一种用高比例低热态煤炼制大型高炉焦炭的生产工艺的制作方法
本发明涉及一种用高比例低热态煤炼制大型高炉焦炭的生产工艺。
背景技术：
据不完全统计，全国≥2500m3的高炉冶炼需要的焦炭热态强度（csr）普遍控制在60%以上，低于此数值，该类型的高炉稳定顺行就无法保证。焦炭的csr与炼焦煤的性质息息相关，不同区域煤的csr差别很大，中国中部、东部、蒙古地区，外蒙地区及澳洲地区的csr普遍都较高，但中国西部地区csr都非常低，有些煤甚至为零，主要原因是其成煤年代、成煤过程、成煤植物种类与内陆有显著差异所致。
新疆八钢公司地处中国西部乌鲁木齐市西边，艾维尔沟煤矿是八钢的自有煤矿，可生产1890煤、1930煤、2130煤（依据海拔高度而定，下同），虽然单独或配煤后炼制的焦炭冷态强度尚可，但热态强度很差，即反应性高、反应后强度低，在常规理论指导下该煤与通常炼焦煤性质极不符合，指标远劣于国内同类煤，1890煤偏于气煤，2130煤偏于肥煤，这些反常现象与其原始成煤植物、成煤条件及地质年代等有直接关系，因此所生成的焦炭的性质也较为特殊。2015年年底前，为达到2500m3高炉的用焦要求，八钢公司多方大量购买高热态（csr）的山西煤、宁夏煤、蒙古煤，运费高达300—400元/吨，进厂山西、外蒙焦煤价格接近2000元/吨，生产的焦炭成本、铁水成本在行业内属于高位，并且2014年、2015年八钢公司连续两年处于数十亿金额的亏损状态，濒临资金链断裂的边缘。但是成本最低的自产1890煤使用量有限，煤矿长期处于限产状态。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用高比例低热态煤炼制大型高炉焦炭的生产工艺，能够大大降低对焦炭热态性能的要求，降低焦炭成本及铁水成本，确保2500m3高炉在低csr情况下进行正常冶炼。
本发明的目的是这样实现的，一种用高比例低热态煤炼制大型高炉焦炭的生产工艺，包括如下操作步骤：
a、保持高炉富氧率为5%，保持高炉入炉鼓风量为4600nm3/min，维持高炉产量5150t不变，调整炉腹煤气量，使其数值比2500m3高炉的正常炉况时的炉腹煤气量低300nm3/min；
b、缩小风口面积，使其比正常高炉操作风口面积小0.015m2--0.02m2，保证风速在265m/s左右，鼓风动能在11000kg·m/s左右；
c、维持适宜的风口理论燃烧温度2180—2230℃，保持风温至1130--1170℃，提高湿分20—30g/t；
d、提高煤比至150kg/t，焦比维持不变，提高燃料比至565kg/t，保证合适的煤气量，炉顶温度不低于120℃；
e、调整布料制度和矿批重，布料模式
操冶制度的制定：
a、炉腹煤气量不得小于5900m3/h；
b、炉温调剂顺序：增热：加煤—加湿--风温—焦炭；减热：加湿—风温--减煤—焦炭；铁水温度pt至少为1500℃；
c、顶温控制：若两个5批料时间超过2500m3高炉正常炉况时的规定料速，顶温下行，则减氧1000m3/h-2000m3/h，在顶温的控制上动作要有提前量，即顶温控制在120-150℃，连续两个小时顶温平均值下降超过20℃，略微控制料速，减氧1000m3/h-2000m3/h；
d、保证cct1/cct2温度在470℃/350℃，加强中心气流，其调剂顺序：料线--布料模式，料线调整0.1—0.2m，若四个小时气流未发生大的变化，调整布料模式，在档位上调整布料圈数0.5—1圈；
e、保证tf值≤2250℃。
富氧率提升过程中通过调整湿分、喷煤、风温手段对无法保证tf值≤2250℃，达不到要求用量时，及时减富氧量,并根据tf值来核算。
2500m3高炉全疆内煤、高富氧操作工业试验。
2500m3高炉试验期间焦炭质量略有下降，逐步减少干熄焦比例，由50%至11月1日白班干熄焦比例减至0%。考虑到铁水成本的压力，逐步推进配煤结构，自2015年9月10日，实施调整配煤结构，降低焦炭热态csr：第一步：调整焦炭热态csr指标稳定在37%--41%左右，高炉调整操作，稳定炉况；第二步：计划将csr指标稳定在32%--38%左右，10月27日--11月10日，以c高炉作为全疆内煤操作的主要高炉。在c高炉使用全疆内煤，高富氧的生产操作过程中，取得了阶段性的成果，11月10日c高炉进入长周期停炉检修；第三步：继续推进全疆内煤用焦结构，焦炭热态csr控制在26%--30%左右。高炉继续优化操作，通过调整送风参数、冷却制度、炉料结构等手段，适应低热态焦炭，确保炉况稳定顺行。在实验期间，停用疆外煤、焦炭低热态、富氧5%操作，高炉压差略有升高，但无崩滑料，高炉炉况顺行，试验成功。
高炉试验操作参数，见表1。
用全疆内煤炼焦的焦炭质量及成本。
自工业试验开始，疆内煤用量达到80%，其中艾矿煤配到52%，用焦稳定，炉况顺行。11月9日开始四座焦炉统一配比焦炭原料成本从试验成本914.1元/吨焦降低到862.7元/吨焦，降低了51.4元/吨焦。截止2015年12月23日焦炭成本794.3元/吨焦，比10月份基础配比焦炭成本958元/吨焦降低163.7元/吨焦，累计降低成本163.7元/吨焦。截至2016年1月5日继续优化配煤结构，1890煤逐步配加到20%，焦炭成本降低到751.4元/吨焦。
1、理论依据的研究作为本发明的支撑点。
1）焦炭热态性能的重新认识，传统焦炭热性能的表征方法是焦炭在恒反应时间条件下测定的转鼓强度，但是通过对焦炭在高炉内的作用过程来看，此方法存在误区，表征过程有不合理性。通过理论分析，重新认识2500m3高炉使用的焦炭与co2的反应性，焦炭在恒失重状况下测定csr，此热态数值处于较高水平，完全可以满足2500m3高炉的使用。
2）通过研究发现，高比例疆内煤炼制的焦炭其抗压强度非常高，并且有很高的韧性，相比疆外高热态焦炭有其突出特点，表明八钢的焦炭在高炉内不易被压碎，有能力承担整个料柱的荷载，可以保障高炉的透气性。
3）借鉴oy1#炉富氧喷吹理论生产原理，为突破八钢高炉的操作冶炼制度，结合oy1#炉的高富氧喷吹生产技术，在2500m3高炉实施高富氧、高反应、较薄软融带的操作方针进行工业试验，以降低压差、提高煤气利用率。采用本发明方法进行工业生产试验，证明结果及思路是完全正确的，并在2016年全年的生产过程中得到广泛应用，3座高炉炉况非常稳定。
4）焦炭m40支撑骨架作用的重要性得到升级，焦炭m40是表征焦炭的骨架作用最有效的数据，如果m40较高，焦炭的骨架作用在干燥段体现更为明显，可明显降低料柱的粉末量，保证该段煤气阻力最低。同时在软融带，耐渣铁冲刷能力提高，保证了较低的煤气阻力。在风口区焦炭的耐机械破损能力提高，使得煤气分布能够相对均匀、炉腹煤气阻力相对较低。因此，降低焦炭热态性能（csr）的同时必须提高焦炭的冷态强度（m40）。
2、发明的效果。
对2015年与2016年的配煤结构、焦炭成本及焦炭质量进行对比，2016年关键指标改善明显，为钢铁企业的扭亏增盈奠定了基础。
焦炭质量：
2016通过大比例使用艾矿煤及其他疆内煤，焦炭除csr降低之外，其余指标皆较为突出。其中m40全年全部大于89.0%，平均粒级全年全部大于54.45%，焦炭灰份处于中等水平。
1）焦炭热态（csr），见图1。
图12015年及2016年焦炭csr对比。
2016年因疆内煤使用比例较高，常规表征方法可以看出，csr明显低于2015年，这是焦炭指标在行业中属于罕见，是最大的创新点，其中2016年3月，最低达23.2%。
2）焦炭m40，见图2。
图2。2015年m40平均88.8%，2016年m40平均89.5%。
并且2016年煤资源紧张，多次发生断料，月配煤调整次数较多，但通过合理调整及严格的过程管控，m40仍然稳定。
3）焦炭平均粒度，见图3。
2016年焦炭平均粒度54.3%，明显高于2015年53.2%的水平，属历年最好水平，有利的支撑了高炉的透气性。
3、经济效益
该发明以2016年单种煤考核单价为基准进行计算，拿2015年及2016年的累计配比进行核算，2016年用煤量为225.3万吨，剔除煤价下调因素的影响，配煤成本总计降低21289.4万元。
上述经济效益核算相对较为保守，2016年焦煤市场价格变化剧烈，自6月开始，焦煤价格快速提升，到10月左右，山西、蒙古、乌海地区的焦煤含税到厂约1800元/吨，按照公司还原价格计算，2016年配煤降本额远高于考核降本额。
4、本发明方法技术小结。
1）2015年10月的c高炉工业试验成功。其中利用系数、焦比、燃耗等各项指标较前期相比稳定，并且冶炼方式在2016年全年中长时间应用于a、b高炉的生产，炉况顺行，铁水成本显著降低；
2）通过2016年全年低热态焦炭的使用，打破了高炉用焦的技术禁锢，常规检测的低csr焦炭完全可以保证2500m3高炉的稳定顺行。也印证了常规焦炭热态性能的评判方法存在误区，已不能很好的表征焦炭在高炉内的加热过程，而在高炉内1300℃—1500℃的反应温度条件下来检测八钢焦炭的cri及csr才具有代表性，更能表征焦炭在高炉内的热态作用。
3）随着疆内煤配入量的提升，焦炭m40升高，表明艾矿煤及其它疆内煤对冷态强度的提升比较有利，这是疆内煤独特的性质；
4）随着csr的降低，2500m3高炉对m40的要求提高，从2016年高炉生产过程来看，m40≥89%是高炉顺行最基础、最低的质量要求。
5）2016年艾矿煤完全被使用，突破了长期艾矿煤不能高比例使用、1890煤限产的困局，全年配煤成本总计降低21289.4万元，为八钢企业的扭亏增盈奠定了坚实的技术基础。
本发明方法，有效打破了技术常规、突破了技术禁锢，提高了低热态、低成本炼焦用煤的使用量，降低焦炭成本，以提高钢铁企业的竞争能力及经济效益，并且将在钢铁企业中得到广泛重视，实际意义非凡。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步详细的描述
图1为本发明焦炭csr图；
图2为本发明焦炭m40图；
图3为本发明焦炭平均粒度图。
具体实施方式
一种用高比例低热态煤炼制大型高炉焦炭的生产工艺，包括如下操作步骤：
a、保持高炉富氧率为5%，保持高炉入炉鼓风量为4600nm3/min，维持高炉产量5150t不变，调整炉腹煤气量，使其数值比2500m3高炉的正常炉况时的炉腹煤气量低300nm3/min；
b、缩小风口面积，使其比正常高炉操作风口面积小0.015m2--0.02m2，保证风速在265m/s左右，鼓风动能在11000kg·m/s左右；
c、维持适宜的风口理论燃烧温度2180—2230℃，保持风温至1130--1170℃，提高湿分20—30g/t；
d、提高煤比至150kg/t，焦比维持不变，提高燃料比至565kg/t，保证合适的煤气量，炉顶温度不低于120℃；
e、调整布料制度和矿批重，布料模式
操冶制度的制定：
a、炉腹煤气量不得小于5900m3/h；
b、炉温调剂顺序：增热：加煤—加湿--风温—焦炭；减热：加湿—风温--减煤—焦炭；铁水温度pt至少为1500℃；
c、顶温控制：若两个5批料时间超过2500m3高炉正常炉况时的规定料速，顶温下行，则减氧1000m3/h-2000m3/h，在顶温的控制上动作要有提前量，即顶温控制在120-150℃，连续两个小时顶温平均值下降超过20℃，略微控制料速，减氧1000m3/h-2000m3/h；
d、保证cct1/cct2温度在470℃/350℃，加强中心气流，其调剂顺序：料线--布料模式，料线调整0.1—0.2m，若四个小时气流未发生大的变化，调整布料模式，在档位上调整布料圈数0.5—1圈；
e、保证tf值≤2250℃。
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