潘 登

1.捣固炼焦技术简介

捣固炼焦是将配合煤经捣固机捣成体积略小于炭化室的煤饼后，将煤饼从焦炉的机侧推入炭化室炼焦的非常规炼焦技术。1882年德国首次使用了捣固法炼焦，历经130年发展历程，如今捣固炼焦已成为很完善的非常规炼焦技术并在世界各国的焦化厂广泛应用。

捣固炼焦将煤料捣成煤饼后，一般堆积密度可由顶装工艺散装煤的0.74t/m3-0.76t/m3提高到0.95t/m3-1.15t/m3，因煤料颗粒间距缩小，接触致密，堆积密度大，有利于多配入高挥发份煤和弱粘结性煤，并改善和提高焦炭质量。

捣固炼焦工艺能够优于其他非常规炼焦工艺而被焦化厂普遍采用，是因为捣固炼焦工艺与常规顶装工艺相比主要有如下特点：

（1）原料选择范围宽，可多配入高挥发粉煤和弱粘结煤生产高炉炼铁用焦，也可掺入焦粉和石油焦粉生产优质铸造焦，还可用100%高挥发粉煤生产气化焦。在焦炭质量不变的条件下，采用捣固炼焦可使气煤的配入量提高10%-20%。

（2）在同样的配煤比下，焦炭质量有所改善，配合煤质量越差，焦炭质量改善越明显，特别是焦炭的冷态强度能大幅度提高，M40可提高3%-5%，M10可改善2%-4%。同时，据相关研究表明，捣固工艺对焦炭气孔壁材料的光学组织无明显影响，因此与光学组织有关的焦炭反应性，在捣固后无显著变化，但可使焦炭气孔直径变小、孔壁变厚、气孔率变低，进而提高焦炭反应后强度和耐碱侵蚀性。

（3）焦炭产量提高，环保效果增强。捣固炼焦的装炉煤堆比重比常规顶装炉煤料堆比重提高3 0%-5 0%，而结焦时间只比常规顶装工艺延长10%-20%，故焦炭产量增加。在相同炭化室高度和宽度下，捣固焦炉的产量一般比顶装焦炉的提高10%-30%，在相同产量和炭化室高度情况下，捣固焦炉比顶装焦炉减少装煤和推焦孔数，减少烟尘和废气排放，环保优越。

2. 我国捣固炼焦技术进步

2.1 发展历程与装备进步

我国最早建成投产的捣固焦炉是1919年在鞍钢投产的Koppers式捣固焦炉，随后经过漫长的低谷期，到本世纪初，我国自主开发了炭化室高4.3m的捣固焦炉后，捣固焦炉在我国才开始了飞速发展，如今我国捣固焦炉技术已达到了国际先进水平。图1为我国捣固焦炉发展的重要节点，见证了我国捣固焦炉发展的历程。

图1 我国捣固焦炉发展历程

从图1可以看到我国捣固焦炉大型化飞速发展时期。自2006年5.5m捣固焦炉在云南曲靖建成投产后，在全国掀起了建设捣固焦炉的热潮。经过这几年的研发和设计，炭化室高度在5m-6.3m捣固焦炉的相继问世，标志着我国捣固焦技术与装备跳跃式的发展，达到了国际先进水平。

2.2 有利条件的形成

（1）发展捣固炼焦符合我国炼焦煤资源特点。

我国煤炭资源总体丰富，但炼焦煤资源相对贫乏，尤其是强粘结性优质主焦煤和肥煤资源偏紧。2009年我国炼焦煤已探明可采储量约450亿吨，占我国煤炭已探明可采储量27%，炼焦煤资源中主焦煤和肥煤的占比不到40%，而我国炼焦配煤主焦煤和肥煤的配比一般都大于资源占比，甚至有的企业焦、肥煤配比超过70%。这种反差导致我国优质强粘结性炼焦煤供应日趋偏紧，炼焦煤进口数量逐年增加[6]。

图2 2002-2011年我国炼焦煤进出口情况 万吨

图2 是近十年我国炼焦煤进出口情况，可以看出我国炼焦煤进口量逐年增加，年均增幅超过了70%，特别是2008年后开始剧增，出口量相反不断减少。2002年，我国净出口炼焦煤1304万吨，而从2004年开始炼焦煤一直处于净进口状态，2010年净进口达4614万吨，说明我国炼焦煤资源的日趋紧缺。炼焦煤资源偏紧，导致了炼焦煤价格一路上扬，进出口价格都已翻了几番，这也是如今焦化企业微利或亏本的主要原因。在这种背景下，势必要拓宽炼焦原料范围，促进捣固焦的发展，也有必要推进捣固焦的发展。

（2）发展捣固焦有相关政策和企业导向支持。

目前，虽然国家已经停止审批单独的新增产能焦化项目，但国家发改委9号令《产业结构调整指导目录（2011年本）》将捣固炼焦归为鼓励类，今后淘汰落后焦炉和钢铁企业技改焦化配套设施等，会优先选用捣固焦炉，发展捣固焦炉有产业政策支持。

捣固焦炉刚开始多为独立焦化厂采用，但继山西长治钢厂、南昌钢铁公司等企业4.3米捣固焦炉先后投产，达钢、涟钢、攀钢和包钢等许多钢铁联合企业也陆续建设和投产了5.5米捣固焦炉，外加涟钢3200m3高炉全部使用捣固焦生产的案例，给后来新建和搬迁建设的钢铁联合企业选用捣固焦炉吃了定心丸。这诸多情况表明，捣固炼焦工艺已经为我国大中型钢铁企业接受并得到推广使用。这些政策和企业导向，为近年来捣固焦炉的迅猛发展提供了推进剂。

（3）发展捣固焦有成熟的技术支撑。

目前，国内能自主设计捣固焦炉的单位有近10家，其中有半数企业能设计炭化室高度5m及以上捣固焦炉，这为我国捣固焦炉的开发提供了强有力的技术支撑。同时各焦炉机械厂家经过近年的技术引进，消化吸收创新，基本能独立设计制造5.5m及以上捣固焦炉的配套机械。随着各地大型捣固焦炉的建设投产，我国已经积累了丰富的项目管理和施工建设经验，为发展大型捣固焦炉提供了强有力的技术支撑和发展保障。

2.3 产能增长与生产完善。

2011年我国焦炭产量又创历史新高，达42779万吨，与2002年（14280万吨）相比，十年间焦炭产量增加了近2倍，年均增幅约13%。我国焦化行业在淘汰落后产能的同时也在不断新增先进水平的产能，目前我国机焦产能约4.6亿吨，其中捣固焦的产能占比超过30%，据初步统计，从2007年到2011年5年时间，我国新增炼焦产能约1.7亿吨（未扣除淘汰落后产能），新增产能中约0.8亿吨为捣固焦（炭化室高度多为5.5m及以上大型捣固焦炉），占比近50%，说明我国捣固焦发展势头迅猛。

随着炭化室高度分别为6.25m、6m、5.5m等捣固焦炉的投产，各生产企业在生产中不断总结创新，积累了大量的生产经验。近年来，可以看到许多关于捣固焦生产改进与实践的相关报道和效果分析，通过这些年的生产实践和总结，捣固焦的消烟除尘得到改善、煤饼倒塌得到有效防范与控制、焦炉操作稳定性得到明显提高等，这些成果表明捣固焦生产日趋成熟完善。

3.捣固炼焦存在的问题与改进措施

我国捣固炼焦水平已经走在世界前列，取得了阶段性硕果，但因大力发展捣固焦，特别是大型捣固焦时间不到10年，因此生产与设计还有许多问题需要解决，目前主要有以下较为突出的问题。

（1）配入优质强粘结性煤比例过高，未能发挥捣固焦优势

捣固焦炉的最大优势是能多配入高挥发性弱粘结性煤，扩大炼焦原料，节约炼焦煤资源，降低炼焦成本。但目前有很多企业，炼焦煤中配入大量的优质强粘结性（肥煤和主焦煤），有的甚至比顶装的配入比例还高，这样不仅没有发挥捣固炼焦工艺的优点，同时对捣固焦炉也有损害作用，因此这种做法是很不可取的。各企业应该充分考虑企业所在地及周边煤资源特点和焦炭用户对焦炭质量的要求，设计出合适的配煤方案和配合煤质量，在满足焦炭质量和生产稳定的同时，将捣固炼焦工艺的特点发挥出最大，才能正在缓解炼焦煤资源紧缺的问题，起到发展捣固焦的意义。

（2）超大型捣固机设计制造技术需要引进

随着焦炉大型化发展，大型化焦炉（炭化室高度在6m及以上）采用的SCP机都需要从国外引进，造成了捣固机设计制造投资成本较高。因此，要加强对超大型捣固焦炉捣固机的研发设计，在引进国外设备的同时，各企业设计院所应加强消化吸收再创新，使得大型捣固焦炉的焦炉机械实现全部国产化，且效果优于进口，这样才能益于捣固焦炉的生产稳定，降低投资成本。

（3）焦炉炉温难控制，热工评定需落实

捣固炼焦不能像顶装焦炉那样测量焦饼中心温度，进行焦炉标准温度控制，所以，在生产中常会出现捣固焦炉高向加热均匀性差，焦饼成熟不均匀等问题。在生产中，有的焦炉炉顶空间温度高，导致化学产品分解过多，影响后面煤气净化稳定性；而炉顶温度偏低又容易导致炉顶空间部分结石墨困难，引起煤气窜漏等问题。因此捣固焦炉，特别是大型捣固焦炉，需要组织热工评定，制定合理的热工制度，指导焦炉稳定生产。

4.捣固炼焦发展方向

随着我国社会发展，冶金行业对焦炭的需求将会在很长一段时间保持高位，炼焦煤作为一次化石资源，其资源紧缺问题将越来越突出。为缓解资源紧张局面，降低焦炭生产成本，捣固炼焦在我国还有很大的发展空间。预计2025年，我国捣固焦产能占焦炭总产能50%左右，捣固焦炉中炭化室高度在5.5m及以上占比将超过80%，其中炭化室高5.5m捣固焦炉将日趋完善，我国捣固焦技术水平将达到一个历史的新高点。

（1）焦炭产能总体减少，捣固焦产能将进一步增加

随着中国社会现代化建设的进一步推进，对钢材的需求在较长一段时间将保持增长，只是增长幅度有所减缓，焦炭的需求量也将在很长时间保持高位。预计未来5年，焦炭的产能和产量还会小幅度增长，随后将开始小幅度减少。今后10-20年间，焦炭产能将缩减到现有的70%左右。当前我国焦炭产能近5亿吨，预计到2025年左右，因钢铁生产技术进步使得焦比进一步降低，我国对焦炭的需求量减少，焦炭总产能将减少3.6亿吨左右，届时捣固焦产能占比会达到5 0%左右。

（2）装备水平持续提高，整体水平处于世界前列

目前我国炭化室高4.3m焦炉和无回收焦炉的产能还维持在50%以上，随着这些焦炉达到设计寿命和国家淘汰落后产能的进一步推进，这些产能将减量化被大型焦炉替代，其中将有超六成为捣固焦取代，届时捣固焦和顶装焦将平分秋色（捣固焦炉绝大部分为炭化室5.5m及以上级别占比达80%以上），捣固焦产能将维持在1.8亿吨左右，其装备水平将处于世界前列。

（3）投资成本降低，生产操作日趋完善

捣固焦再经过5-10年的发展，其技术水平将会进一步提高。首先，6m及以上捣固焦炉用SCP机可以国产化，焦炉建设成本将进一步降低。在各设计制造单位和生产企业的共同努力下，耐火材料的进步与设计完善将使捣固焦炉的设计寿命延长，捣固焦装煤除尘等环保问题也会得到有效解决。

另外，随着捣固焦生产经验的不断积累，各种影响生产稳定的问题会得到有效解决。正如我国6m 焦炉成长过程一样，捣固焦炉的生产操作将日趋完善。

5.结论与建议

捣固焦是我国焦化行业今后发展的一个重要方向。当我国过了现代化建设高峰期后，焦炭的需求势必会减少，随着淘汰落后的进一步推进，目前我国约2.5亿吨的一般水平产能(炭化室高4.3m与热回收焦炉)将会由大型焦炉减量化替代。在这个过程中，大型捣固焦炉将成为建设的主流。要发挥捣固焦炉的优势，需要关注以下几个主要问题：

（1）研究捣固焦冶炼性能，选择最优配煤方案

目前有3000m3高炉全部使用捣固焦生产案例，但大容积、超大容积高炉全部使用捣固焦的案例还不多见。大高炉全部使用捣固焦的生产过程中，多数捣固焦都配入了较多的优质炼焦煤，没有起到捣固炼焦工艺的优势作用。因此需要各方合作，共同研究捣固焦的冶炼性能，结合企业特点，指导捣固炼焦配煤，将捣固焦多配入弱粘结性煤的优势发挥至最大，真正节约资源，降低成本。

（2）应根据地理位置和资源特点合理选择炉型

捣固焦将成为今后发展的主流，但应根据地方资源特点，合理选择采用顶装工艺还是捣固工艺。捣固炼焦最大的特点是多配入弱粘结性炼焦煤，扩大原料来源，相反多配入优质强炼焦煤不但没有发挥捣固焦炉的优势，对炉体还将产生损害，减少焦炉寿命。对于炼焦煤资源贫乏，特别是主焦煤和肥煤贫乏的内陆地区，选择捣固焦较为合适，对有丰富优质炼焦煤的地区以及沿海有港口地区，选择顶装焦炉较为合适。企业在选择焦炉炉型时应从区域内资源、企业炼焦煤供应、交通运输条件等多方面综合考虑。

（3）设计和生产应持续完善

捣固焦炉在我国发展很快，但积累并不深厚，很多方面都有较大的改进空间。设计建设单位应与生产企业建立投产后回访机制，对焦化厂生产中出现的问题要进行总结改进，通过不断改进设计，使捣固焦设计建设成熟和完善。企业在生产过程中应不断总结，积累经验，熟练操作，完善管理，持续改进，稳定捣固焦生产。