王筱留-高炉炼铁燃料高效利用解析

高炉炼铁燃料高效利用解析王筱留祁成林北京科技大学冶金与生态工程学院钢冶系北京市海淀区学院路30号,100083Tel-mail:wangxiaoliu2023@aliyun提纲向高炉喷吹H2或富H2的焦炉煤气吨铁经济喷煤量焦炭质量操作上的中心加焦结论前言近年来随着高炉炼铁原燃料供给紧张，质量下降而价格反升，更受环保严格要求需要降低烟粉尘，CO2等影响，人们提出低碳低排放冶金。于此同时受产能过剩，市场低迷，高炉炼铁出现微利，甚至亏损的局面，人们又寻找降低本钱的途径。于是又出现使用低价劣质煤炼焦和低价劣质矿生产烧结矿，造成高炉炼铁生产指标局部变差，2023年甚至出现全面下降的后果，究其原因很多，其中局部炼铁工作者对假设干问题发生的争议，使人们产生片面理解，其中不少甚至是违背冶金热力学，动力学和传输原理的客观规律，但经知名人士，专家和媒体的宣传，我们认为造成的负面影响很大。作者认为有必要应用冶金根本原理对这些问题进行剖析，以求与广阔炼铁工作者达成共识。为我国实现低碳低本钱炼铁做一点有益的工作。这是本文作者的心愿。1.向高炉喷吹H2或富H2的焦炉煤气近年来，国内外的局部专家，教授宣传最多的技术之一是向高炉喷吹H2或富H2燃料，其目的是用H2来代替碳和CO复原铁氧化物，到达低碳炼铁，“中国钢铁工业科学与技术开展指南〔2023年-2023年〕〞，将喷吹焦炉煤气列为炼铁工艺关键技术，要求喷吹焦炉煤气量到达或超过100m3/t，高炉要不要喷吹富H2燃料，例如焦炉煤气，能不能到达喷吹焦炉煤气量≥100m3/t，是需要认真分析的。作者在2023年曾发表过多篇论文，阐说喷吹焦炉煤气存在的理论和实践问题，现再补充剖析。1.1热力学和动力学分析从高炉炼铁的根本工艺原理来研讨。高炉炼铁是火法冶金。它生产的产品是液态高温〔1475-1510℃〕铁水，生产单位生铁需要消耗9-11GJ/t热量，这个巨大数量的热量，主要是由碳在炉内氧化成CO和CO2放出的〔约占总热量的75%-80%〕，其中碳在风口前燃烧放热占25%左右，碳在直接复原中放热占9%-10%;而CO在间接复原中放热占43%-45%，而H2在间接复原过程中放出热量只占5%左右。向高炉喷吹H2或焦炉煤气，其特点是在高炉内放热少，因为碳氢化合物中的H2在风口前燃烧时，只有其中的碳氧化成CO放热而氢是不能氧化成H2O放热的。焦炉煤气含H2多含C少。因此从风口喷入高炉后在风口前燃烧放热很少：焦炭或煤粉中C燃烧C+1/2O2=CO焦炉煤气中碳氢化合物燃烧〔以CH4为例〕CH4+1/2O2=CO+2H2表1和表2列出不同燃料喷入高炉后燃烧放热与焦炭燃烧放热的比较。表1不同燃料在风口前燃烧放热比较燃料种类燃料中H:C放热量KJ/kgC%焦炭0.002～0.0059800100无烟煤0.02～0.03940096气煤0.08～0.10840085重油0.11～0.13750077甲烷（天然气中占90%～95%）0.333297030表2焦炉煤气成分〔%〕和燃烧放热量〔GJ/m3〕成分H2COCH4CnHmO2N2CO2H2O燃烧热值平均成分606.5262.20.63.02.6-完全风口前波动氛围58~625.5~8.62.4~3.02.0~2.50.5~1.22.7~3.62~3.02-318~200.08~0.18中国某厂成分59.28.629.42.01.23.62.0-19.6—所以从高炉炼铁的供热角度看喷吹H2，焦炉煤气等高H2燃料是难于代替碳发热作用的，那么从复原角度有如何呢？从铁氧化物复原的热力学规律〔图1〕来分析，图1显示CO和H2的复原能力，即从FeO夺取氧的能力在810℃发生了变化，在810℃以上H2复原能力比CO强，复原中需要平衡产物H2O，以保证反响向生成金属Fe方向进行的复原剂过剩系数n小于CO的n值，而在温度低于810℃时相反。H2的复原能力不如CO，过程系数n值H2的比CO的大〔见表3〕,它说明在高炉中上部中低温区的间接复原中H2的作用不如CO。图1叉子曲线表3不同温度下FeO复原到Fe的复原剂过程系数n值还原剂还原反应不同温度下的过剩系数n值600700800900100011001200H2FeO+nH2→Fe+(n-1)H2+H2O4.183.342.942.602.342.352.25COFeO+nCO→Fe+(n+1)CO+CO22.122.502.883.173.523.824.12从动力学规律来分析H2和H2O的密度和黏度都小于CO和CO2，因此前者在气-固相复原反响过程中扩散能力大于后者；也就是H2可以扩散到CO不能到达的铁矿石的微孔隙进行间接复原，从而加快复原速率开展间接复原，降低铁的直接复原度。但是这种优势，受到两方面的制约：一是铁矿石装入高炉后，逐渐被加热到一定程度矿石的气空隙因烧结，软熔作用而变小，原来的空隙被堵塞、熔合而消失。H2的扩散也被阻，另一是随着煤气中H2含量的增加，H2的作用递减，其中原因之一是高炉内存在着热力学上根本上已到达平衡的水煤气置换反响：H2复原生成的H2O被炉内的CO置换成CO2和H2。这个平衡反响限制了H2的作用和利用率，但与此同时，却提高了CO的复原和CO利用率。结果是高炉内H2的利用率总是低于CO的利用率。前苏联著名炼铁专家A.H.拉姆教授研究ηCO和ηH2与煤气中H2/CO比值变化范围0-1的条件下，最高ηCO和ηH2变化相应为0.58-0.64和0.37-0.52。这从理论上证明H2的利用率低于CO的利用率。图3前苏联契钢喷吹天然气后ηCO和ηH2的变化1.2实验研究许多研究者对H2复原铁氧化物复原做过很多研究，这里介绍武汉钢铁公司于仲洁等在实验室中进行了富H2复原气体复原烧结矿，球团矿的实验研究，重点在研究喷吹富H燃料对开展高炉内间接复原，提高煤气利用率的作用。复原试验采用恒温法以复原温度900℃复原时间180min的试验为主，还做了局部复原温度600℃，700℃和1000℃的试验。复原气体由高纯CO，H2和N2按CO定量为40%，H2分别为2.5%，5.0%，7.5%，10.0%，12.0%和15.0%。其余为N2的设定比例配制而成。试样为武钢高炉使用的自产烧结矿和鄂州球团矿，试样粒度10-12.5mm，复原剂流量为15L/min。试验研究结果列入表4。表4温度和复原气成分对铁矿石复原的影响温度/℃矿石还原气中H2含量/%2.55.07.510.012.015.0600球团矿67.171.075.077.4烧结矿76.980.485.392.3700球团矿87.188.490.092.599.199.4烧结矿88.290.395.199.699.499.7900球团矿89.393.495.3897.799.599.4烧结矿94.095.196.497.599.599.61000球团矿90.395.297.499.6烧结矿95.897.598.799.9试验研究结果说明：1〕在中低温度区间内〔600-900℃〕H2含量从2.5%提高到5%-7%时，烧结矿和球团矿复原度提高很明显，而H2含量继续提高到10%及以上，复原度提高幅度不大。2〕在试验研究的温度和煤气H2含量的范围内，烧结矿的复原性明显优于球团矿，而在900-1000℃时，低H2含量〔2.5%〕烧结矿的复原性仍明显优于球团矿，高复原气体中H2含量提高到5%以上时，烧结矿与球团矿的复原性差异很微小。由此得出结论复原性气体中H2含量5%-7%对改善高炉间接复原，提高煤气利用率有重要作用，过高的H2含量这一作用不大或无作用。在高炉生产中风口前燃料燃烧形成的煤气中含H2量与喷吹燃料中的含H2量和喷吹量，鼓风中湿度和富氧量等有关，在喷吹重油，天然气，高挥发分的长焰烟煤时，燃烧带中形成煤气中含H2量就高，同样高富氧〔8%-14%〕时为维持适宜的理论燃烧温度而加湿鼓风时，煤气中N2含量减少，H2含量和CO含量增加。例如前苏联契钢〔现俄罗斯“北方巨人〞〕喷吹天然气50m3/t时，燃烧带形成的煤气中H25.6%，CO39.3%，N255.1%而喷吹天然气100m3/t时煤气中H2达11%以上，CO那么降为38.5%，N250.9%，随着天然气喷吹量增加，ηCO和ηH2的变化示于图3。1.3生产实践中H2行为从图中可以观察到，在天然气喷吹量低于80m3/t时，煤气中H2开展了铁矿石的间接复原，ηH2提高也促进了ηCO提高。而在喷吹量超过80m3/t时，ηH2趋于降低，而ηCO那么明显降低。而当天然气喷吹量到100m3/t，ηH2开始下降，ηCO那么由0.43降到0.42以下，而当天然气喷吹量提高到150m3/t时，ηCO降低到不喷吹天然气时的水平，如果天然气喷吹量超过150m3/t，那么ηCO降到0.40以下，比不喷吹时还要低8%。图3前苏联契钢喷吹天然气后ηCO和ηH2的变化从上面冶炼过程热力学和动力学分析，实验室研究结果以及生产高炉富H2煤气的生产业绩，可以得出结论，在高炉炼铁中，煤气中H2含量并不是越多越好，而需要适量，即燃烧带形成的煤气中H2含量5%-8%。至于喷吹焦炉煤气那么需要分析高炉冶炼的生产条件。特别要分析投入和产出是否合理，是获利还是亏损。喷吹焦炉煤气的投入有：①煤气需加压,焦化厂出来的焦炉煤气，压力低〔在0.2KPa左右〕要喷入高炉，必须加设加压站将焦炉煤气压力加压到超过热风压力；②增添焦炉煤气清洗设施，焦化厂出来的煤气中残留有相当数量的焦油，硫化氢等，它们会腐蚀煤气加压机，所以进加压机前要再进行一次精清洗，以保证加压机长期平安运行；③喷吹焦炉煤气的喷嘴不同于喷煤粉，需要专门设计改造风口和直吹管结构到达煤气与鼓风很好地混合，使焦炉煤气在燃烧带内全部燃烧成CO和H2，如果混合不好，焦炉煤气不能全部燃烧成CO和H2那么在高温下裂化而产生大量碳黑，其负面影响远大于未燃煤粉。1.4分析结果喷吹焦炉煤气的产出：在前面已述及，焦炉煤气在风口前燃烧放热非常少仅为焦炭在风口前燃烧放热的1%-2%，煤粉燃烧放热的3%左右，甚至只有天然气的1/10-1/20。同时燃烧消耗的风量很小〔0.5-0.6m3/m3〕，热风带入热量也随之减少〔只有喷吹煤粉的10%〕；焦炉煤气的置换比在低喷吹量时不超过0.45kg/m3，而在高喷吹量时降到0.35-0.40kg/m3。因此寄希望于喷吹焦炉煤气来降低燃料比是不现实的。喷吹100m3/t焦炉煤气是需要认真地论证和研究，不宜冒然在高炉生产中推广。在现代技术水平的条件，焦炉煤气利用的最正确途径是生产甲醇，效益最好。2经济喷煤量高炉喷吹煤粉的目的是用煤粉中的碳置换焦炭中的碳，在风口前燃烧放热和形成间接复原的复原剂CO和H2，但是焦炭的重要作用之一是保证高炉料柱具有良好的透气性和透液性，以保证高炉冶炼过程顺利进行，也就是常说的焦炭的骨架作用和高炉顺行的保证者，所以喷吹燃料，包括喷吹煤粉量是受焦炭这个作用的限制，到目前为止，一般认为喷煤量的极限量是燃料比的50%，人们设定的目标是250kg/t煤比，250kg/t焦比，燃料比500kg/t，，但是至今燃料比可以长期维持在500kg/t以下〔最低420-460kg/t〕，但是没有一座高炉能长期维持喷煤率到达50%。只有少数高炉维持在40%左右，大多数高炉维持在25%-30%，即在燃料比500kg/t喷吹煤粉量维持在125-150kg/t。长期以来，作者根据中国高炉炼铁的冶炼条件：入炉品位57±1%；渣量320±20kg/t；燃料比530±20kg/t；吨铁风量1200±200m3/t；风温1100±100℃；富氧1.5%-3.5%；鼓风湿度不调湿波动在1%-3%。计算出适合于此条件的喷煤量在130±20kg/t。因而提出经济喷煤量概念，它就是最适合于冶炼条件的，置换比0.8kg/kg以上，燃料比稳定在530±20kg/t可取得较好效益的喷煤量。但是有的炼铁工作者，专家认为我们这种提法制约了生产者提高喷煤量的积极性，认为目前中国炼铁喷煤量还有相当大的差距，应该鼓励创造条件进一步提高喷煤量以节约更多的焦炭。我们认为在任何时候喷煤量都应该适应于冶炼条件，超越冶炼条件的大喷煤量必定是置换比较低，燃料比升高。目前相当多的中小高炉的燃料比高的原因之一，就是喷煤量超越了冶炼条件允许的经济喷煤量，例如有的高炉入炉品位降到57%以下，渣量超过了350kg/t到达400kg/t，风温缺乏1100℃，富氧很少或者不富氧，而喷煤量那么超过170kg/t。造成大量未燃煤粉进入炉尘和布袋灰，使布袋灰成为含碳45%-50%的高灰分煤粉，置换比下降，燃料比在550kg/t以上。实际生产说明，世界上任何高炉不会这样片面追求高喷煤量，结果只会是燃料比升高，CO2排放量增大。要使高炉炼铁获得好的业绩，必须具有一定的最根本条件，喷吹煤粉也是如此，要提高喷煤量，1〕必须解决和克服制约喷煤量提高的因素，最关键的是保证煤粉在风口前的燃烧率，减少随煤气流入料柱的未燃煤粉，喷吹无烟煤时燃烧率应＞80%，喷吹烟煤或挥发分20%左右的混合煤时，燃烧率应＞70%，燃烧率过低。一那么减少了煤粉中碳在风口前燃烧放热，降低了煤粉碳置换焦炭碳的作用；二那么产生的过多未燃煤粉降低了料柱的孔隙度，增加煤气穿过料柱的阻力，严重时影响炉况顺行；三那么随煤气逸出高炉，使重力灰和布袋灰中的碳含量升高，降低了喷吹煤粉在高炉内的利用率，导致置换比降低例如某厂高炉大喷煤时煤比超过250kg/t，重力灰中碳含量升高，煤气洗涤水外表漂浮油花般的煤粉，超过200kg/t以上煤粉的置换比降到0.5-0.6kg/kg〕，要保证煤粉燃烧率要采用富氧使燃烧的空气过剩到达1.15以上；要提高风温加速反响速度，要将煤粉磨到适当细度〔无烟煤-200目超过80%，烟煤或混合煤达70%以上〕以增加煤粉反响外表积和外表活性点来加快燃烧速度，要均匀喷吹；2〕消除个别风口脉冲式黑团煤气流，保证高炉炉况顺行，提高喷煤量后，造成料柱空隙度降低，风口前燃烧形成的炉腹煤气量增加，结果单位高度上的压差升高，当升高接近甚至超过炉料的堆积密度r料时，高炉就首先出现难行，继续发生悬料，而顺行是高炉生产头等重要的炉况，高炉难行，悬料必然造成生产指标恶化，本来希望提高喷煤来改善操作及其指标，结果适得其反，因此要提高喷煤量，必须使不升高，就要通过技术措施使料柱的空隙度维持在较好的数值，炉腹煤气量不增加或增加到允许的数量，这要求重视原燃料质量和提高富氧量。3〕维持高喷煤量下炉缸活泼和具有良好的热状态。活泼的炉缸表现在有足够大的燃烧带保证煤气初始分布合理，n=燃烧带环圈面积/炉缸截面积的比值：大高炉应维持在0.5左右，而中型高炉那么维持在0.55-0.6，小高炉维持在0.65左右，活泼炉缸的另一个重要标志就是死料柱有良好的透气性和透液性，这要有优质焦炭和较低的炉渣滞留来保证，良好的炉缸热状态特征是t理维持在2200±50℃，焦炭进入燃烧带时的温度到达0.75t理和有必要的热贮备630KJ/kg生铁，其中最重要的是t理，大喷煤后煤粉分解耗热增加，焦炭带入燃烧带热量减少，煤气体积增大，将导致t理下降：长焰烟煤3.5℃/kg，烟煤2.8℃/kg，无烟煤1.5-1.8℃/kg。需要通过提高风温和富氧来补偿，每100℃风温提高t理60℃-80℃，每1%富氧提高t理45℃-50℃。基于以上分析，我们提出喷吹180～200kg/t煤粉的必要条件：渣量280kg/t以下，200kg/t以上时要260kg/t以下；风温1250～1280℃；富氧3.0%～5.0%；焦炭质量灰分在12%以下，S0.7%以下，M4090%以上，M106%以下，CRI24%以下，CSR65%以上，平均粒度50～55mm，烧结矿以SFCA的高碱度烧结矿与含MgO酸性球团或低SiO2低Al2O3块矿搭配的炉料结构，均匀喷吹各风口之间的不均匀应在3%不超过5%，煤粉的灰分和硫均应低于焦炭，挥发分18%-20%，灰熔点在1500℃等，如果上述条件有1-2项达不到要求，就不宜冒然提高喷煤量，否那么将造成燃料比升高，达不到低碳低本钱炼铁。现在我国高炉冶炼条件在劣化，入炉品位降低，渣量增加，焦炭质量在降低，局部原来高喷煤量的高炉的喷煤量有所下降，例如宝钢本部的喷煤量2023年已降到与其冶炼条件相适应的经济喷煤量160-170kg/t到达低燃料比低碳和低本钱炼铁。3.1质量评估从焦炭是高炉冶炼过程中热量的提供者的作用分析，焦炭的质量要求是固定碳含量要高，灰分要低，S要低，以焦炭在高炉内放出的净热量，即焦炭中碳燃烧成CO放出的热量扣除自身的灰分造渣和脱S消耗热量以后，可以提供给冶炼的热量，从计算式可以看出：3.焦炭质量但是中国炼焦煤的特点就是灰分高S低，因此中国焦炭的特点也就是灰分高S低，用国产煤炼焦灰分降到12%以下是很困难的，炼铁工作者要理智地认清国情，而用1/3焦煤〔即气煤〕炼捣固焦可以少量降低灰分，因为气煤与焦煤正好相反，灰分低而S偏高。从焦炭的骨架作用分析任何生产液态铁水的竖炉〔包括高炉，COREX熔融复原炉，Finex熔融复原炉等〕，都离不开焦炭，其离不开的原因就是料柱骨架作用，为保证这一作用高炉用焦炭质量指标中最重要的是强度指标冷强度M40，M10，反响性CRI，热强度CSR〔与CO2反响后强度〕，4个指标中尤以M10和CSR更重要，更要引起炼铁工作者的重视。炼铁工作者都知道，焦炭在高炉内经受了4个方面的劣化：1〕热应力焦炭入炉后被加热，由于它的导热性能较差，焦块外表与中心之间温度差在150-250℃，这个温差造成的应力作用，使焦炭沿着出炉时就存在的微孔隙破裂，产生＜5mm的焦粉；2〕摩擦不同运动速度的焦炭与炉料之间，焦炭与炉墙之间的摩擦使耐磨性能差的焦块〔M10指标差的焦炭〕产生大量粉末，或随煤气进入炉尘，或残留在料柱，降低料柱空隙度而影响，特别在炉缸燃烧带作循环运动的焦炭与死料柱边界焦炭之间摩擦产生焦粉，影响炉缸状态及死料柱的空隙度；3〕碳素溶解损失反响焦炭中的碳与煤气中的CO2反响C+CO2=2CO，将焦炭外表溶蚀成蜂窝状，强度降低，CRI指标差的焦炭，以及入炉K2O，Na2O等有害元素高的高炉，这个劣化作用最大，是焦炭质量变差的主要原因；4〕铁渗碳反响溶蚀滴落带中的焦炭以及炉缸中浸堆在铁水中的焦炭，受此劣化作用大，它对死料柱透气性和透液性影响严重，也影响炉缸铁水环流。随着喷煤量的增加，焦炭在炉内停留时间延长，焦炭劣化更严重，宝钢和首钢迁钢的研究说明：1〕喷煤量由0kg/t到100kg/t和200kg/t，焦炭在炉内停留时间有6.5h延长到9.06h和14.92h；2〕宝钢焦炭溶损率相应由不喷煤时的29.63%提高喷100kg/t煤粉时的到36.25%和喷吹200kg/t时的46.67%，迁钢焦炭的粒度降解到达60%-68%，两厂高炉到达风口前的焦炭粒度由50-54mm降低17-13.5mm。我们通过统计研究，提出了评估焦炭质量的体系，设定焦炭质量总分为100分，那么最重要的灰分、M10、CSR各占20分；M40(或M25)、CRI各占15分，硫占10分，并制定了评价规那么，还为河北某厂建立了1780m3高炉和450m3高炉焦炭分级评分标准：表5焦炭评价规那么灰分降低1%，分数提高6.6分含量12%-15%20分硫分降低0.2%，分数提高1分0.6-1.4%5分M40降低1%，分数降低1分71-85%15分M25降低1%，分数降低1分78-92%15分M10降低0.2%，分数提高1分6-9.8%20分CRI降低1%，分数提高1.5分25-38%20分CSR降低1%，分数降低1.5分52-65%20分表61780m3高炉高炉使用焦炭分级评分标准分数100分0分-5分灰分A，d/%≤12.015.0≥20硫分St，d/%≤0.601.60--M40/%≥85.070.0≤60M25/%≥9277≤67M10/%≤6.010.0≥15.0CRI/%≤2538≥48CSR/%≥6552≤42表7450m3高炉使用焦炭分级评分标准分数100分0分-5分灰分A，d/%≤12.515.5≥20.5硫分St，d/%≤0.701.70--M40/%≥8065≤55M25/%≥8772≤62M10/%≤7.011.0≥16CRI/%≤2841≥51CSR/%≥6047≤37关于焦炭还需要分析三个问题：不同容积高炉，特别是大型高炉对焦炭质量要求是否一样，焦炭的反响性和捣固焦质量。3.2大型高炉对焦炭质量的要求是否因炉容不同而不同？不同容积高炉使用品质不完全相同焦炭适应炉内变化，本来是合理使用煤炭资源和不同焦炉生产的不同级别冶金焦是无可非疑的。GB/T1996-94就列出了不同容积使用焦炭的质量要求〔表8〕但是近年来出现了不同的观点：表8焦炭质量要求炉容级别(m3)10002000300040005000M40≥78%≥82%≥84%≥85%≥86%M10≤8.0%≤7.5%≤7.0%≤6.5%≤6.0%反应后强度CSR≥58%≥60%≥62%≥65%≥66%反应性指数CRI≤28%≤26%≤25%≤25%≤25%焦炭灰分≤13%≤13%≤12.5%≤12%≤12%焦炭含硫≤0.7%≤0.7%≤0,7%≤0.6%≤0.6%焦炭粒度范围(mm)75~2075~2575~2575~2575~30大于上限≤10%≤10%≤10%≤10%≤10%小于下限≤8%≤8%≤8%≤8%≤8%其一是我国新疆某厂2500m3高炉短时内使用本地煤炼的焦炭，质量稍差，而高炉生产指标未变坏反而还有改善，引起局部专家注意，并提出质疑目前对大高炉使用焦炭是否要求过高了，其二是有专家列出德国蒂森公司2000m3以上大型高炉的焦炭品质和高炉生产业绩，比照后得出随大型高炉炉容的扩大使用的焦炭品质无特殊要求表9德国蒂森高炉操作指标〔2023,1-5月〕高炉内容积，m39#21328#25001#44072#5513高度，m27.08928.53031.25032.800CSC/CRI，%66.1/22.966.1/22.967.4/22.668.0/22.3I40/I10，%55.4/16.955.4/16.954.7/15.854.1/15.7渣量，%288287287289风温，%1092111310961119煤气利用率，η，%49.248.348.849.2燃料比，kg/t497.1490.4498.5497.7M40M10CRICSRAS平均粒度沙钢89.105.7224.4166.8112.220.7347.32京唐90.985.6320.0271.7611.840.7557.72宝钢1号89.195.7425.4767.2912.050.6551.81宝钢2-4号88.98-89.745.64-5.8925.09-25.4767.29-67.5812.02-12.160.63-0.6451.86-52.58武钢8号（4117）89.145.2821.0169.2212.350.7353.12马钢A、B炉89.655.5122.8669.8712.430.7348.19太钢5/6炉89.95/91.535.26/4.7122.69/21.2470.44/72.8512.22/11.920.6661.66首迁3号88.466.0921.8967.8911.930.6559.75鞍钢鲅鱼圈1/2号--24.98/22.7965.28/62.20--50.50/51.70本钢88.395.8820.4069.5511.830.66-梅山88.506.1326.3265.6812.180.6648.56安阳89.895.1023.0567.9212.280.7151.77表10我国现有大于4000m3高炉焦炭质量关于第一个质疑，由于作者未去实地考察，情况不十分清楚，不敢妄加评论，但是如果本地煤炼的焦炭在M10和CSR尚可的话，短期内炉子是可以挺住的，原来使用的质量好的焦炭填充于炉内，死料柱内的焦炭可维持10天到15天，它们被后来焦炭置换出来后如果焦炭CSR仍然能保证死料柱内粒度较大，透气性透液性良好，那么炉缸状态活泼程度仍可维持，炉子短期内不会坏到不可收拾。但是时间过长，焦炭的CSR又差，粒度又小，炉况肯定走向恶化，这样的例子太多，据报道，新疆该厂已恢复使用原来配煤炼的焦炭。不再使用完全用本地炼的焦炭。关于第二个质疑，那是对德国焦炭没有仔细研究产生的错觉，如果我们仔细地分析，不难看出，德国高炉用的原燃料是真正的精料，从渣量288kg/t，估算其2132m3高炉和比它大的2500，4407，5513m3的入炉品位都相当高，也到达我国5000m3高炉的入炉品位，而焦炭的CSR/CRI指标比中国5000m3级高炉用焦还好，更不说德国焦炭的灰分只有9-10%，比我国最好的宝钢焦炭还低2-3%，也就是说德国2132m3高炉的原燃料条件，已能满足5000m3级高炉生产的要求，总体上比中国5000级高炉用原燃料质量只高不低，而在中国就完全不一样了，如果我们也用目前中国2000m3级高炉的原燃料用到5000m3级高炉进行生产，那5000m3高炉生产将会出现什么样的情景。不用说整体质量，就仅一项焦炭变差，就够咱们炼铁工作者折腾的，这样的例子已很多了，所以任何国外的经验都要按国内具体条件来分析，是否适用！故不可不顾条件而盲目适用，其结果只会带来负面作用。对不同容积的高炉提出适合于相应炉容的原燃料质量要求，证实符合中国高炉炼铁实际情况的。不应降低这种符合国情的质量要求，视作是对高炉炼铁原燃料质量的苛求，特别是为了焦炭本钱而片面降低焦炭质量只会造成燃料的升高，CO2排放增加，与当前降低单位产品能耗，低碳炼铁是背道而驰的。3.3焦炭反响性众所周知，焦炭反响性是指焦炭在高炉内与CO2反响能力的强弱，也有人称它为焦炭气化活性大小的量度，高炉内C焦+CO2煤气=2CO的反响称之为焦炭溶损反响，是个吸热反响，在高炉内反响温度850℃~1200℃，吸热170~165kJ/mol。如果焦炭到达燃烧带与热风中氧气反响C焦+1/2O2=CO那么是放热反响，放热115kJ/mol以上。这样如果焦炭的反响性强，它在下降过程中与高炉煤气间接复原生成的CO2和H2O反响将吸收大量的热，而又使风口前燃烧带要燃烧更多的燃料以提供其消耗的热量。历来高炉炼铁工作者不希望焦炭的反响性过强。但是目前有相当多的炼焦工作者和炼铁工作者们提出生产反响性强的焦炭，他们认为碳素溶损反响可以生成更多的CO和H2，对间接复原开展有利，可以减少单位生铁的碳消耗，有人更是提出这是当前低碳炼铁的开展方向之一。有人那么认为高反响性焦炭活性大，气化快，为强化冶炼提供了良好的根底。作者认为这种提法是不符合热力学原理的，这个溶损反响开展越多，不是开展间接复原，而是开展了直接复原。从复原的热力学知道，高炉内的直接复原是两个气相反响的合成：FeO+CO→Fe+CO2放热 FeO+H2→Fe+H2O吸热CO2+C→2CO 吸热 或 H2O+C→H2+CO 吸热FeO+C→Fe+CO 吸热 FeO+C→Fe+CO 吸热在高炉中下部碳素溶损反响发生越多，直接复原开展也越多，消耗的高温热量也越多，需要补偿直接复原耗热而在风口前燃烧的碳也越多，单位生铁的燃料比也越高。现在高炉的直接复原度过高是燃料比高的原因之一，要提高操作技术，和用上、下部调节，使煤气分布合理，从而大力开展间接复原，提高煤气利用率才是实现低碳炼铁应该大力提倡的方向。应该说C焦+CO2煤气=2CO的反响能力过低，也不是我们要提倡的。过低的反响性影响焦炭的气化速度，一是焦炭在风口前燃烧速度减慢，降低燃烧强度和高炉强化程度，影响高炉生产指标。另一是单位时间内放热减少，影响冶炼热量供需平衡。欧洲人认为过低的焦炭反响性影响焦炭使用价值，要打8.5折。3.4捣固焦质量捣固炼焦是生产焦炭时降低炼焦煤使用数量，也就是节约炼焦煤的技术，国内外都在采用这项技术。它用适当压强的捣锤将配煤捣压，使配煤的堆积密度增加〔顶装焦用煤堆积密度0.8~0.85t/m3，而捣固焦配煤堆积密度到达0.95~1.05t/m3〕。在配煤中用1/3焦煤〔即气煤〕代替20%~25%焦煤，这样减少了总的胶质数量，但胶质粘结煤的距离因堆积密度增大而减小，使有限的胶质能黏结更多的煤粒。在堆积密度适当〔1.0t/m3左右〕代替焦煤比例不超过25%，炼焦过程中加热和供热参数合理的情况下，可炼出适用于高炉的捣固焦。国外捣固焦已用于2500~4000m3级高炉，我国也有2座3200m3高炉使用〔涟钢和兴澄〕，取得较好的使用效果。但总体来说，中国捣固焦质量还存在一定的问题，阻碍了捣固焦在大高炉上使用，其原因在于：1〕配煤不标准配煤中焦煤和肥煤数量减少过多，气煤比例过高，有个别独立焦化厂甚至完全用气煤捣固炼焦造成捣固焦质量参差不齐。众所周知，炼焦生产焦炭主要靠胶质层，而将焦煤和肥煤减少过多使胶质大量减少，就炼不出高质量焦炭，焦炭的粒度普遍较小，满足不了大高炉生产的要求。2〕捣固压强过高为弥补胶质的减少，生产者想借用高压强捣固来尽可能缩小煤粒之间的距离，将配煤的堆积粒度增大到1.10以上，到达1.15t/m3，生产出的焦炭捣鼓层内孔隙极少，而两捣固层间出现大的横向闭气孔，影响焦炭质量。用普通顶装焦测定反响性和反响后强度方法测得捣固焦CRI和CSR都到达顶装焦指标的要求，但装入高炉后，捣固焦表现那么差，造成炉况波动，甚至失常，这样的例子屡见不鲜。3〕顶装焦炉生产已相当成熟，其加热工艺参数已很完善。而捣固焦生产的工艺参数尚在研究之中，不够完善。焦炉两端明显地出现黑头焦，也就是结焦未很好完成，根本上是无定形碳而缺少必要数量的石墨〔焦炭中石墨占50%左右，使焦炭断面呈银灰色〕，质量较差。参加高炉后经过劣化因素的作用，产生大量粉末，使炉况失常。总的来说捣固焦生产还需要加强研究，优化参数，标准配煤和捣固压强等使捣固焦质量提高以适应2000m3级以上高炉使用。4.操作上的中心加焦中心加焦是无钟炉顶布料技术中的一项内容，现广泛应用于国内外无钟炉顶的高炉生产。据不完全统计，世界上有90%~95%高炉应用中心加焦。在中心加焦技术上存在两种观点：一是加焦是控制高炉顺行的重要手段，另一是中心加焦使高炉中心部无矿或矿很少，不利于煤气利用，使炉顶ηCO低，是中国高炉目前燃料比偏高的原因之一。两种观点各有生产高炉的业绩作为依据。对于各生产厂和高炉操作者应该如何应用这项中心加焦技术，需要从高炉生产煤气流分布和高炉料柱的透气性、透液性的规律来观察分析。首先应明确的，中心加焦并不是单纯从炉顶炉料分布考虑的，而是从全炉煤气流分布和料柱的阻力考虑的。全面地分析中心加焦作用有五个方面：1〕减少中心带的矿焦比，以稳定和加强中心气流；2〕降低中心带焦炭的溶损以阻止焦炭外表的剥落和溶蚀，中心矿少，气流中CO2少，焦炭的熔损气化反响进行少，且缓慢，使大粒焦保持良好的粒度和性能，置换死料柱的焦炭；3〕促使倒V型软熔带的形成；4〕以大块焦炭置换死料柱内的焦炭；5〕改善炉缸内焦柱的透气性和透液性，活泼炉缸。现在，有局部厂家高炉工作者和专家认为中心加焦造成中心局部无矿形成上下贯穿的无矿焦柱，使煤气流局部通过这个焦柱未遇矿石而没有充分发挥煤气复原和热交换作用，中心气流温度过高，CO数量过多而造成煤气的化学能和热能没有充分利用，结果炉顶温度偏高，ηCO偏低，而造成燃料比偏高。因此他们认为中心加焦是没有必要的，假设过分夸大中心加焦作用，只会造成燃料比升高，他们在国内大力推广取消中心加焦技术。然而，他们是以个例来概括全部高炉生产，不可防止的会得出与大局部高炉实际生产条件不相适应的片面结论。首先用模型显示中心加焦高炉上中心无矿，形成贯穿的无焦料柱不全面的。中心加焦只是降低中心矿焦比，通过无钟炉顶“平台加浅漏斗〞的布料不可能中心