高炉内焦炭质量的控制
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【摘 要】焦炭的质量主要取决于配合煤性质和工艺条件。配合煤的性质主要是结焦性、煤的粘结性对焦炭强度的影响较大；炼焦煤的性质影响焦炭的灰分、硫分等化学组成，影响焦炭强度。炼焦的工艺条件是水分、灰分、细度、堆密度等；结焦时间影响焦炭冷态、热态性能和显微特性。
中图分类号： O213.1文献标识码： A
一．引言
焦炭中的硫分硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石；3.5%来自石灰石；82.5%来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫分大于1.6%，硫份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5—2.0%.冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7%。焦炭从入炉到达炉缸，受到内外部多种因素的影响，要经受碰撞、挤压、磨损等机械力学作用;碳溶损反应、碱金属侵蚀、渣铁溶蚀，以及向铁水溶解等化学作用。因此焦炭从入炉到炉缸，平均粒度要减小20%-40%。在上中部粒度变化不大，在软熔带的焦炭有剧烈的碳溶反应，粒度变化较大。焦炭质量对焦炭自身的劣化起重要的作用。其中以焦炭灰分，块度，强度影响最为显著。
二．高炉冶炼对焦炭质量的要求。
燃料是高炉冶炼中不可缺少的基本原料之一。现代高炉都使用焦炭做燃料，全部从炉顶装入。近年来，喷吹技术的发展，从风口喷入一些燃料(如无烟煤粉、重油、天然气等)，替代一部分焦炭，但只占全部燃料用量的10％～30％，焦炭仍然是高炉冶炼的主要燃料。
1. 焦炭在高炉冶炼中的作用.
焦炭在高炉冶炼中主要作为发热剂、还原剂和料柱骨架。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。高炉冶炼过程中的热量有70％～80％来自焦炭的燃烧。焦炭燃烧产生的C0及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。焦炭在料柱中占1/3～1/2的体积，尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体状态存在，它对料柱起骨架作用，高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。
另外，焦炭还是生铁的渗碳剂。焦炭燃烧还为炉料下降提供自由空间。
2. 高炉冶炼对焦炭质量的要求.
焦炭质量好坏，直接影响高炉冶炼过程的进行及能否获得好的技术经济指标，因此对入炉焦炭有一定质量要求。
焦炭的化学成分。
焦炭的化学成分常以焦炭的工业分析来表示。工业分析项目包括固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。
（1）. 固定碳和灰分 焦炭中的固定碳和灰分的含量是互为消长的。固定碳按下式计算：ω(C固)=[100—(灰分十挥发分十硫)]％。要求焦炭中固定碳含量尽量高，灰分尽量低。因为固定碳含量高，发热量高，还原剂亦多，有利于降低焦比。
生产实践证明：固定碳含量升高l％，可降低焦比2％。焦炭中灰分的主要成分是Si02、A12O3。灰分高，则固定碳含量少，而且使焦炭的耐磨强度降低，熔剂消耗量增加，渣量亦增加，使焦比升高。生产实践还证明：灰分增加l％，焦比升高2％，产量降低3％。我国冶金焦炭灰分一般为11％～l4％。
（2）. 硫和磷在一般冶炼条件下，高炉冶炼过程中的硫有80％是由焦炭带入的。因此降低焦炭中的含硫量对降低生铁含硫量有很大作用。在炼焦过程中，能够去除一部分硫，但仍然有70％～90％的硫留在焦炭中，因此要降低焦炭的含硫量必须降低炼焦煤的含硫量。焦炭中含磷一般较少。
（3）. 挥发分 焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的H2、CH4、N2等物质。挥发分本身对高炉冶炼无影响，但其含量的高低表明焦炭的结焦程度。正常情况下，挥发分一般在0．7％～l．2％。含量过高，说明焦炭的结焦程度差，生焦多，强度差；含量过低，则说明结焦程度过高，易碎。因此焦炭挥发分高低将影响焦炭的产量和质量。
（4）. 水分。 焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的，通常为2％～6％。焦炭中的水分在高炉上部即可蒸发，对高炉冶炼无影响。但要求焦炭中的水分含量要稳定，因为焦炭是按重量入炉的，水分的波动将引起入炉焦炭量波动，会导致炉缸温度的波动。可采用中子测水仪测量入炉焦炭的水分，从而控制入炉焦炭的重量。
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三．焦炭对高炉冶铁的作用以及质量要求。
1.作用。
（1）. 炉料的骨架作用：支撑炉内料柱，提供炉料的透气性;
（2）. 提供冶炼能量：与氧气燃烧放热，占炼铁总热量的58%;
（3）. 铁矿石的还原剂：碳和碳与氧反应生成的CO;
（4）. 对最初生成的铁进行渗碳，生铁中含碳量为2.2-6.0%;
（5）. 填充炉缸作用：活跃炉缸，提高炉缸的空间系数，使高炉休风后易恢复炉况。
2.质量要求。
建设大搞炉一定要要有高质量焦炭的保证，企业高炉扩容也要以提高焦炭质量为前提，焦炭质量水平决定喷煤比的水平。因此一般高炉炼铁对焦炭的要求是：
（1）. 大高炉对焦炭的质量要求高于中小高炉、巨型高炉用焦炭质量更高，粒度要大一些。
（2）. 工业发达国家高炉炼铁用焦炭质量普遍高于中国。如灰分一般在10%作用，含硫小于0.6%。
（3）. 炼铁精料技术要求：炉料
（4）. 注意焦炭和煤粉灰中带入有害杂质含量，如元素K、Na等。
（5）. 焦炭要进行整粒。目的是要实现粒度均匀。如焦炭要保证60mm左右粒度>80%，大于80mm的要小于10%，75mm)在炉内易破碎，产生较多的粉末。这些粉末会使炉料透气性恶化，高炉压差升高，被破减少风量，产量下降、焦比升高，需要加以控制。
四．新工艺的选择。
扩大炼焦煤源的炼焦工艺，已进入工业化的有煤预热炼焦、湿煤捣固和预热捣固炼焦、型焦生产、添加粘接剂、配入型煤炼焦等，虽然上述工艺都能改变焦炭质量，但从煤种及投资改造难易程度上比较和分析，湿煤捣固式炼焦有较大优势。挥发份高、弱粘结性的兖矿气煤，改造过程不影响正常生产，且效果显著。
采用湿煤捣固，其原理是增加入炉煤的堆比重，有利于提高煤料的粘结性。
堆比重增加，煤粒间的间隙减小，填充间隙所需胶质体液相产物的数量也相对减
少，较少的胶质体可以在煤粒之间形成较强的界面结合；堆比重增加，煤饼的透
气性差，使炼焦过程中产生的干馏气体不易导出，煤粒的膨胀压力增加，中间产物靠得更紧密，接触时间长，更容易反应生成稳定的胶质体，从而改善煤的粘结性。焦炭形成后使耐磨指数M10降低，即耐磨强度改善，还有利于提高抗碎强度和反应后强度。
通过捣固可将煤料堆比重由0.70～0.80t/m3提高到1.05～1.20t/m3,焦炭抗碎强度M10提高2%～4%,耐磨强度M10可改善3%～5%。
五．结束语
我们应大力的投入资金，提高配煤的准确性，从而在一定基础上保证焦炭的均匀成熟，为稳定焦炭质量提供可靠的保证，保护国家资源，提高生产经营的灵活性。
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