2023年提高小型捣固焦炉焦炭质量的生产实践.doc

提高小型捣固焦炉焦炭质量的生产实践 作者:彭陈辉 时间:2023-12-15 9:30:22   提高小型捣固焦炉焦炭质量的生产实践                                彭陈辉〔湖南涟源钢铁集团公司，娄底417009)       涟钢炼铁厂有6座高炉，1～5号高炉是400m3左右的小高炉，6号高炉为2250m3的大高炉，年产生铁430万吨。焦化厂有3座焦炉，年产焦炭135万吨。1、2号焦炉为炭化室高6m的大容积新焦炉，3号焦炉为炭化室高4. 3m的58型老焦炉。新焦炉的焦炭供给6号高炉使用，老焦炉的焦炭供给1号高炉使用，其他小高炉那么根本使用外购焦，每年需外购焦炭70万吨左右。     由于涟钢周边的焦化厂不多，外购焦炭绝大局部是从山西、河南、贵州等地采购。受运输及资源等因素制约，近年来外购焦炭的供给经常出现紧张状况。如果能提高周边小焦化厂的焦炭质量，增加本地供给量，那么可以缓解资源、运输的压力，并能降低采购本钱。 湖南省安石企业集团是一家民营企业，该公司所属的兴星焦化厂紧邻涟钢，采用捣固炼焦工艺生产焦炭，由于焦炭质量较差，只能少量供给涟钢使用。从2023年开始，涟钢与安石集团进行了战略合作，由涟钢对安石所属的兴星焦化厂进行一体化管理，并进行技术指导，捣固焦炭的质量明显改善，供给涟钢的焦炭量大为增加，双方都取得了较好的经济效益。   1   兴星焦化厂的焦炭质量 1.1  捣固炼焦工艺     该厂现有6座新的无回收清洁型捣固焦炉，共112孔，装炉煤堆密度1.10～1.15kg/cm3，每个煤饼重35吨，生产铸造焦时的结焦时间为84h，焦炭产能为30万t/a。生产冶金焦时的结焦时间为52h，焦炭产能为50万t/a。一般情况下，按铸造焦质量要求组织生产，块度大于80mm的作为铸造焦销售，剩下的那么作为冶金焦销售。新捣固焦炉没有煤气净化及化产品回收装置，荒煤气全部燃烧变成高温废气后余热发电。该厂还有一组2×25孔66型老焦炉，也于2023年改装成了捣固焦炉，结焦时间14h，年产冶金焦10万吨，配套有煤气净化及化产品回收系统。新老焦炉都采用自动配煤方式，电子皮带秤控制不同煤种的配比。一般情况下，新老焦炉用配煤中都配入局部无烟煤。 1.2  焦炭质量存在的问题     前已述及，由于配煤中配入了局部无烟煤，致使焦炭的气孔率低，外表看上去结构致密。实际上由于无烟煤及烟煤的煤种选择及配煤结构不合理，使配煤的粘结性及结焦性变差，炼焦过程中产生的胶质体少，缺乏以熔融无烟煤和烟煤本身带来的惰性物质，加上炼焦工艺参数也存在一些问题，因此该厂捣固焦炉生产焦炭的主要问题是强度差，尤其是在高炉中的热性能很差。另外，由于配煤不稳定，随意性大，焦炭质量的波动也大，焦末含量高，块度不稳定。由于这些原因，使焦炭在高炉中的骨架作用削弱，给高炉操作的稳定顺行带来很大影响，因此，这些捣固焦炭在涟钢的使用中受到很大限制。   2   提高捣固焦炭质量的措施 2.1  明确捣固焦炭的质量要求     为到达涟钢小高炉高炉操作的稳定顺行、高产低耗的要求，涟钢对该厂的捣固焦炭提出了最低的质量要求，见表1。   表1    涟钢对捣固焦炭的质量要求 (%) 指  标 Ad St,ad M40 M10 CRI CSR 焦末含量 涟钢要求 ≤12.80 ≤0.60 ≥90.0 ≤7.6 ≤38.0 ≥50.0 ≤12 2.2  提高捣固焦炭质量的措施     从2023年开始，涟钢各有关部门对兴星焦化厂进行了生产技术指导，从原料、配煤结构、炼焦工艺等方面入手，深入分析了焦炭质量差的原因，采取了以下提高捣固焦炭质量的措施。     〔1〕掌握无烟煤特性，无烟煤煤种。该厂为降低配煤本钱、扩大炼焦煤源和利用捣固炼焦的优势，在配煤中配入了局部无烟煤。但在无烟煤煤种的选择上却比拟盲目，只考虑其灰分和硫分的影响，没有对无烟煤的内在性质进行专门的研究，对不同无烟煤性质的差异及对焦炭强度的影响了解不够。     无烟煤是高煤化度、高含碳量的煤，没有粘结性，在结焦过程中本身不熔融。无烟煤与烟煤相比，硬度大，可磨性指数HGI小。用于配煤炼焦时，必须先进行预粉碎，配入烟煤后再粉碎。因此，配煤中要配入无烟煤，并保证焦炭质量及较低的动力费用，一定要对无烟煤的可磨性、粒度组成、热稳定性以及与烟煤的容惰率进行专题研究。无烟煤可磨性的好坏一方面影响其粒度与粒度分布，从而影响焦炭强度；另一方面也影响其粉碎的动力本钱。热稳定性差的无烟煤，在炼焦过程中的某些温度区间会产生爆裂，形成新的裂纹或裂纹中心，致使焦炭的裂纹增加，强度降低。而通过对烟煤配入无烟煤后的容惰率研究，认识到了配入无烟煤后配煤G值的变化规律和无烟煤的最正确配比，以预测焦炭强度变化规律。 涟钢周边的无烟煤较为丰富，为扩大炼焦煤源和降低配煤本钱，2023年以来，涟钢在无烟煤配煤炼焦方面进行了深入研究，并进行了40kg小焦炉的炼焦试验，全面了解了周边不同矿点无烟煤的特性。在此根底上，涟钢对兴星焦化厂所配无烟煤的性质进行了全面分析检测，最后选定了4家无烟煤矿点作为长期资源的供给点。在不提高配煤本钱的条件下，提高了焦炭质量，同时还降低了动力费用。     〔2〕 优化配煤结构。无论是捣固焦炉还是常规顶装焦炉，影响焦炭质量的关键因素是配煤质量。在配煤质量相同的情况下，捣固焦炉炼制焦炭的强度要好于顶装焦炉。假设为了追求效益的最大化，弱粘结性煤的配比太高和烟煤结构不合理的话，那么焦炭质量一定会下降。     分析兴星焦化厂的配煤结构说明，该厂1/3焦煤及无烟煤配比很高，焦煤配比低，不配入肥煤及瘦煤。我们根据该厂炼焦煤供给的实际情况，既充分考虑了各煤种不同的炼焦特性，又考虑到配煤本钱，制定了不同时期的配煤方案，并不断优化，表2列出了近3年来兴星焦化厂的配煤结构。 表2    兴星焦化厂近3年来的平均配煤结构 年  份 配煤结构，％ 配煤G值 本地焦煤 省外焦煤 省外1/3焦煤 无烟煤 焦粉 2023 30.0 10.0 38.0 22.0 0 57.0 2023 39.3 23.7 19.8 16.0 1.2 62.6 2023上半年 39.9 20.4 23.3 16.4 0 61.4     〔3〕适用于大高炉的捣固焦炭最正确质量指标。为了扩大捣固焦炭在涟钢高炉的使用范围，涟钢技术指导小组在该厂进行了工业性炼焦试验，摸索捣固焦炭的经济最正确值，看是否能够到达涟钢6m焦炉的焦炭质量水平。通过优化筛选，选择了两个方案，在捣固焦炉上进行生产试验，每个方案试验3天。生产试验配煤结构与涟钢6m焦炉配煤结构比照见表3，其焦炭质量比照见表4。   表3  生产试验配煤结构与涟钢6m焦炉配煤结构的比照结果 方案 配煤结构，％ 配煤G值 本地焦煤 省外焦煤 1/3焦煤 肥煤 瘦煤 无烟煤 焦粉 试验一 27 15 50 0 0 8 0 71 试验二 25 20 40 0 0 15 0 68 6m焦炉 20 30 30 15 5 0 0 78                表4  生产试验焦炭质量与涟钢6m焦炉焦炭质量比照结果〔％〕 质量指标 Ad St,ad Vdaf M40 M10 CRI CSR 试验一 12.62 0.46 1.22 91.3 6.3 30.3 64.8 试验二 12.37 0.45 1.37 90.4 6.8 36.8 56.9 6m焦炉 12.85 0.60 1.30 92.0 5.8 28.7 63.5 从表3、表4数据可看出，采用生产试验一的配煤方案，当无烟煤配比为8%、配煤G值71时，捣固焦炉的焦炭质量根本到达了涟钢6m焦炉不配无烟煤、配合煤G值为78时的水平。也就是说，低本钱的捣固焦炭可以到达常规大容积焦炉焦炭的质量水平，因而能够满足大高炉的质量要求。     〔4〕稳定配煤炼焦的煤种。受原煤市场紧张及近年来焦化厂效益的影响，兴星厂炼焦煤种及库存煤十分有限，故配比调整极为频繁。为了不使焦炭质量出现大的波动，在炼焦煤库存异常紧缺的时候，涟钢根据自己煤场的库存总量及结构，及时给兴星厂调剂了煤种。2023年累计转供给安石集团的优质炼焦煤5万吨左右，主要是焦煤和1/3焦煤，其中包括盘江、萍乡、天安、牛马司等优质炼焦煤。     〔5〕确定合理的结焦时间及炼焦温度。提高炼焦最终温度与延长焖炉时间，使结焦后期的热分解与热缩聚程度提高，有利于降低焦炭挥发分与氢含量，使焦炭气孔壁的致密性提高，从而提高焦炭的显微强度、耐磨强度和反响后强度。但在气孔壁致密化的同时，微裂纹将扩展，抗碎强度又有所降低。因此，合理的结焦时间与炼焦温度对改善焦炭的热强度有着重要的作用。     针对兴星焦化厂炼焦煤供给紧张、焦炉没有满负荷生产、发电机能力与炼焦产能不匹配的状况，涟钢技术指导小组通过准确的计算分析，建议该厂将炼焦参数调整为：新捣固焦炉结焦时间125h，对应的标准温度1150℃，老焦炉结焦时间16h，对应的标准温度1260℃。这样，生产组织最优，产量、质量兼顾，焦炭强度最好，发电机效率也较高。 2.3  加强一体化管理     为了较好地履行战略合作及技术指导协议，提高捣固焦炭的质量，保证在高炉的使用效果，涟钢生产管理中心定期组织专题会议，就合作过程中存在的问题及时进行了沟通，包括双方内部的生产组织、运输、供给、质量、检验、信息传递、价格、结算等，使问题得到了较好的解决。   3   合作成效 3.1  焦炭质量大幅度改善，供给量显著增加     由于合作双方的积极沟通与协调，并开展切实有效的生产技术指导，使兴星焦化厂的捣固焦炭质量稳步提高，供给量不断增加，具体数据列于表5。   表5  捣固焦炭质量与涟钢焦炭的采购量 年平均 捣固焦炭质量，％ 涟钢采购量，t Ad St,ad Vdaf M40 M10 焦末 CRI CSR 2023年 12.32 0.58 1.45 90.7 6.9 12.21 37.8 52.3 179480 2023年 12.87 0.61 1.43 87.3 8.7 13.27 44.5 36.9 74381     从表5可知，2023年捣固焦炭的各项指标均较好，与2023年比拟，灰分、硫分、强度各项指标均明显改善，尤其是焦炭的热性能大幅度提高。捣固焦炭各项指标在涟钢外购焦炭中均位居前列，完全到达了小高炉要求的质量。采购量也大大增加，2023年涟钢共采购安石集团的捣固焦炭179480t(5％计价水〕，占外购焦炭的30%, 是2023年的2倍多，超过了战略合作的预期目标。 3.2  高炉经济技术指标明显改善     由于捣固焦炭在涟钢及全国高炉上原来都没有大量使用的经验，且当时质量指标差，因此兴星厂的捣固焦炭在涟钢小高炉的集中使用经历了试验阶段。2023年底开始在涟钢4号高炉上试用。为充分履行涟钢与安石集团的合作协议，进一步加大其使用量，同时在3号高炉上试用。3、4号高炉的使用比例都是从试用初期的30％逐渐提高到60%，随着焦炭质量的不断改善，2023年下半年这2座高炉全部使用了兴星厂的捣固焦炭。通过调整相应的工艺参数，这2座高炉与使用其他外购焦炭的小高炉比拟，焦比低，喷煤比高，使用效果较好，各高炉焦比和喷煤比数据列于表6。     表6   2023年涟钢各小高炉的焦比和喷煤比 高炉号 入炉焦比，kg/t 喷煤比，kg/t 1号高炉 403 133 2号高炉 416 133 3号高炉 383 141 4号高炉 391 143 5号高炉 413 135     由于涟钢2号