适合攀钢改善焦炭质量的方法

攀 钢 技 术 17 适应攀钢焦炭质量改善的方法浅析 蒋 胜，黄先佑 （攀钢钢铁研究院） 摘 要： 分析了不同的配煤方法、炼焦工艺和焦炭改质处理等国内外炼焦新技术及改善焦炭性能的方法，结合攀钢自身条件，总结出配型煤、捣固炼焦是适合攀钢现有煤资源条件下改善焦炭质量的适宜工艺，并对攀钢如何利用前沿技术 焦工艺进行了简述。 关键词： 炼焦；炼焦工艺；配煤； 引言 随着攀钢炼铁生产技术的进步，高炉要保持高的冶炼强度，就必须有较高的入炉焦炭质量。针对如何改善焦炭质量，科技工作者开展了大量的工作，在炼焦配煤 、炼焦工艺方面推出了许多行之有效的新技术。攀钢目前面临煤资源严重短缺，如何有效利用现有煤资源来提高焦炭质量适应高炉的需求较为迫切，在现有条件下，提高焦炭质量主要从优化配煤和炼焦工艺来想办法，何种工艺更能适应攀钢焦化改善焦炭质量有待于研究。笔者从国内目前优化配煤及新工艺新技术等方面来分析攀钢适宜的工艺及技术，为在现有条件下改善焦炭质量提供依据。 1 配煤 在室式炼焦条件下，单种煤炼焦很难满足焦炭灰分、含硫低，强度高、各向异性程度高的要求，同时煤资源分布不均等因素也要求炼焦必须采用配煤炼焦。 化配煤 优化配煤是将两种以上的单种煤料，按适当比例均匀配合，结合本地资源及性价比以求制得适合高炉用的焦炭。优化配煤必须与本厂炼焦工艺相适应，符合本地区煤炭资源条件，有利于扩大炼焦煤源和增加炼焦化学产品，防止炭化室在煤料结焦过程中产生的膨胀压力超过炉墙极限负荷的现象。 常规优化配煤一般分为胶质层重叠原理、互换性原理和共炭化原理。攀钢在优化配煤方面做了许多工作，主要是从胶质层重叠原理入手分析，特别是在 2002 年，分析了攀钢焦炭质量差的主要原因是矿务局煤粘结性差，炼焦配煤中无气煤、气肥煤等低煤化度的煤后，经过分析周边煤资 源情况，在配煤中配加一定量的云南一平浪煤后，取得了焦炭反应性降低 百分点，反应后强度提高 百分点的好效果。 岩配煤 随着炼焦煤资源日益紧缺和煤质劣化多变，传统的配煤比定量技术面临着极大的挑战，在某些情形下传统的配煤理论对配煤炼焦技术的发展形成制约，甚至对焦化生产造成误导。因此，煤岩学配煤就应运而生，并得到迅速发展。 煤岩学在配煤炼焦领域的应用主要包括以下方面：用煤的镜质组反射率分布图形态来判别混煤，控制来煤质量；采用煤岩反射率分布，结合 Y 值，对煤质进行评定和正确配用；解决炼焦生产 中出现的异常情况及合理准确地指导配煤。 煤岩配煤中将煤组分分成活性组分与惰性组分，并按镜质组、半镜质组、丝质组、壳质组等分类。世界上具有代表性的煤岩配煤方法有以下几种1：阿莫索夫和施皮罗法、美国伯利恒钢铁公司法、日本宫津隆法、加拿大利德法、荷兰文克列威伦法、美国钢铁公司盖内伐厂的方法、澳大利亚的布郎塔洛法、前西德赛莫奈斯和马科夫斯基法、周师庸法。 由于各种煤岩配煤方法所运用的手段和方法及地域局限性，只能适用于某些特定范围，都不能很好地解决配煤问题，近年出现了一种新的煤岩配煤方法 2（专利号： 在山西焦化厂成功实施，突破了以往其它方法的局限性，较好技术探讨 18 2009 年第 32 卷第 1 期 解决了由于配煤所引起焦炭质量的波动。 攀钢研究煤岩配煤较晚，近年才刚起步，面临着许多问题和挑战，煤岩配煤在攀钢成功应用，将有助于解决长期以来配煤仅看粘结性 G 值的方法，有助于解决混煤波动而影响焦炭质量，对提高炼焦水平及焦炭质量具有重要意义。 2 炼焦工艺 择粉碎 选择粉碎工艺是在入炉前对单种煤进行单独粉碎，其原理是根据炼焦煤料中煤种和岩相组成在硬度上的差异，按不同粉碎度要求，将粉碎和筛分（或风力分离）结合在一起，既能消除大颗 粒又能防止过度粉碎，使惰性组份达到适当细度。 由于煤粒分离方法上存在差异，选择粉碎又可分为机械选择粉碎和风力选择粉碎。风力选择粉碎不仅在生产能力、投资、能耗、运行等方面显著优于机械选择粉碎，而且除了可以像机械筛分那样将大颗粒煤分离出，还可以把密度大的惰性组分和灰分高的煤分离出来，使之粉碎得更细，从而减少裂纹中心，提高焦炭强度，一般可使焦炭 百分点， 百分点， 高 1 4 个百分点 3。 风力选择粉碎工艺非常适合我国炼焦配煤中难粉碎的气煤配比较高的企业，目前 该工艺处于试验阶段。对于攀钢来说，由于攀钢目前配煤中没有难粉碎的气煤，该工艺不适用于攀钢。 预热 煤预热是将炼焦煤预热到 150 250 后装炉，煤料经过预热后不仅可以完全去除煤的水分，降低炼焦耗热量，还能增加装炉煤堆积密度，有利于提高煤料塑性层厚度，改善配合煤的结焦性能，可使焦炭 6 个百分点， 5 个百分点， 高 1 10 个百分点 4。 煤预热工艺可大幅度提高炼焦生产能力，比湿煤炼焦增加 1/3 的焦炭产量。 种煤预热炼焦技 术，早在 20 世纪 80 年代初就实现了工业化，并在欧、美和日本多个焦化厂投产。但由于预热煤在炼焦过程中产生的膨胀压力要比湿煤炼焦时大得多，易使炭化室墙因变形而降低其使用寿命，且预热煤的装炉操作易造成对环境的严重污染，故于 80 年代末，世界煤预热装置大多已停产。 调湿 煤调湿（ 术在经煤预热技术基础上发展而来的，又不同于煤预热和煤干燥，是将炼焦煤料在装炉前通过直接或间接加热的方法去除一部分水分，保持装炉煤水分稳定在 6%左右，然后装炉炼焦。 煤调湿技术以其节能、环保和提高焦炭质量等特点而受到普遍重视 。在日本，绝大部分炼焦煤都是经调湿后再入炉。该工艺使入炉煤堆积密度提高4% 7%， % 反应性降低 反应后强度提高 焦炉生产能力提高 5% 10%5。 1996 年我国第一套煤调湿装置在重钢焦化厂投产，采用日本导热油传热方式技术，该套装置在重钢未能正常长期运行，已处于报废状态。鞍山焦耐院正在开发以蒸汽为热源的煤调湿装置，用蒸汽在列管式调湿机内与煤换热，利用烟道废气带走煤析出的水分，将装炉煤的水分稳定在 6%左右。 攀钢煤调湿 小焦炉试验表明，煤调湿能显著改善焦炭性能。新建捣固炼焦工艺的煤料水分控制须采用煤调湿，以稳定配合煤水分，减少其波动。 型煤 装炉煤配型煤工艺是将一部分装炉煤在装入焦炉前配入粘结剂压成块状，然后与散状装炉煤按比例混合后装炉的一种炼焦煤预处理技术措施。配型煤煤料的堆密度可从一般 t/加到 t/配型煤工艺在配煤比相同的条件下，耐磨强度 3 个百分点，抗碎强度 个百分点，在保持焦炭质量不降低的情况下，所用强粘结性煤的量可减少 10 15 6。 配型煤炼焦时，由于型煤致密，内部颗粒之间的间隙小，导热性能好，比周围粉煤升温速度快，可以较早达到开始软化温度，处于软化熔融的时间长，有助于型煤中添加的沥青等产生新的熔融胶质体成分与型煤中的未软化部分和周围粉煤的作用；其次，配型煤的装炉煤，比重约为 0.8 t/通常装炉煤大，可改善煤料的粘结性。在炼焦过程中，由于型煤内部的煤气压力比粉煤大得多，故体积膨胀率较粉煤大得多，型煤膨胀压缩周围粉煤，挤紧并互相熔融，使焦炭结构致密，改善其显微结构，气孔率降低，气孔壁厚度增加，相应提高焦炭质量。 型煤 炼焦过程中较为关键的是粘结剂，通常有以下几种：煤焦油沥青、发生炉焦油、纸浆废液、攀 钢 技 术 19 腐殖酸粘结剂、乳液粘结剂、石油改制沥青、焦油渣粘结剂、生物质粘结剂。较为常用的是石油改制沥青和焦油渣粘结剂。 配型煤工艺于 20 世纪 60年代在日本新日铁公司八幡技术研究所完成工业试验，于 1971 年在该公司生产焦炉上应用。 20 世纪 70 年代中期，新日铁配型煤工艺在日本迅速发展，在此期间，日本住友金属工业公司和住友炼焦公司又开发了住友配型煤工艺。到 70 年代末期，在日本采用配型煤工艺生产的焦炭己占焦炭总产量的 40左右。 我国宝钢于 20世 纪 70 年代末在一期工程建设期间由日本引进了新日铁配型煤炼焦新工艺。型煤装置共计 4 套，处理原料煤能力约 2 000 t/d，炼焦煤料中型煤配入比例约 30%，焦炭质量得到较大幅度提高。 攀钢配型煤工业炉孔试验表明， 不配粘结剂时焦炭的 百分点，反应性 (降低 百分点，反应后强度 (提高 粘结剂时焦炭的 百分点， 下降了 百分点， 提高 固炼焦 将炼焦煤料在炉外捣固成煤饼后装炉，使捣固煤饼中颗粒间 的间隙缩小 25% 33%，即入炉煤堆密度提高到 950 1 150 kg/此在结焦过程中煤料的胶质体很容易在不同性质的煤粒表面均匀分布浸润而形成较强的界面结合，同时在炼焦过程中由于煤粒间间隙减小，产生的干馏气体不易析出，煤料的膨胀压力增加，有利于改善煤料的粘结性。 捣固炼焦一般可使焦炭 高 1 6 个百分点， 4 个百分点，反应后强度提高 1 6个百分点 7。煤料捣固还可以多配气煤、肥气煤，显著改善焦炭质量。 攀钢捣固炼焦试验表明，在相同配煤比条件下， 百分点， 降 2 4 个百分点， 高 百分点。攀钢今年新建两座 62 孔 5.5 m 捣固焦炉，年产 124 万 t，建成后必将对攀钢炼焦生产及炼铁生产带来深远影响。 焦新技术（ 长期以来，世界炼焦技术虽然有了一定的进步，但基本方法和工艺过程没有大的改变。即原煤在炉内经过脱水、升温、热解、熔融、胶质体形成、半焦形成、焦炭形成和稳定等阶段，赤热的焦炭经湿法或干法熄焦而获得成品焦。虽然人们先后开发了优化配煤、预热、型煤、焦炉大型化等先进技术，也取得了一定的效 果，但这些措施大都是仅对焦炉结构或工艺的某一环节进行改进，不能较全面地从根本上解决现有炼焦技术所存在的主要问题（资源限制、能力和质量限制、能耗大，成本居高不下、环境限制）。日本多家科研机构从 1994 2003 年期间联合研究了 术（ 1 向 21 世纪的高效环保型超级炼焦技术），以解决上述问题，取得了显著成果，达到了预期效果。新日铁 2005 年 4 月至 2008 年 2 月斥资370 亿日元建成年产 100 万 t 的 64 孔 5 号焦炉，降低对入炉煤要求，每年少排 0 万 t。 键技术 8： （ 1）快速预热处理煤料以提高其粘结性 将煤料在 200 300 分级，分级后粗粒煤和细粒煤分别在不同的气流塔内快速加热至 330380 ，细粒煤热压成型后与粗粒煤混合后装炉。由于煤经过快速加热，加大了对煤炭大分子结构的冲击强度，在一定程度上降低煤分子的聚合强度，这样更易产生低分子物质而有更好的粘结性。 （ 2）低温出焦和焦炭改质 一般工艺炼焦时温度达 1 050 后推焦，而焦饼中心温度达 800 就将焦炭推出，放入一密闭容器内进行改质处理，降低了炼焦能耗。 （ 3）降低环境负荷 该工艺在焦炉的燃烧室和炭化室之间的炉壁采用新开发的 70 密度硅石砖，传热速度快，而且炼焦温度较低，有利于减少 的排放量。 术几乎将煤预热及快速预热、煤调湿、型煤、干熄焦等目前新工艺全部归纳在一起集成一种新的炼焦技术，具有很大的借鉴意义。但该技术现有成果和数据，难以涵盖所有煤种和炼焦工艺。对于攀钢来说，应以 蓝本，结合自身的煤资源深入研究并完善 其尚存的不足之处，开发具有攀钢自主知识产权的新一代炼焦技术工艺，这对攀钢乃至我国炼焦工业的发展无疑有着极其重大的意义。 3 焦炭改质处理 18 2009 年第 32 卷第 1 期 焦炭改质处理是将从焦炉内推出的焦炭添加一些物质，使其强度增加，以达到改善焦炭质量的目的。根据焦炭添加剂能改善焦炭热性能的思路，国内多家科研机构和企业进行了不同类焦炭钝化添加剂的研究，主要集中在硼酸、硼砂、硅酸、粘土、 重点以硼酸为主要原料。硼酸能改善焦炭性能机理可从以下三方面来分析 9，首先，焦炭脱水后吸附其微孔表层，阻止 体向焦炭内层扩 散，抑制焦炭的溶损反应和水煤气反应的进行（物理阻隔）；其次，硼原子半径与碳原子半径非常接近，硼能以化合物的形式嵌入石墨晶体的层间以改变焦炭的表面性质；第三，在加热过程中，添加物向焦炭的焦质扩散，取代点阵中的碳原子或进入焦炭石墨结构的层间空隙、空位、缺陷处形成固溶体，促进焦炭石墨化，抑制焦炭的溶损反应。 目前实验研究的钝化方式有在配煤中添加和焦炭表面液态附着两种主要方法，其中焦炭表面液态附着方法中有煮沸、喷洒和浸泡。实验表明，配煤中添加可实现添加物在焦炭中均匀分布，但据报道该方式难以达到明显效果，同时钝化剂用 量大，增加焦炭灰分。国内现用的钝化方式全是将添加物放入熄焦水中进行喷洒。 昆钢是较早利用在焦炭上喷洒钝化液来改善焦炭质量的厂家。其改善效果显著，反应后强度提高了 高炉使用后日产量提高 t，吨铁入炉焦比降低了 0。其它如柳钢添加硼砂试验 11、济钢以 12、酒钢采用硼酸或硅酸溶液进行过试验13、首钢对焦炭进行浸泡试验 14、安徽工业大学添加高 土试验 15、武钢利用 16、宝钢、南钢、安钢等厂及重庆大学（以硼酸与钛白粉混合物）相继进行了添加剂实验，亦取得了较好效果。 攀钢在实验室曾对硼系物质及 ，硅酸盐类进行过研究，效果较为显著，但由于成本较高，未能实现工业化。 4 结论 （ 1）采用煤岩配煤，减少混煤，有利于稳定和提高焦炭质量。 （ 2）在现有工艺条件下，选择配型煤炼焦，有利于缓解煤资源紧张局面；在有气肥煤源条件下，采用捣固炼焦有利于提高焦炭质量。 （ 3）现有工艺及