本發(fā)明涉及一種用高比例低熱態(tài)煤煉制大型高爐焦炭的生產工藝。

背景技術：

據不完全統(tǒng)計，全國≥2500m³的高爐冶煉需要的焦炭熱態(tài)強度（csr）普遍控制在60%以上，低于此數(shù)值，該類型的高爐穩(wěn)定順行就無法保證。焦炭的csr與煉焦煤的性質息息相關，不同區(qū)域煤的csr差別很大，中國中部、東部、蒙古地區(qū)，外蒙地區(qū)及澳洲地區(qū)的csr普遍都較高，但中國西部地區(qū)csr都非常低，有些煤甚至為零，主要原因是其成煤年代、成煤過程、成煤植物種類與內陸有顯著差異所致。

新疆八鋼公司地處中國西部烏魯木齊市西邊，艾維爾溝煤礦是八鋼的自有煤礦，可生產1890煤、1930煤、2130煤（依據海拔高度而定，下同），雖然單獨或配煤后煉制的焦炭冷態(tài)強度尚可，但熱態(tài)強度很差，即反應性高、反應后強度低，在常規(guī)理論指導下該煤與通常煉焦煤性質極不符合，指標遠劣于國內同類煤，1890煤偏于氣煤，2130煤偏于肥煤，這些反常現(xiàn)象與其原始成煤植物、成煤條件及地質年代等有直接關系，因此所生成的焦炭的性質也較為特殊。2015年年底前，為達到2500m³高爐的用焦要求，八鋼公司多方大量購買高熱態(tài)（csr）的山西煤、寧夏煤、蒙古煤，運費高達300—400元/噸，進廠山西、外蒙焦煤價格接近2000元/噸，生產的焦炭成本、鐵水成本在行業(yè)內屬于高位，并且2014年、2015年八鋼公司連續(xù)兩年處于數(shù)十億金額的虧損狀態(tài)，瀕臨資金鏈斷裂的邊緣。但是成本最低的自產1890煤使用量有限，煤礦長期處于限產狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用高比例低熱態(tài)煤煉制大型高爐焦炭的生產工藝，能夠大大降低對焦炭熱態(tài)性能的要求，降低焦炭成本及鐵水成本，確保2500m³高爐在低csr情況下進行正常冶煉。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種用高比例低熱態(tài)煤煉制大型高爐焦炭的生產工藝，包括如下操作步驟：

a、保持高爐富氧率為5%，保持高爐入爐鼓風量為4600nm³/min，維持高爐產量5150t不變，調整爐腹煤氣量，使其數(shù)值比2500m³高爐的正常爐況時的爐腹煤氣量低300nm³/min；

b、縮小風口面積，使其比正常高爐操作風口面積小0.015m²--0.02m²，保證風速在265m/s左右，鼓風動能在11000kg·m/s左右；

c、維持適宜的風口理論燃燒溫度2180—2230℃，保持風溫至1130--1170℃，提高濕分20—30g/t；

d、提高煤比至150kg/t，焦比維持不變，提高燃料比至565kg/t，保證合適的煤氣量，爐頂溫度不低于120℃；

e、調整布料制度和礦批重，布料模式，礦批62t-64t，根據頂溫，同比例調整礦焦批重，保證高爐中心和高爐邊緣兩道煤氣流；

操冶制度的制定：

a、爐腹煤氣量不得小于5900m³/h；

b、爐溫調劑順序：增熱：加煤—加濕--風溫—焦炭；減熱：加濕—風溫--減煤—焦炭；鐵水溫度pt至少為1500℃；

c、頂溫控制：若兩個5批料時間超過2500m³高爐正常爐況時的規(guī)定料速，頂溫下行，則減氧1000m³/h-2000m³/h，在頂溫的控制上動作要有提前量，即頂溫控制在120-150℃，連續(xù)兩個小時頂溫平均值下降超過20℃，略微控制料速，減氧1000m³/h-2000m³/h；

d、保證cct1/cct2溫度在470℃/350℃，加強中心氣流，其調劑順序：料線--布料模式，料線調整0.1—0.2m，若四個小時氣流未發(fā)生大的變化，調整布料模式，在檔位上調整布料圈數(shù)0.5—1圈；

e、保證tf值≤2250℃。

富氧率提升過程中通過調整濕分、噴煤、風溫手段對無法保證tf值≤2250℃，達不到要求用量時，及時減富氧量,并根據tf值來核算。

2500m³高爐全疆內煤、高富氧操作工業(yè)試驗。

2500m³高爐試驗期間焦炭質量略有下降，逐步減少干熄焦比例，由50%至11月1日白班干熄焦比例減至0%?？紤]到鐵水成本的壓力，逐步推進配煤結構，自2015年9月10日，實施調整配煤結構，降低焦炭熱態(tài)csr：第一步：調整焦炭熱態(tài)csr指標穩(wěn)定在37%--41%左右，高爐調整操作，穩(wěn)定爐況；第二步：計劃將csr指標穩(wěn)定在32%--38%左右，10月27日--11月10日，以c高爐作為全疆內煤操作的主要高爐。在c高爐使用全疆內煤，高富氧的生產操作過程中，取得了階段性的成果，11月10日c高爐進入長周期停爐檢修；第三步：繼續(xù)推進全疆內煤用焦結構，焦炭熱態(tài)csr控制在26%--30%左右。高爐繼續(xù)優(yōu)化操作，通過調整送風參數(shù)、冷卻制度、爐料結構等手段，適應低熱態(tài)焦炭，確保爐況穩(wěn)定順行。在實驗期間，停用疆外煤、焦炭低熱態(tài)、富氧5%操作，高爐壓差略有升高，但無崩滑料，高爐爐況順行，試驗成功。

高爐試驗操作參數(shù)，見表1。

用全疆內煤煉焦的焦炭質量及成本。

自工業(yè)試驗開始，疆內煤用量達到80%，其中艾礦煤配到52%，用焦穩(wěn)定，爐況順行。11月9日開始四座焦爐統(tǒng)一配比焦炭原料成本從試驗成本914.1元/噸焦降低到862.7元/噸焦，降低了51.4元/噸焦。截止2015年12月23日焦炭成本794.3元/噸焦，比10月份基礎配比焦炭成本958元/噸焦降低163.7元/噸焦，累計降低成本163.7元/噸焦。截至2016年1月5日繼續(xù)優(yōu)化配煤結構，1890煤逐步配加到20%，焦炭成本降低到751.4元/噸焦。

1、理論依據的研究作為本發(fā)明的支撐點。

1）焦炭熱態(tài)性能的重新認識，傳統(tǒng)焦炭熱性能的表征方法是焦炭在恒反應時間條件下測定的轉鼓強度，但是通過對焦炭在高爐內的作用過程來看，此方法存在誤區(qū)，表征過程有不合理性。通過理論分析，重新認識2500m³高爐使用的焦炭與co2的反應性，焦炭在恒失重狀況下測定csr，此熱態(tài)數(shù)值處于較高水平，完全可以滿足2500m³高爐的使用。

2）通過研究發(fā)現(xiàn)，高比例疆內煤煉制的焦炭其抗壓強度非常高，并且有很高的韌性，相比疆外高熱態(tài)焦炭有其突出特點，表明八鋼的焦炭在高爐內不易被壓碎，有能力承擔整個料柱的荷載，可以保障高爐的透氣性。

3）借鑒oy1#爐富氧噴吹理論生產原理，為突破八鋼高爐的操作冶煉制度，結合oy1#爐的高富氧噴吹生產技術，在2500m³高爐實施高富氧、高反應、較薄軟融帶的操作方針進行工業(yè)試驗，以降低壓差、提高煤氣利用率。采用本發(fā)明方法進行工業(yè)生產試驗，證明結果及思路是完全正確的，并在2016年全年的生產過程中得到廣泛應用，3座高爐爐況非常穩(wěn)定。

4）焦炭m40支撐骨架作用的重要性得到升級，焦炭m40是表征焦炭的骨架作用最有效的數(shù)據，如果m40較高，焦炭的骨架作用在干燥段體現(xiàn)更為明顯，可明顯降低料柱的粉末量，保證該段煤氣阻力最低。同時在軟融帶，耐渣鐵沖刷能力提高，保證了較低的煤氣阻力。在風口區(qū)焦炭的耐機械破損能力提高，使得煤氣分布能夠相對均勻、爐腹煤氣阻力相對較低。因此，降低焦炭熱態(tài)性能（csr）的同時必須提高焦炭的冷態(tài)強度（m40）。

2、發(fā)明的效果。

對2015年與2016年的配煤結構、焦炭成本及焦炭質量進行對比，2016年關鍵指標改善明顯，為鋼鐵企業(yè)的扭虧增盈奠定了基礎。

焦炭質量：

2016通過大比例使用艾礦煤及其他疆內煤，焦炭除csr降低之外，其余指標皆較為突出。其中m40全年全部大于89.0%，平均粒級全年全部大于54.45%，焦炭灰份處于中等水平。

1）焦炭熱態(tài)（csr），見圖1。

圖12015年及2016年焦炭csr對比。

2016年因疆內煤使用比例較高，常規(guī)表征方法可以看出，csr明顯低于2015年，這是焦炭指標在行業(yè)中屬于罕見，是最大的創(chuàng)新點，其中2016年3月，最低達23.2%。

2）焦炭m40，見圖2。

圖2。2015年m40平均88.8%，2016年m40平均89.5%。

并且2016年煤資源緊張，多次發(fā)生斷料，月配煤調整次數(shù)較多，但通過合理調整及嚴格的過程管控，m40仍然穩(wěn)定。

3）焦炭平均粒度，見圖3。

2016年焦炭平均粒度54.3%，明顯高于2015年53.2%的水平，屬歷年最好水平，有利的支撐了高爐的透氣性。

3、經濟效益

該發(fā)明以2016年單種煤考核單價為基準進行計算，拿2015年及2016年的累計配比進行核算，2016年用煤量為225.3萬噸，剔除煤價下調因素的影響，配煤成本總計降低21289.4萬元。

上述經濟效益核算相對較為保守，2016年焦煤市場價格變化劇烈，自6月開始，焦煤價格快速提升，到10月左右，山西、蒙古、烏海地區(qū)的焦煤含稅到廠約1800元/噸，按照公司還原價格計算，2016年配煤降本額遠高于考核降本額。

4、本發(fā)明方法技術小結。

1）2015年10月的c高爐工業(yè)試驗成功。其中利用系數(shù)、焦比、燃耗等各項指標較前期相比穩(wěn)定，并且冶煉方式在2016年全年中長時間應用于a、b高爐的生產，爐況順行，鐵水成本顯著降低；

2）通過2016年全年低熱態(tài)焦炭的使用，打破了高爐用焦的技術禁錮，常規(guī)檢測的低csr焦炭完全可以保證2500m³高爐的穩(wěn)定順行。也印證了常規(guī)焦炭熱態(tài)性能的評判方法存在誤區(qū)，已不能很好的表征焦炭在高爐內的加熱過程，而在高爐內1300℃—1500℃的反應溫度條件下來檢測八鋼焦炭的cri及csr才具有代表性，更能表征焦炭在高爐內的熱態(tài)作用。

3）隨著疆內煤配入量的提升，焦炭m40升高，表明艾礦煤及其它疆內煤對冷態(tài)強度的提升比較有利，這是疆內煤獨特的性質；

4）隨著csr的降低，2500m³高爐對m40的要求提高，從2016年高爐生產過程來看，m40≥89%是高爐順行最基礎、最低的質量要求。

5）2016年艾礦煤完全被使用，突破了長期艾礦煤不能高比例使用、1890煤限產的困局，全年配煤成本總計降低21289.4萬元，為八鋼企業(yè)的扭虧增盈奠定了堅實的技術基礎。

本發(fā)明方法，有效打破了技術常規(guī)、突破了技術禁錮，提高了低熱態(tài)、低成本煉焦用煤的使用量，降低焦炭成本，以提高鋼鐵企業(yè)的競爭能力及經濟效益，并且將在鋼鐵企業(yè)中得到廣泛重視，實際意義非凡。

附圖說明

下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述

圖1為本發(fā)明焦炭csr圖；

圖2為本發(fā)明焦炭m40圖；

圖3為本發(fā)明焦炭平均粒度圖。

具體實施方式

一種用高比例低熱態(tài)煤煉制大型高爐焦炭的生產工藝，包括如下操作步驟：

a、保持高爐富氧率為5%，保持高爐入爐鼓風量為4600nm³/min，維持高爐產量5150t不變，調整爐腹煤氣量，使其數(shù)值比2500m³高爐的正常爐況時的爐腹煤氣量低300nm³/min；

b、縮小風口面積，使其比正常高爐操作風口面積小0.015m²--0.02m²，保證風速在265m/s左右，鼓風動能在11000kg·m/s左右；

c、維持適宜的風口理論燃燒溫度2180—2230℃，保持風溫至1130--1170℃，提高濕分20—30g/t；

d、提高煤比至150kg/t，焦比維持不變，提高燃料比至565kg/t，保證合適的煤氣量，爐頂溫度不低于120℃；

e、調整布料制度和礦批重，布料模式，礦批62t-64t，根據頂溫，同比例調整礦焦批重，保證高爐中心和高爐邊緣兩道煤氣流；

操冶制度的制定：

a、爐腹煤氣量不得小于5900m³/h；

b、爐溫調劑順序：增熱：加煤—加濕--風溫—焦炭；減熱：加濕—風溫--減煤—焦炭；鐵水溫度pt至少為1500℃；

c、頂溫控制：若兩個5批料時間超過2500m³高爐正常爐況時的規(guī)定料速，頂溫下行，則減氧1000m³/h-2000m³/h，在頂溫的控制上動作要有提前量，即頂溫控制在120-150℃，連續(xù)兩個小時頂溫平均值下降超過20℃，略微控制料速，減氧1000m³/h-2000m³/h；

d、保證cct1/cct2溫度在470℃/350℃，加強中心氣流，其調劑順序：料線--布料模式，料線調整0.1—0.2m，若四個小時氣流未發(fā)生大的變化，調整布料模式，在檔位上調整布料圈數(shù)0.5—1圈；

e、保證tf值≤2250℃。