宣钢改善焦炭反应性的研究与实践

2018-11-06闫军

四川冶金 2018年4期

闫军

(河北钢铁集团宣钢炼铁厂,河北张家口075100)

焦炭反应性和反应后强度对高炉生产技术指标的影响,国内外已经有很多研究成果。焦炭反应后强度对高炉的影响,研究结论比较一致,即反应后强度越高,越有利于高炉顺行。对焦炭反应性的影响,研究结果有所不同,支持降低焦炭反应性观点的人认为反应性低意味着焦炭的开始气化温度高,有利于延长铁矿石的间接还原时间,提高间接还原度,降低焦比。有人研究统计,焦炭反应性每提高1%,焦比增高1kg/t,煤气利用率降低0.5%。另外焦炭反应性和反应后强度呈负相关关系,反应性降低可使反应后强度提高,对高炉顺行有利,因此这种观点得到多数炼铁专业人员的支持[1]。

另一种观点是认为适当提高焦炭反应性对高炉生产更有利。这种观点最早由法国学者在上世纪80年代提出,认为在高炉内温度的分布存在着一个自动调节过程,即高炉内热量分布与直接还原和间接还原是相互制约、互成比例的,通常不会发生变化,使用高反应焦炭效果不一定就不好。日本的学者研究认为与传统高炉相比,现代高炉炉身的工作效率已经达到了很高水平,低反应性焦炭对提高炉身工作效率的作用已经非常有限,尤其是在当前铁矿石具有较好还原性的条件下,利用高反应性焦炭完全可以取得较好的冶炼效果。

1 宣钢自产焦炭提高反应性的论证

1.1 自产焦炭质量

从表1看出,2012—2017年期间,宣钢自产焦炭主要质量指标是一个逐步改善的过程,其中灰份、硫份由2012年的13.49%、0.83%降低到2017年的12.84%、0.79%。M40、M10由2012年的84.10%、6.46%逐步改善为2017年的86.0%、6.3%。反应性和反应后强度由2012年的24.8%、64.3%逐步改善为2017年的22.17%、68.03%,目前的反应后强度也是近五年最高的。

表1 历年宣钢自产焦炭质量情况Table 1 Quality of self-produced coke in Xuansteel over the years

图1 自产焦炭反应性和反应后强度变化趋势Figure 1 Change trend of self-produced coke reactivity and post-reaction strength

图2 自产焦炭反应性与反应后强度对应关系Figure 2 Correlation between self-produced coke reactivity and post-reaction strength

从图1、图2看出,从2012年开始宣钢自产焦炭反应后强度逐年升高,而反应性逐年降低,焦炭质量处于逐渐改善的过程,而且反应性与反应后强度也符合当前常规生产方式下焦炭性能变化规律。

1.2 宣钢自产焦炭质量与高炉指标的关系

以2500m3高炉指标情况(见表2)为例说明。

从表2看出,近年来宣钢1#、2#两座2500m3高炉主要技术指标总体上较差,入炉焦比和燃料比高,煤气利用率和风温水平低。2015年入炉焦比和燃料比都处于最高水平,而同期的自产焦炭质量呈逐步改善趋势,高炉主要燃耗指标没有随燃料条件同步好转。从几项影响条件看,煤气中CO2含量即煤气利用率是高炉燃耗指标的重要影响因素,二者的对应变化见图3。

表2 宣钢2500 m3高炉指标情况Table 2 Performance of Xuangang 2500 m3 blast furnace

图3 2500 m3高炉燃料比与煤气CO2含量对应关系Figure 3 Correlation between Fuel Ratio and CO2 Content of Gas in 2500 m3 Blast Furnace

图4 1#高炉煤气中CO2与燃料比对应关系Figure 4 1 Correlation of CO2 to fuel ratio in blast furnace gas

图5 2#高炉煤气中CO2与燃料比对应关系Figure 5 2 Correlation of CO2 to fuel ratio in blast furnace gas

高炉煤气CO2含量(表征煤气利用率)与高炉燃耗呈现明显的反向对应关系,如图4、图5所示。2012年至2017年,由于1#高炉的炉况波动和2#高炉开炉后的长时间不稳定,煤气利用率持续降低,燃耗同步升高。2016年后两座高炉逐步调整优化上部装料制度,取消中心注焦装料模式,煤气利用率得到明显提高,炉况实现稳定顺行,高炉燃耗大幅降低。

从上述对比可以看出,近几年宣钢自产焦炭质量是在一个比较稳定的基础上逐步改善,而在这个过程中由于高炉炉况阶段波动、煤气利用率偏低等因素影响导致高炉燃耗长期居高不下,焦炭质量改善对高炉产生的积极影响被弱化甚至消化了。

高炉所用焦炭在具备一定质量水平时,高炉操作对炉况稳定和指标优劣具有更为重要的影响,而不必再进一步追求过高的焦炭质量。从近几年指标情况看,焦炭反应性在22%-25%,反应后强度在65%-68%都是可以保证高炉需要的。

2 提高焦炭反应性可行性分析

根据国内外对焦炭反应性研究成果,重点从以下几个方面对焦炭反应性提高后的影响进行分析。

2.1 对矿石还原的影响

随着焦炭反应性提高,含铁炉料的还原度和金属化率都逐渐提高,这说明反应性高的焦炭能提升煤气的还原势,促进含铁炉料的还原,提高炉料金属化率,减少进入软融带时炉料中的FeO含量,可以改善炉料的软熔滴落性能。

2.2 对焦炭粒度的影响

溶损反应是焦炭在中低温区粒级减小的主要影响因素,高温应力和气流冲刷是焦炭在高温区粒级减小的主要影响因素,溶损反应导致的焦炭粒级减小幅度要大于在高温区的粒级减小幅度,因此焦炭的溶损反应即反应性是焦炭在高炉内粒级降解的最主要影响因素。

2.3 对焦炭强度的影响

英国工业碳化研究所曾将不同地区不同变质程度的60多种炼焦煤进行混合搭配,分析生产出的焦炭反应性和反应后强度指标,找出了两者之间良好的负相关关系。很多研究者和操作人员认为焦炭反应后强度对高炉的影响更为重要,焦炭反应性越高,势必影响反应后强度,因此要控制较低的焦炭反应性,确保较高的反应后强度[2]。

2013年9 月份参加大高炉年会时,北科大许满兴教授也提出高炉中上部需要焦炭反应性适当高一些,而高炉下部需要反应后强度适当高一些,在目前的炼焦配煤方式下,达到这种效果比较困难。他认为焦炭反应性在23%～26%,反应后强度在65%～67%是完全可以满足2000～3000m3高炉生产的,在这个范围内反应性可以控制上限,反应后强度可以控制下限,这个控制范围目前宣钢自产焦炭是可以实现的。