移动至风口 与风口间的焦炭堆向下移动所形成，它们厚度达１。２ｍ浮在液渣上面，起到渣、铁向下渗透作用。区域６ 是呆滞层焦炭，它一直处于稳定状态，直到碳素完全溶解，灰分进人渣中为止。 ３焦炭质量对高炉冶炼的影响
２．２软融带的焦炭
软熔带温度一般在１０００～１３００。ｃ左右位于炉身下部的部位。受到温度及气流分布的影响，形成了“Ｖ” 型、“ｗ”型、倒“ｖ”型。焦炭和矿石仍然保持各自层状结构，但矿石由表及里开始逐渐软化熔融，而 焦炭仍然是块状提供骨架作用使气流畅通。在这一区域内碳溶反应剧烈，焦炭的溶损反应可达３０％～４０％， 导致焦炭强度下降，块度减小很明显，同时会产生较多的碎焦和焦粉，不利于气流畅通。因此，高炉软
２．３滴落带的焦炭
软熔带下方有一完全是由焦炭组成的中心料柱，温度在１３５０℃以上，它受到滴落的液渣、液铁不断 冲刷，使得铁滴中的碳含量由不到１％增加到２％以上，直到进入炉缸时达到４％左右，完成铁的渗碳过程。 焦炭在滴下带碳溶反应不是很剧烈，从而保持一定的强度与块度。其对软熔带的中心气流发展起重要作
用。
１前言
高炉原燃料是高炉冶炼的基石，入炉原燃料的质量直接影响着高炉运行。近年来，我国钢铁行业获 得了长足的发展，钢铁产能迅速扩张，原材料价格大幅上涨，人炉原料变化频繁，高炉顺行受到严重影 响，但从全局来看，产能出现了过剩，钢铁产品价格大幅波动，企业利润大幅压缩。在这种形势下，从 企业本身出发，深挖内潜，提升企业成本竞争优势，是企业可持续发展的核心手段之一。如何利用好企 业的资源，合理搭配，对炼铁生产的高产、低耗、低成本的可持续发展，具有重大的战略意义。焦炭作 为高炉炼铁主要原料，直接影响着高炉的顺行、钢铁成本等一系列指标。 喷煤量的增加，导致焦炭负荷的增大，这给高炉冶炼带来了另一问题：焦炭在高炉风口回旋区滞留 时间延长、失碳率提高、焦炭强度降低、焦炭在高炉内的骨架作用受到严峻挑战。焦炭负荷的增加和破 损的加剧必然影响料柱的透气性和透液性，导致高炉操作困难，严重时会引起悬料等高炉事故。因此研 究焦炭在高炉各个部分的工作情况，在不同阶段的强度变化情况及破损机理有着极其重要的意义。 ２焦炭在高炉内的变化 在高炉炼铁生产过程中，高炉内各部位的温度、ＣＯ浓度、Ｃ０ｚ含量都不同，焦炭在块状带、软融带、
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第十四届全国大高炉炼铁学术年会论文集 而粒度均匀的散料，空隙度大，煤气阻力小。因此，为了改善高炉透气性，保证煤气流分布合理和高炉 顺行，一般要求焦炭粒度合适，而且要求粒度均匀，粉末少。一般大型高炉使用４０～６０ｍｍ大块焦，中小 型高炉使用２５～４０ｍｍ中块焦。从经济因素的考虑，缩小焦炭粒度可使得焦炭成品率提高，降低焦炭成本， 从冶炼过程考虑的话，为了加速炉内传热和传质过程，铁矿石的粒度在逐渐缩小，并确实取得了降低吨 铁能耗的效果。而焦炭粒度应与缩小了的矿石粒度相适应，二者粒度维持在一定的比值，可以减少焦炭 及矿石层在炉内相互混合，从而降低炉料透气性的程度。目前随着矿石粒度的不断降低，为了缩小焦炭 粒度和矿石粒度的差别，从而改善整个料柱的透气性，焦炭粒度也有随着降低的趋势。不少高炉已把焦 炭粒度下限降到１５～２０ｍｍ。 水分要稳定。焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的，含量通常达２％～８％。焦炭中的水分在高炉上部即 可蒸发完毕，对高炉冶炼没有影响。但由于焦炭是按重量入炉的，水分波动引起干焦量的波动，从而引 起炉况波动。因此，要求水分稳定，以便配料准确。稳定炉况。 ４结束语 焦炭的冷态强度和热态强度对高炉生产影响都比较明显，焦炭Ｍ４０每变化±１％，产量变化±（１．２２～ １．４３）％，综合焦比变化±（０．５７—０．６１）％，而Ｍ１０对高炉冶炼过程的影响更大。因此，在提高Ｍ４０的 同时须保证ＭｌＯ得到有效控制。焦炭ｃＳＲ值每变化±１％，产量变化±（０．５２～０．５８）％，综合焦比变化±
熔带状态很大程度上受焦炭块度均匀程度和与ＣＯｚ反应后强度的影响。
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第十四届全国大高炉炼铁学术年会论文集 高炉料柱的透气性指煤气通过料柱时的阻力大小。煤气通过料柱时的阻力受到炉料空隙度的影响， 空隙度大，则阻力小，炉料透气性好。空隙度小，阻力大，炉料透气性坏。根据气体力学分析，得到空 隙度、风量与压差之间有如下关系：
３．１
焦炭强度对高炉冶炼的影响来自Ｍ４０和Ｍ１０是反映焦炭冷态性能的重要指标。焦炭有较高的Ｍ４０和较低的Ｍ１０，有利于提高炉内块状 带的透气性，改善炉况的顺行程度。其中酒钢因受焦煤资源条件的限制，焦炭质量波动较大，在２００５— ２００６年的生产实践中，Ｍ４０为７１。１％～８３．２％，Ｍ１０为７．２７％～９．９％，对其稳定生产造成较大影响。实践证 明，焦炭Ｍ４０每变化±１％，产量变化±（１．２２～１．４３）％，综合焦比变化±（０．５７—０．６１）％，而Ｍ１０对高 炉冶炼过程的影响更大。因此，在提高Ｍ４０的同时须保证Ｍ１０得到有效控制。 焦炭热态性能对高炉冶炼的影响焦炭的ＣＲＩ和ＣＳＲ是评价焦炭热态性能的重要指标。ＣＲＩ是指焦炭的 化学稳定性，ＣＳＲ是指焦炭在炉内的高温稳定性。国内酒钢在正常情况下对焦炭热态指标的要求是： ＣＳＲ＞５７．５％，ＣＲＩ＜３０％。但在焦煤资源的影响下其波动无法避免。当地方焦煤库存量不足时，主焦煤配 比增加，短时间内ＣｓＲ值会大于６０％；而主焦煤或肥煤库存不足时ｃｓＲ值会低于５５％，甚至在５０％以下。 这时，往往会造成高炉顺行变差或失常。实践证明，焦炭ｃｓＲ值每变化±１％，产量变化±（０．５２一Ｏ．５８）％， 综合焦比变化±０．３２％。
０．３２％。
焦炭质量不仅要达到一定的水平，而且还要保持相对的稳定，焦炭成分的波动不仅会影响高炉产量 及经济技术指标，而且会造成高炉气流不稳定而造成炉况波动，造成更大的损失。 参考文献：
［１】孟超慧．焦炭质量对高炉生产的影响叨．鞍钢技术，２００４：（５—６）． ［２１傅永宁．高炉焦炭【Ｍ】．北京：冶金工业出版社，１９６＿２０２．
滴下带和风口同旋区的状态和行为也各不相同。 ２．１块状带的焦炭
块状带位于炉身上部温度低于１０００℃的部位，矿石还没有软融，并无粘着现象。炉料人高炉时温度 与大气温度相近，在块状带运行中温度升至１０００℃左右，这一行为我们称之为蓄热行为，它在矿石进入 软熔带参与直接还原中起着重要作用。现在的温度低于炼焦的最终温度，所以焦炭承受热的作用影响不 大，焦炭块度和强度下降也很少。到了块状带的下部，铁矿石中的铁氧化合物与ｃＯ发生间接还原反应， 生成的ｃ０２在８００℃以上时很容易与焦炭发生气化反应生成ｃ０，使焦炭中的碳素消耗掉，我们称为碳溶 损失。块状带的碳溶损失一般在１０％以下。
Ｓ叫圭３，
式中：
公式（１）
卜风量，其方次ｎ＝１．８—２．０；
￡——炉料空隙度； Ｋ——比例系数； △Ｐ——料柱全压差。 炉料顺行、炉气分布和煤气利用率受高炉料柱透气性直接影响。当料柱透气性良好时，煤气流均匀 稳定的通过，保证生产的顺行，煤气流的还原和传热作用得到充分利用。透气性不好会导致气体阻力增 加，风压升高，出现崩料、悬料现象。
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第十四届全国大高炉炼铁学术年会论文集
焦炭质量对高炉冶炼的影响
胡雪松吴东海李耀庭周亮亮
（河北钢铁有限公司承德分公司炼铁厂）
摘要焦炭作为高炉炼铁主要原料之一，直接影响着高炉的顺行、钢铁成本等一系列指标。喷煤量的增加，导致焦炭负 荷的增大，这给高炉冶炼带来了另一问题：焦炭在高炉风口回旋区滞留时间延长、失碳率提高、焦炭强度降低、焦炭在高 炉内的骨架作用受到严峻挑战。焦炭负荷的增加和破损的加剧必然影响料柱的透气性和透液性，导致高炉操作困难，严重 时会引起悬料等高炉事故。了解焦炭在高炉内的变化对于高炉顺行，改善高炉操作具有重要的意义。 关键词焦炭高炉冶炼焦炭强度顺行
３．２
焦炭成分对高炉冶炼的影响
固定碳含量要高。焦炭中，挥发分和有机物数量很少，除固定碳以外，大部分是灰分。要求固定碳 含量尽量高，是因为固定碳含量高，其发热值高，单位重量焦炭所提供的还原剂数量也多，从而有利于 降低焦比。实践证明，焦炭中的固定碳含量提高ｌ％，可使得焦比降低２％。而且高炉的焦比基数越高， 固定碳含量对焦比的影响愈显著。要求灰分含量要低，因为灰分使焦炭中的固定碳含量降低，其次，焦 炭中的灰分也使得焦炭强度降低，因碳素和灰分的膨胀系数不同，在高温作用下产生内应力，引起焦炭 碎裂。尤其是灰分分布不均匀时，其影响更加突出。第三，焦炭灰分大部分是ｓｉＯ：（５０％左右）和Ａｌ：Ｏ， （３０％左右）等酸性氧化物，所以焦炭灰分增加碱性熔剂用量必须增加，从而使渣量增加，焦比增高。在 生产实践中，焦炭灰分增加１％，焦比升高２％，产量降低３％。焦炭灰分是焦炭区分等级的依据之一，国 际上要求一级焦的灰分含量低于１０％。 含Ｓ、Ｐ杂质要少。高炉冶炼过程中的硫８０％以上来自焦炭，因此，降低焦炭含硫量具有重大意义。 焦炭中的硫多数以有机硫、硫化物和硫酸盐的形态存在，其中以有机硫形态存在的占全部ｓ量的６７％～７５％。 焦炭中的含Ｓ量升高，必须相应提高炉渣碱度以改善炉渣脱硫能力，从而熔剂用量增加，渣量增加，焦 比升高，产量降低。焦炭含ｓ升高ｏ．１％，焦比升高１．５％左右，产量降低约２％。焦炭中的硫很大一部分 来自煤，炼焦过程中只能除去一小部分Ｓ，７０％～９０％的ｓ留在焦炭中，因此，控制煤的含ｓ量和选择合 适的配煤比，是控制焦炭含Ｓ量的有效途径。焦炭中含Ｐ较少，对生铁质量无大影响。我国焦炭含Ｐ量 一般都低于０．０５％。 粒度要均匀，粉末要少。气体力学研究表明，大小粒度越不均匀的散料，孑Ｌ隙度越小，透气性差。