焦炭性能对高炉冶炼的影响
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焦炭性能对高炉冶炼的影响
1 前 言
焦炭热反应性能主要指焦炭反应性和反应后的强度。高炉焦炭反应性是指焦炭在高炉内与CO2气体的反应能力。反应后的焦炭因失重而产生裂缝，同时因气孔壁变薄而失去强度。如果焦炭反应性过大，就会使焦炭强度下降，产生较多的碎焦和焦粉，恶化高炉透气性，影响高炉顺行。
2 焦炭在高炉不同部位对顺行的影响
2.1 块状带
块状带在炉腰以上，温度低于1000℃，由于矿石尚处于固态，并无粘着现象，因此所有炉料基本保持层状。由于这里的温度在炼焦最终温度以下，所以焦炭承受热的作用很小，焦炭块度和强度下降很少，对高炉的顺行影响不大。
2.2 软熔带
软熔带处于炉腰、炉腹结合处1000~1300℃左右的部位，因温度及气流分布的关系，矿石由表及里逐渐软化熔融，而焦炭仍为块状，起疏松和使气流畅通作用。由于这一区域焦炭的气化反应剧烈，焦炭的反应性在这一区域充分显示出来，焦炭中碳的损失可达30%～40%。焦炭与CO2反应后，气孔发生很大变化，气孔壁变薄，所以焦炭强度下降，块焦减小很明显。如果焦炭的反应性过大，则失重就大，反应后的强度必然就低，产生较多的碎焦和焦粉，恶化高炉的透气性，影响高炉顺行。
2.3 滴下带
软熔带下有一由焦炭组成的中心料柱，温度在1350℃以上，它承受滴落的液渣铁的冲刷，使软熔带半熔化的铁滴中的碳含量由不到1%增加到2%以上，在进入炉缸时达到4%左右，完成铁的渗碳过程。滴下带的焦炭，因为气化反应不厉害，一般能保持一定的强度和块度，所以这部分有一定的透气性，对软熔带因中心气流强而保持倒“V”形起重要作用，在很大程度上促使高炉顺行。因此焦炭有一定的热态强度是必要的。 中心料柱的焦炭大部分来自软熔带最上部，当软熔带顶层熔融而分裂开并向下移动时，倒“V”形顶端产生穿透作用，以致焦炭向下滑动，直到顶端新的软熔层形成。也有一部分焦炭来自软熔带各个层面受到一定程度气化反应的焦炭，这部分焦炭处于焦炭堆的外围，它与滴下带的一部分焦炭向下运动，进入风口区，最后全部燃烧成为高炉的热源。这部分焦炭称为活动层。中心料柱的下部有一堆焦炭，它受到上面炉料的重力、下面液体铁渣的浮力和四周鼓风的压力，形成一个平衡状态，因而处于静止状态，称为呆滞层或死料柱焦。所以高炉操作应注意发展中心气流，提高高炉的透气性。但焦炭如果在软熔带就会产生较多的碎焦和焦粉，这一区域的透气性也将受到影响。
2.4 风口回旋区
风口回旋区的焦炭块度不一，它们在此被鼓入的热空气带动强烈地回旋并且燃烧,为高炉提供热能和还原气体CO。回旋区的外围因鼓风动能和炉料移动关系，焦炭以不同状态分布在整个风口区域，如图1所示。区域1为回旋区，焦炭在此处燃烧，温度约2000℃。区域2是块度较大的焦炭，它是供作回旋区燃烧的焦炭来源，这部分焦炭称为炉腹焦。区域3是已经在回旋区燃烧过的焦炭，称为回旋区焦炭。区域4在整个回旋区焦炭下方，它是一个很紧密的结构，有碎裂的小粒焦块，同时夹杂因重力流下的液体渣和铁，称为雀巢焦。强度好的焦炭，雀巢焦层不大，数量也不多，但易碎裂的劣质焦炭则因雀巢焦量多且易向中心偏移，导致碎焦充满料柱的空隙，影响渣铁液滴向下正常渗透。雀巢焦层的下方是大块的焦炭区域5，由中心料柱呆滞层焦炭移动和风口与风口间的焦炭堆向下移动所形成。区域6是呆滞层焦炭，它始终处于稳定状态，直到碳素完全溶解，灰分进入渣中为止。
图1 风口回旋区周围的焦炭
焦炭从进入高炉开始，直到风口区前历经各种热力和化学过程，优质的焦炭保持一定的块度是 回旋区正常的重要条件。减少雀巢焦的数量，增加炉腹焦的数量，将为提高料柱的透气性以及高炉的顺行创造有利的条件。只有热反应性能好的焦炭才能保证炉腹焦的数量和质量。
3 生产实例
济南钢铁集团总公司1750m3高炉于2003年9月投产后，自产焦供应明显不足，因此外购一些焦炭用于小高炉的生产。使用外购焦后小高炉的炉况随之出现了一些问题，悬坐料次数增加，风量不足等，造成炉况难行。通过焦炭的热性能测定，发现外购焦的热性能明显不如自产焦。检测指标见表1。
表1 焦炭热性能检测指标 %
焦炭种类 反应性 反应后强度
自产焦1# 27.0 65.8
自产焦2# 29.0 63.0
自产焦3# 26.5 63.9
自产焦4# 30.0 61.4
外购焦1# 40.0 41.7
外购焦2# 40.0 45.0
外购焦3# 41.5 36.8
外购焦4# 44.5 34.2
此外，由于外购焦的产地不同，焦炭的质量也不相同，品种的变化也将引起炉况的变化，造成高炉难行，给高炉操作带来难度。表2是某350m3高炉使用外购焦前后部分指标的对比情况。
表2 某高炉使用外购焦前后部分指标 项目 焦比/kg.t-1 煤比/kg.t-1 悬料/次 坐料/次 风口损坏/个 渣口损坏/个
使用前 365 177 7 7 3 14
使用后 382 151 45 45 19 17
注：以上为季度指标比较。
4 结 论
4.1 焦炭的料柱骨架作用对高炉顺行有重要影响，而焦炭的热反应性能决定着焦炭这一作用的发挥。高炉的透气性不好，造成高炉难行。风量不足，喷煤量不高，崩、悬料增加，风渣口损坏多，导致高炉生产指标下降。
4.2 气化反应后的焦炭因失重而产生裂缝，同时气孔壁变薄而失去强度。如果焦炭的反应性过大，反应后的强度也将受到影响，产生较多的碎焦和焦粉，势必恶化高炉的透气性。
4.3 焦炭的气化反应从软熔带开始，其反应程度直接影响着滴下带及风口回旋区的工作状况。软熔带产生的碎焦和焦粉多，进入滴下带的碎焦和焦粉也多，风口回旋区的雀巢焦就多，高炉的透气性就差。对于高炉顺行来说，希望焦炭的热反应性小些，反应后强度高些。
炉料下降不顺畅，叫“难行”。难行发展到完全不动，叫“悬料”。主要是由于原料强度太差、粉末太多，或基本操作制度选择不当所致。高炉内结瘤时容易悬料。炉料突然崩落，叫“崩料”。高炉出现难行和悬料，一般可减少风量或风温；有条件时，风中加入些水蒸气以减少上升煤气流的浮力，促使炉料恢复下降。如均不见效，应把入炉风量减到允许的最低值，进行“坐料”处理。
(1).在料尺连续滑落，风压、风量剧烈波动时，应改常压放风破坏管道，回风风压要低于原来风压，然后逐步恢复风量。
(2).当风压急剧下降，风量突然上升时，应立即减风，控制风压比原来低一些。
(2).采用2~4批双装料或临时改变不了气转角，将炉料堆尖放在管道位置，堵塞管道。 (3).严重管道要加适当净焦，疏松料柱防止炉冷。
(4).如经常发生管道应减轻焦炭负荷，降低全风水平并考虑调整基本制度。
