日本低成本和环境友好型炼焦新技术的进展(上)

日本低成本和环境友好型炼焦新技术的进展（上）

近年来，钢铁企业为降低生产成本，以及应对环保要求日益严格的形势，纷纷把研发的重点集中在原燃料新技术的开发方面。焦炭质量好坏对高炉炼铁生产起着至关重要的作用，同时炼焦工序是钢铁企业控制污染物排放的关键环节之一。因此，低成本和环境友好型炼焦新技术的开发成为人们关注的重点。

本文对日本新近研发的新一代SCOPE 21炼焦技术，全部使用弱、非黏结煤生产焦炭技术，以及高反应性焦炭生产技术进行了阐述，重点介绍了这3种技术的研发背景、特点和目前的研究状况以及工业化应用情况。这3种技术的开发对于提高弱、非黏结煤的用量，降低生产成本都具有十分重大的意义。

日本在开发低成本和环境友好型炼焦新技术方面一直走在世界前列，其炼焦新技术的研发主要集中在两个方面：一是在保证焦炭质情况下，加大廉价煤的使用量，主要是扩大非黏结煤或者弱黏结煤的用量；二是减少污染物排放。

1 日本典型的低成本和环境友好型炼焦新技术

日本近年来一直致力于进行大量使用弱黏结煤技术的开发。弱黏结煤有以下特征：由于煤在软化温度区域的熔融性指数比黏结煤低，如果单独使用，煤颗粒间的黏着会不充分；大量使用弱黏结煤时，焦炭强度会下降，无法获得优质焦炭。因此，为了能够大量使用弱黏结煤，必须对煤进行一些预处理。为此，日本开发了煤的新型预处理技术，其中包括煤预热技术。

一般认为焦炭是一种多孔质材料，其强度主要受以下因素的支配：基质强度、气孔率、焦炭内的龟裂和缺陷。因此，在配加弱黏结煤的情况下，只有改善这些影响因素，才能大量配加。煤预热炼焦技术是利用热的惰性气体将配合煤快速加热到150℃-250℃后热煤装炉的一种炼焦技术。煤料装入炭化室后，其堆密度比湿煤高10%-15%，由于装炉煤的升温速度加快，塑性温度间隔增宽，改善了煤料的塑性，同时装炉煤的膨胀压力也增大。该项技术适用于膨胀压力较小的高挥发分弱黏结煤。与常规的湿煤炼焦相比，结焦时间缩短了20%-30%，散密度增大了10%-15%，焦炉生产能力提高了30%-50%。并且，由于预热煤不含水分，减少了剩余氨水量；由于不需要机械平煤，免除了平煤时的烟尘逸散；由于预热煤装炉系统密封好，减少了装煤孔的烟尘逸散，十分有利于减少环境污染。

在煤的预热炼焦技术和干熄焦技术的基础上，日本开发成功了SCOPE 21技术，该技术既可以把弱黏结煤或者非黏结煤在配煤炼焦中的比例提高到50%，又可大大减少污染物的排放量。

为了进一步提高低价弱黏结煤或者非黏结煤在炼焦配煤中的使用比例，日本正在开发Hyper煤（HyperCoal）技术，目的是在炼焦中全部使用低价弱黏结煤或者非黏结煤。

此外，为了高炉能大幅度节能减排，日本正在开发一种新型焦炭——高反应性焦炭。

2 新一代SCOPE 21炼焦技术

研发背景。日本的绝大部分焦炉是20世纪70年代在经济高速增长时期建设的，近20年来没有新建焦炉，目前焦炉的平均炉龄约为33年，最长的达40

年。随着焦炉的老化，在今后的10年间日本大部分焦炉须更新。此外，在传统的炼焦技术中，弱、非黏结煤的用量受到很大的限制，最多只能达到20%左右，使煤资源的有效利用受到了制约，且能耗大，生产过程中产生的二氧化碳也多，环境污染严重、作业环境恶劣。因此，简单地重建焦炉不能够应对社会发展的需要。日本把开发新一代炼焦技术列为国家级科研开发项目，并由日本煤炭利用中心和日本铁钢联盟组织研究，研发期限为1994年-2003年（10年）。

技术特点。SCOPE 21工艺主要分三部分。第一，先将炼焦用煤进行干燥分级，然后将粗粒煤和粉煤分别快速加热至330℃-380℃，采用热态成型机将粉煤成型后与粗粒煤一起混合。通过采用这种煤的预处理技术，可以大幅度增加不适宜作炼焦用原料的弱黏结煤的使用比例，大大提高焦炭的生产率，节省能源。第二，将高温加热的煤装入焦炉炭化室（炭化室的炉壁采用热传导率高的薄耐火砖砌筑）对煤进行干馏，同时在比通常干馏温度（大约1000℃）低的情况下进行推焦，由此能缩短焦炭在炭化室内的结焦时间。第三，把在中低温（大约900℃）干馏时从焦炉推出的焦炭送入CDQ（提高焦炭质量的干熄室），再加热至通常的干馏温度水平（大约1000℃），能确保焦炭质量与在焦炉炭化室内干馏至1000℃时的相同，并能大幅度提高生产率。SCOPE 21是由以上三个基本工序组成的新炼焦技术，可以大幅度缩短焦炭的结焦时间，使炼焦工艺更加紧凑，实现了高效生产优质焦炭的目标。

SCOPE 21技术以煤资源的有效利用、提高焦炭生产率和实现环保与节能技术创新为目的，能够将弱、非黏结煤的配比由传统技术的20%提高到50%以上。SCOPE 21技术通过对煤快速加热来提高煤的黏结性、对煤进行干燥、对细粒煤成型处理后提高煤在炭化室内的装入密度等技术来提高焦炭的强度指标，即使在弱、非黏结煤用量达50%的情况下，也能生产出平均粒度在43mm以上的优质

焦炭。采用SCOPE 21技术不仅能够有效利用资源、提高生产率，还能保护环境、节约能源。

其核心技术在于如何将煤从常温条件下快速加热到煤的软熔温度，使加热速度达到较高值，其中包括在密封、中温条件下细粒煤的热成型技术和热装煤技术等。

按照日本相关资料介绍，采用SCOPE 21技术可节省能源20%，硫化物和氮化物排放量降低30%，可全部回收炼焦过程中产生的二氧化碳，使弱、非黏结煤用量提高到50%以上，使炼焦成本降低18%左右。

工业化应用。首座采用SCOPE 21技术的工业化焦炉于2008年2月在新日铁大分厂建成投产6号焦炉，64孔），总投资约为370亿日元，年产能为100万吨。该焦炉投产后，与最初的设想存在一定的差距，实际只是谋预热加粉煤成型，而提高弱、非黏结煤用量的效果并不明显，煤预热和粉煤成型处理成本大幅度提高，操作难度大且仍有许多关键技术未能解决。