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焦炭在高爐冶煉中有什麼作用

生活 更新时间:2024-08-04 15:03:47

9月中旬,30家煤炭企業焦精煤産銷量分别完成557萬噸和567萬噸,旬度日均産量環比增幅2.0%,同比下降5.4%。截止9月中旬,30家煤炭企業累計生産焦精煤14323萬噸,同比下降4.3%。重點監測的50家鋼焦企業煉焦煤消耗量467萬噸,旬度日均耗煤環比增加0.5%,同比持平。截止9月中旬,重點監測的50家鋼焦企業累計消耗煉焦煤11790萬噸,同比下降11.7%。

國内主要煉焦煤進口接卸港(京唐港、日照港、連雲港)煉焦煤庫存總量215萬噸,旬度環比增加4萬噸,漲幅1.9%;比年初下降147萬噸,降幅40.6%;同比減少181萬噸,降幅45.7%。

鋼材價格小幅上漲。螺紋鋼(三級)出廠含稅價為4015元/噸,旬度環比上漲25元/噸,漲幅0.6%,較年初下降621元/噸,降幅13.5%,同比下降1604元/噸,降幅28.5%。

焦炭價格持穩,山西臨汾地區一級冶金焦出廠含稅價2500元/噸,旬度環比持平;比年初低700元/噸,降幅21.9%;同比低1600元/噸,降幅39.0%。

伴随高溫天氣緩解,國内穩增長政策和供應的收縮以及“金九銀十”旺季的期望對價格形成一定支撐作用,但是目前國内疫情反複、樓市低迷,全球經濟還将面臨很多壓力,導緻用鋼需求持續呈現疲軟态勢,短時間内改善需求狀态較為困難。同時,随着的“十一”國慶節和“二十大”召開等重大活動臨近,也将給近期市場帶來一定影響。預計今後1-2個月時期内或将有階段性好轉出現,但可持續性仍有較大壓力,鋼價預計将震蕩運行。後續需繼續重點關注供給端的變量、庫存、政策等變化。

焦炭在高爐煉鐵中具有四個作用:(1)支撐高爐高爐料柱重量,即骨架作用;(2)焦炭将氧化鐵還原為金屬鐵,即還原劑;(3)焦炭在風口回旋區燃燒,為高爐提高熱量,即燃料作用;(4)向鐵液中滲碳,即滲碳作用。

冶煉強度是指高爐平均每立方米有效容積,在一天内所能燃燒的綜合幹焦量或幹焦量。它是反映冶煉速度的指标,可分為綜合冶煉強度和焦炭冶煉強度。

冶煉強度對焦比的影響是多方面的,有有利的一面,也有不利的一面。如冶煉強度提高,煤氣停留時間縮短,可能不利于煤氣能量的充分利用;煤氣流速增加,對改善熱的傳導和還原有利;而壓差的增加對順行不利又影響煤氣的利用,如此等等。因此,強調某方面的影響,做出焦比随冶煉強度升高而升高,或者降低的結論,都難免失之偏頗。究竟影響怎樣,要視不同的冶煉條件做出具體的分析,而且随着操作的改進,其結果也是不同的。

當煤氣流速過低時(冶煉強度過低),由于氣流在爐内分布不勻,其能量不能充分利用,因此無法獲得低焦比;而冶煉強度過高,由于還原及熱傳導速度的增長跟不上氣流速度的增加,煤氣能量難以充分利用,而且強度過高,容易引起管道行程,焦比必然升高。因此,在一定的冶煉條件下,有一個最适宜的冶煉強度,此時焦比最低,同時,随原燃料和操作條件的不斷改善,焦比最低點将不斷向更高冶煉強度方向移動,焦比絕對值也可以不斷降低,如圖《冶煉強度和焦比的關系》所示。

焦炭在高爐冶煉中有什麼作用(焦煤焦炭密不可分)1

焦炭在高爐中的作用

焦炭在高爐中的作用主要有下列熱量來源、還原劑、供碳、支撐骨架等四個方面的作用。

表 1 焦炭在高爐煉鐵中的作用

焦炭在高爐冶煉中有什麼作用(焦煤焦炭密不可分)2

(1)熱量來源:提供礦石還原、熔化需要的熱量。一般情況下,每煉1t生鐵需焦炭500kg左右,焦炭幾乎供給高爐所需的全部熱量。當風口富氧噴吹燃料時,焦炭供給的熱量也約占全部熱量的70%~80%。

(2)還原劑:高爐中礦石的還原是通過間接還原和直接還原兩種方式進行的。不論是間接還原還是直接還原都依靠焦炭提供所需的還原氣體CO。

(3)支撐骨架:焦炭是對高爐爐料起支撐作用的骨架,同時,焦炭在高爐中比其他爐料的堆積密度小,約占爐料總體積的35%~50%左右。

(4)供碳:生鐵中的碳全部來源于高爐焦炭。進入生鐵中的碳約占焦炭中含碳量的7%~10%,使生鐵的碳含量達到4%左右。

高爐對焦炭質量的要求

實際煉鐵高爐對焦炭強度的标準要求,大型高爐M40 82%~90%、M10 5%~6%、CRI≤25%、CSR≥65%;一般高爐M40 78%~82%、M10 6%~7%、CRI≤28%、CSR≥62%。

表2 不同爐容高爐對焦炭質量要求

焦炭在高爐冶煉中有什麼作用(焦煤焦炭密不可分)3

(1)粒度:大粒度的焦炭(>75mm)在爐内易破碎,産生較多的粉末。這些粉末會使爐料透氣性惡化,高爐壓差升高,被迫減少風量,産量下降、焦比升高,需要加以控制。因此要求焦炭粒度均勻,60mm>80%。

(2)硫分:配煤中的硫約有85 %—90%殘留于焦炭中,因此配煤中的硫分越低越好,煉焦配煤的硫分一般應<1.0%。為了脫除焦炭過高的硫分,需增加溶液石灰石和焦炭的用量,從而降低了高爐的利用系數,使生鐵産量下降,焦炭的硫分每提高0.1 %,石灰石和焦炭的用量将分别增加3.7 %和1.8 % ,高爐生産能力降低2%—2.5%。

(3)灰分:配煤中的灰分在煉焦後全部殘留于焦炭中,因此應當控制配煤的灰分。焦炭的灰分每提高1 %,焦炭用量增加2%—2.5 %,溶劑石灰石的用量增加4 %,高爐生鐵産量降低3 %,焦炭強度下降2.2%。

(4) 水分:焦炭中水分是濕法熄焦時滲入的,通常達2%~6%。水分對高爐冶煉無影響,但由于焦炭是按重量入爐的,水分波動必然要引起幹焦量的波動,從而引起爐況波動。

(5)膠質層厚度Y值:配煤中必須具有一定的液體物質來粘結其他不能熔融的物質,使之成為堅固的冶金焦炭。配煤對膠質體的要求厚度為15—20mm。

焦炭是高爐冶煉的關鍵,高爐煉鐵一直面臨降低焦比的壓力。在高爐冶煉過程中,随着焦炭逐漸降至高爐的下部,其性質發生了明顯的變化。焦炭粒度下降30%,反應性明顯增加,這些變化受焦炭質量影響明顯。

焦比是高爐煉鐵的技術經濟指标之一。即高爐每冶煉一噸合格生鐵所耗用焦炭的噸數。

焦比= 每晝夜的焦炭消耗量(噸) / 每晝夜的生鐵産量(噸)或平均每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量,用千克表示。

煤炭焦比

一般大中型高爐的焦比為0.6~0.8之間(或600~800千克之間)。世界先進水平焦比已接近400千克,個别為350千克。降低焦比,即可使每批爐料中的礦石相對增多,焦炭相對減少,就能多出鐵,降低煉鐵成本。降低焦比的主要措施有吃精料、提高風溫(世界先進水平風溫達1370°C)、采用綜合鼓風(噴吹煤粉、重油或天然氣加富氧)、增加高爐有效容積和提高技術水平等。

理論焦比就是在一定的冶煉條件下,高爐冶煉1 t生鐵的最低焦炭消耗量。所謂一定的冶煉條件,就是指高爐使用的原料成分和性能,噴吹燃料的數量,冶煉時的鼓風機參數 (風溫、濕度、富氧率 ) ,冶煉的生鐵成分等都已确定。 在這樣特定條件下,由高爐反應及熱量消耗所決定的最低焦比,就是所謂的理論焦比。理論焦比的計算可以用來校驗煉鐵設計選取的焦比是否合适,也可對實際操作的高爐進行分析比較,尋求降低焦比的途徑。 但是,理論焦比并非高爐冶煉的實際焦比。 理論焦比與實際焦比有怎樣的關系以及它們的計算,這便是要探讨的問題。

計算條件及某些規定

( 1)計算與冶煉 1 t生鐵作為基礎,所用原料成份、生鐵成份都是已知的。 對于生産高爐,噸鐵礦石用量,煤氣成份及爐渣成份也是已知的;而對于設計高爐,礦石用量可由鐵平衡方程先行求出。 考慮到人們的習慣以及易與某些文獻資料相對照比較,計算過程中用千卡 ( kcal)作熱量單位,最後可轉換成千焦 ( k J)。

( 2)當今高爐多使用高堿度燒結礦冶煉,并尋求合理的爐料結構,冶煉時加入熔劑數量已很少了。考慮到這種情況,計算時先假定高爐不使用熔劑,待焦比算出後,按照爐渣堿度要求,進行堿度校核,确定加入熔劑的種類 (石灰石或矽石 )和數量,并按其爐内行為再進行追加焦比的計算。

( 3)高爐高溫區界限溫度選在950℃是更為合适的。在高溫區内碳的氣化反應 C CO2 = 2CO充分發展,鐵及合金元素的直接還原在此區内完成。對于浮屍體的間接還原 FeO CO= Fe CO2,950℃時反應平衡常數 Kp = φ( CO2 ) /φ( CO)= 30. 9 /69。 1= 0. 447,因此還原 1 kmol鐵所需要 CO的過量系數 n應為n = 1 1 /Kp = 1 2. 237= 3. 237 kmol。

( 4)現代高爐多采用富氧噴煤強化冶煉措施,這裡規定每噸生鐵的噴煤量是已知的,并認為煤粉碳素在高爐風口前全部燃燒掉。

焦比、直接還原度的聯合計算

對于焦比算式K × w ( C, k) =m ( C, b, k) m( C, d, Fe) m( C, d, a) m ( C, c) ,在一定的條件下,碳量 m ( C, d, a ),m( C, c) 都是已知的, 欲計算焦比,就要求出m ( C, b, k) 及m ( C, d, Fe) 兩項數值。這就需要列出既滿足高爐冶煉熱量消耗,又要滿足還原劑消耗所需碳量的兩個方程,聯立求解。

通常高爐煉鐵會有以下幾種方式來增産增效。

第一個是高爐富氧鼓風 也就是向高爐鼓風系統中注入工業氧氣,使得高爐鼓風系統中的氧氣密度大于大氣含量,進而達到氧氣含濃度增加,使得燃燒單位碳的鼓風量降低、氮氣含量降低,減少爐料下降阻力,實現降低焦比,節碳的目的。通常在富氧鼓風的同時,高爐操作上為了實現降低焦比,節碳,降碳,還會使用噴吹煤作為助燃劑。由于焦炭在高爐中的主要作用是作為骨料架和還原劑(焦炭燃燒産生一氧化碳CO),所以通過富氧鼓風和增加噴吹煤的使用來達到提高爐溫,節省焦炭使用的目的。

第二個就是多用優質入爐料(微量元素少,雜質少),如入爐燒結礦的品位提高,增加球團礦的使用,減少塊礦,或者不使用塊礦。俗話說,爛礦費碳,好女費漢。也就是說礦的品位等級越差,對焦炭的使用,對燃料的使用比例就越高,焦比也就越高。在焦炭緊張的情況下,為了實現少費碳的目的,高爐煉鐵在配礦上盡可能的是通過性價比的形式,優先選擇性價比最合适的鐵礦石,也就是擴大主流礦,或者全部用主流礦,達到實現降低焦炭消耗的比例,特别是在高爐鐵水有較高利潤的優勢時,就會加大力度多高諸如PB、紐曼、卡粉等這些優質資源,且鐵礦石的要求上盡量要求低鋁低矽,因為鋁含量高了,對高爐鐵水的爐内流動性不好,矽含量高了,則高爐爐渣多。為了多出鐵水,在高爐利潤合适的情況下,會大力使用優質高品礦。高爐煉鐵廠有煉鐵專家在生産工藝實踐中,為了實現減碳降成本的目的,在入爐燒結礦中配一部分焦丁,焦粉、焦末等,這樣一方面降低了焦炭損耗,一方面降低了焦比,實現了節能降耗,也有利于改善高爐的料柱的透氣性。

第三個,也就是提高工廠的管理水平、管理效率,提高生産計劃的前瞻性,減少休風頻次等,實現提高高爐生産效率的目的。

最後,也希望高爐煉鐵行業的行家裡手,也多分享分享其降碳增産,節能降耗,降低焦比,提高産量,增産增效的一些方式方法,促進我國高爐煉鐵水平的提升,降低能源損耗。

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