高炉炼铁节能减排对焦炭质量的新要求

高炉炼铁节能减排和产品结构调整对焦炭质量的新要求许满兴（北京科技大学）摘要：本文简要介绍了高炉炼铁近十年来科技创新的四大进步，阐述了“十二五”我国产品结构调整的思路及焦炭行业的进步，提出了高炉炼铁节能减排和产品结构调整对焦炭质量的新要求。关键词：节能减排、科技进步、质量要求汇报提纲：•1.我国高炉炼铁节能减排的技术进步•2.“十二五”我国产品结构调整的思路和焦炭行业的进步•3.节能减排和结构调整对焦炭质量的新要求年份20012002200320042005200620072008200920102011生铁年产量1555417085193752578534375412454762547824596435902263000增幅18.19.825.125.628.120.015.50.413.77.48.41.我国高炉炼铁节能减排近十年来的技术进步我国的钢铁工业进入二十一世纪近十年来，有了惊人的快速发展，高炉炼铁的年产自2001年的15554万吨发展到2011年的63000万吨，平均年增长速度27.95%，近十年来高炉炼铁年产量的增长情况列于表1和图1.表12001—2011年我国生铁年产量增长状况图12001—2011年生铁年产量增长状况我国近十年来高炉炼铁快速发展的同时，在节能减排方面也取得了很大的科技进步，具体主要表现在以下四个方面：1-1、炉容大型化，推进高炉炼铁降低入炉焦比[1]。我国钢铁工业由于历史原因，高炉容积偏小，据2000年统计，我国拥有大小高炉3229座，其中100m3的就有3000座。进入新世纪以来，我国加快了炉容大型化的步伐，.2001年一下就淘汰了3000座产能落后的100m3高炉，2001年全国拥有高炉259座，其中2000m3的仅有19座，2008年全国拥有480座高炉，其中2000m3有62座，到2011年，高炉座数已不足460座，两年内淘汰了300m3容积的高炉30余座，新增了4000m3的高炉6座，目前，我国已拥有世界上1座最大容积的5800m3高炉和2座5500m3高炉，高炉容积大型化，推动了我国入炉焦比的降低和高炉产能的提高。2008年全国高炉不同容积与入炉焦比的状况列于表2和图2.表22008年全国高炉不同容积与入炉焦比企业名称平均炉容（m3•座-1）入炉焦比（kg•t-1）喷煤比(kg•t-1)燃料比（kg•t-1）宝钢本部4159316166470首钢本部3100326162488太钢本部2600322154476武钢本部2480328168496河北邯钢2280338122490马钢本部1644361135496江西新余999403113516北台钢铁516473112551图2入炉焦比与高炉有效容积的关系1-2、提高热风温度，合理喷煤比，推动入炉焦比的降低理论研究和生产实践均证明了提高热风温度，有利于扩大喷煤比，降低入炉焦比[2]，当热风温度为950—1350℃时，提高热风温度100℃，可降低入炉焦比8—20kg•t-1，我国重点企业高炉热风温度自2001年的1081℃提高到2011年的1179℃，入炉焦比由422kgt-1降低到2011年的374kgt-1，喷煤比由2001年的122kgt-1提高到2011年的148kgt-1，提高热风温度有利于扩大喷煤比，推动入炉焦比的降低，我国高炉2001—2011年热风温度与扩大喷煤比和降低焦比的状况列于表3和图3.表3我国重点企业2001—2011年热风温度与入炉焦比的变化状况年份20012002200320042005200620072008200920102011项目热风温度（℃）10811066108210741084110011251133115811601179入炉焦比（kgt-1）422417430.1427412395392396374369374喷煤比（kgt-1）122125.75117.7116124133137136145149148燃料比（kgt-1）544542.75547.8543536528529532519518522由表3和图3曲线可见，高炉炼铁的入炉焦比随热风温度提高而下降的趋势，与此同时喷煤比相应增加，综合燃料比随之下降的趋势。图3我国高炉炼铁2011—2011年热风温度与入炉焦比的变化状态1-3、优化炉料质量和炉料结构，促使入炉焦比降低炉料质量和炉料结构是高炉冶炼的基础，也是高炉炼铁取得低焦比的关键因素，炉料质量主要表现为入炉矿品的高低，合理炉料结构主要表现为烧结矿的碱度和搭配酸性球团矿的比例。我国高炉炼铁2001—2011年的入炉矿品位、烧结矿碱度、酸性球团矿配入比例与入炉焦比的变化表4和图4.表42001—2011年我国入炉矿品位、烧结矿碱度、球团矿比例与入炉焦比年份20012002200320042005200620072008200920102011项目入炉品位（%）57.9158.1758.4758.2158.0358.1057.7157.3257.6257.4155.98烧结矿碱度（倍）1.8341.8581.9701.9241.9441.9541.8831.8581.8341.9141.877球团矿配比（%）6.959.2910.3811.1410.6912.7212.7715.4519.5020.3819.07入炉焦比（kg•t-1）422413430.1427412.0395.0392.0396374369374图4入炉品位、烧结矿碱度、球团矿配比与入炉焦比的变化由表4和图4曲线可见，2001—2006年我国高炉炼铁入炉矿品位总的是提高的，2006年以后，由于铁矿资源短缺和价格提高，入炉矿品位有所下降，但由于炉料结构不断改善，表现为烧结矿碱度的提高和酸性球团矿配比的增加，使入炉焦比呈下降趋势。1-4、不断改善焦炭质量，确保入炉焦比降低多年来的高炉炼铁生产实践证明，优良的焦炭质量是高炉炼铁低焦比的保证。首钢高炉有一个典型的例子：2004年初高炉使用了占总量20%北京焦化厂的焦炭，其质量比较差，灰分13.8%，M40低，M10高，焦炭的热态性能也比较差，CRI30%，CSR不足60%，造成焦比大幅度攀升，入炉焦比达到451.5kg•t-1，2006年3月停用了这种焦炭，改用自产质量较高的一级焦，其灰分12.18%，M40为84.7%，M10为6.17%，CRI27.15%，CSR63.7%,结果2006年全厂焦比降低到337kg•t-1，焦比降低的幅度达到114.5kg•t-1，这一实例充分说明了焦炭质量对降低入炉焦比的直接影响。武钢焦炭质量与入炉焦比的情况也同样说明这一关系表5。武钢5座大高炉2010年1月，因供煤和煤的质量跟不上，焦炭的S含量上升到0.95%，CRI由2009年的27.8%上升到29.34%，CSR由64.3%下降到58.62%，结果1月份的入炉焦比由325kg•t-1，燃料比由536.3kg•t-1上升到568.8kg•t-1.失常的炉况经过焦炭热态性能转入正常后，经过1个月的调整才逐步恢复正常，这一事例充分说明焦炭的热态性能对大高炉的正常生产具有决定性的作用[6]。表5武钢近几年焦炭质量进步与降低入炉焦比的状况项目年份20042005200620072008200920102011焦炭质量焦炭灰分%13.0212.3612.4112.4212.8612.5012.5512.69M40%81.882.482.583.284.085.586.1986.31M10%7.27.16.96.86.86.56.266.20CRI%34.131.831.728.928.127.826.39-CSR%58.560.461.863.564.264.363.33-高炉指标利用系数t•m3t-12.0582.2932.4112.5292.5272.4072.4732.538入炉焦比kg•t-1398.9368.5325.4315.4329.1325.0340328喷煤比kg•t-1122.4144.6179.1173.5161.4172.4171168燃料比kg•t-1547.1540.7533.0522.7528.0536.3511496入炉矿品位%59.2259.3359.1959.3959.0958.7058.5358.31渣铁比kg•t-1294.7299.2288.3285.3312.8329.5330.5331.52.“十二五”我国产品结构调整的思路及焦炭行业的进步2.1“十二五”我国产品结构调整的思路未来5～10年是我国钢铁企业积极应对挑战，全面转型升级的攻坚时期，中国钢铁工业协会提出，这一时期我国产品结构调整应包括以下内容：1）.钢铁行业和企业应努力实现经济发展方式转变，进一步改变依靠规模扩张，依靠资源、能源消耗支撑发展的粗放型发展模式；2）.钢铁企业要坚决淘汰落后产能，降低吨钢资源、能源消耗，走资源节约型、环境友好型的发展道路；3）.继续探索、创新重组模式，不断提高产业集中度；4）.积极调整产品结构，提高钢铁产品质量和档次；5）利用好国内、国外两种资源，稳定供应渠道，提高铁矿石保证能力。产品结构调整的内涵概括起来就是：终止规模扩张，淘汰落后产能、提高产业集中度、调整和提高产品质量、发挥两种资源优势配好矿。2.2“十二五”我国焦炭行业的进步焦炭行业的状况与钢铁业基本类同，2011年全国焦炭产量达到4.28亿吨，其中冶金焦炭4亿吨。由于国际金融，钢铁和焦化产能严重过剩，铁矿石和炼焦煤短缺，价格居高不下，钢铁和焦炭价格下跌，导致钢铁和焦化企业利润压缩，亏损不断扩大。因此未来的5～10年同样是焦炭行业转型升级的攻坚时期，也应终止扩大规模，淘汰落后产能，提高产业集中度，发挥国内外两种资源优势，优化配煤，全面提高焦炭质量。具体的应主要抓好以下四个方面的技术和发展[7]:1）.加快焦炉大型化的步伐：大型焦炉能显著增加装煤的密度，7.63m焦化室的装煤密度比4.3m焦化室能从750kg/m3提高到821.2kg/m3，使焦炭的质量更均匀一致。2）.加速推行干熄焦技术：焦炭的生产实践证明，焦炭生产采用干熄焦技术，不仅能回收焦化的大量显热，同时能有效改善焦炭的质量，M40能提高3％～8％，M10降低0.3％～1.0％，热强度（CSR）提高1％～6％。3）积极采用煤调湿技术：近年来，不同煤种的调湿方法得到开发和应用，取得了良好的效果，太钢焦化厂使用蒸汽管旋转干燥系统将煤的湿分从10％降低到6％，结果使工序能耗下降9％，结焦时间缩短1小时，焦炭产率增加5％，配煤比例瘦煤和气煤增加9个百分点。4）采用有效措施改善和提高捣固焦的质量〔8〕：目前捣固焦的产能已经达到1.3～1.5亿吨，一般仅在2000m3高炉上应用，炼铁厂的普遍反映质量不如顶装焦，一般焦比和燃料比要增加10％～15％。其主要原因，在今年的全国炼铁生产技术会议上总结为以下三个方面：（1）配煤不规范，有的厂完全不配焦煤；（2）捣固焦强度过高，造成微孔不均匀，其内部形成较多横向的大盲肠气孔，严重影响捣固焦的高温性能。（3）炼焦过程工艺参数控制不规范，造成石墨化程度差，而出现黑头焦，质量不均匀。3.节能减排和结构调整对焦炭质量的新要求高炉炼铁的大量生产实践和科学研究均证明了以下四个方面的结论性意见：第一：冶金焦炭的化学成分、灰分和S含量对降低焦比有显著的影响，灰分增加1％，焦比要升高5～7kg/t，高炉产量会降低2％～3％，S含量每增加0.1％，焦比要升高3.5～6kg/t，高炉产量要下降2％～3％。因此应通过炼焦的配煤有效降低冶金焦炭的灰分和S含量（Ad12.5％，St.d0.7％）。第二：冶金焦炭强度对降低入炉焦比的影响，最突出的因素是M10,关于高炉原燃料条件对操作指标的定量分析〔9〕指出焦炭M10每增加1％，焦比增加11.48kg/t，燃料比增加14.75kg/t，提出3200m3以上的大高炉M10应5.5％。对于1000m3的高炉，要求M107％。第三：由于多年来焦比的下降，焦炭负荷逐年