张越强
（马鞍山钢铁股份炼铁总厂高炉二分厂）
摘 要 焦炭是高炉生产无法替代的原燃料，高炉要实现长周期的稳定顺行及良好的生产指标，对焦炭质量，尤其是焦炭的冷态性能M10和M40，热态性能CSR和CRI有一定的要求。本文通过对2019 年马钢B号4000m3高炉生产数据的统计，分析了焦炭的粒度、硫分、灰分等对高炉透气性指数、综合焦比及利用系数的影响，并采用多元回归分析得出了焦炭性能对高炉利用系数的叠加影响方程。
关键词 焦炭 高炉 燃料比 焦比 透气性
1 前言
焦炭是高炉生产的主要原料，起着供热、还原、铁水渗碳及骨架的作用，随着高炉喷吹燃料技术的进步，前三种作用都可以用喷吹燃料来替代，但焦炭在高炉内的骨架作用无法替代[1-3]。随着高炉冶炼技术的进步，焦比逐渐下降，焦炭作为骨架保证高炉内透气、透液性的作用更加显著，其质量直接影响着一系列经济技术指标，这就对焦炭的质量，特别是焦炭冷态强度M10、M40，热态强度CRI、CSR提出了更高的要求[4]。本文结合2019年马钢 B号4000m3 高炉焦炭的使用情况，分析了焦炭的粒度、硫分、灰分等对高炉透气性指数、综合焦比及利用系数的影响，着重探讨了焦炭性能对高炉的煤比、综合焦比、利用系数等生产指标的影响，并采用多元回归分析得出了焦炭性能对高炉利用系数的叠加影响方程。
2 高炉的生产指标及焦炭使用比例组成
高炉原燃料是高炉冶炼的基石，入炉原燃料的质量直接影响着高炉运行[5]。焦炭作为高炉炼铁的重要原料，其质量及使用比例对高炉的稳定生产有直接影响。表1是2019年马钢B号4000m3 高炉焦炭使用比例组成。由表1可知，2019年B号4000m3高炉用焦炭比例组成总体稳定，但有小幅波动，其中新干焦和老干焦使用比例较大，在87 %-100 %之间，定制焦、落地焦和一炼焦使用比例较小。2019年B号4000m3高炉生产总体稳定，其中在10月-12月间新干焦、老干焦使用比例保持稳定的情况下，高炉的煤比相比于其他月份提升明显。
3 焦炭质量对高炉生产的影响分析
3.1 焦炭粒度对高炉生产的影响
表2是马钢B号4000 m 3高炉焦炭的平均粒度，按表1焦炭的使用比例加权得来，由于落地焦、一炼焦使用比例很小，故加权计算时忽略不计。由表2可知，2019年马钢B号4000 m 3高炉所用焦炭的粒度分布较合理，平均粒度控制在46-50 mm间，完全符合大型高炉对焦炭的粒度要求。
图1是焦炭的平均粒度与透气性指数的关系，图2、3分别是焦炭的平均粒度与焦比、煤比的关系。由图1、2、3知，随着焦炭粒度的增加，高炉的透气性变好，焦比不断降低，煤比增加。
3.2 焦炭成分对高炉生产的影响
冶金焦炭的化学成分主要包括固定碳、灰分、硫分、磷分、挥发分和水分等，这些成分影响焦比、煤比等指标。一般要求焦炭的固定碳含量要高，灰分、硫、磷等含量要低[6，7]。灰分主要有酸性氧化物SiO2、Al2O3组成，灰分增加，渣量增加，不仅使焦比升高，还使高炉下部透气性变差，进而影响顺行[1]。一般认为，S含量每增加0.1 %，焦比要升高1.2-2.0 %，高炉产量要降低2 %以上[8]。表3是马钢B#高炉焦炭灰分与硫含量，按表1焦炭的使用比例加权得来。由表3知，2019年B号高炉所用焦炭的灰分含量小于12.5 %，硫分含量小于0.8 %，二者含量波动范围均较小，且符合大型高炉对灰分、硫分含量的要求。
图4、5分别是焦炭的灰分与综合焦比、利用系数的关系。由图可知，高炉综合焦比、利用系数分别与灰分成正相关、负相关。由图6知随焦炭硫分的增加，焦比呈增加趋势。
3.3 焦炭性能对高炉生产的影响
焦炭的冷态性能M40和M10反应了焦炭在高炉内保持粒度的能力，M40、M10指标好的焦炭，能很好的抵抗高炉中各种因素的侵蚀和炉料压力的作用[7]。相关研究表明[7]，大型高炉所用焦炭的性能要求为：M40＞87 %，M10＜5.5 %，CSR＞66 %、CRI＜26 %。表4是马钢B#高炉焦炭的冷态性能与热态性能。由表4知，焦炭的M40＞ 87 %，M10＜5.5 %，CSR＞69 %、CRI＜23 %，完全符合相关要求。
图7 -10分别是高炉的利用系数、综合焦比与M10 、M40的关系。由图可知，焦炭的利用系数、综合焦比分别与M10成负相关、正相关，与M40分别成正相关、负相关。
图11是高炉的综合焦比与CRI的关系。由图可知，焦炭CRI 与综合焦比存在一定的相关性。10月至12月煤比维持在150 kg左右，但透气性指数却上升明显，可见焦炭热态强度 CSR 对保证高炉的透气性意义较大。
3.4 焦炭性能的叠加影响
焦炭的M40和M10在高炉的块状带具有一定的模拟性，经块状带后焦炭要进行气化反应和高温作用，这时M40和M10不具有完全的模拟性 [7]。有关研究表明，焦炭质量对高炉冶炼过程影响程度的排序为M10、M40、CRI、CSR。通过多元回归分析，2019年马钢B号4000m 3高炉所用焦炭质量对高炉利用系数的叠加影响方程用式（1）表示：Y = - 0.59447 - 0.06471 X1 + 0.010968 X2 - 0.00601 X3 + 0.032508 X4 （1）式中：Y—利用系数X1—M10；X2—M40；X3—CRI；X4—CSR
4 结论
（1）焦炭的粒度对高炉的透气性、焦比及煤比等指标影响显著，合适的焦炭粒度、较少的粉末有助于高炉的强化冶炼。（2）焦炭性能对高炉的煤比、综合焦比等技术经济指标均有显著影响。焦炭的综合焦比分别与M10、CRI成正相关，与M40、CSR成负相关。因此，要保持长期顺行需要有好的冷、热态性能做基础。（3）焦炭的热态强度CSR与高炉透气性称正相关性，较高的热态强度 CSR 能改善炉内的透气性，有助于煤比的提升。（4） 多元回归分析得出2019年马钢B号4000 m3高炉所用焦炭质量对高炉利用系数的叠加影响方程为：Y = - 0.59447 - 0.06471 X1 + 0.010968 X2 - 0.00601 X3 + 0.032508 X4（X1—M10；X2—M40；X3—CRI；X4—CSR）。
5 参考文献
[1] 刘竹林主编.炼铁原料[M].北京.化学工业出版社，2007:07.
[2] 王筱留主编.钢铁冶金学（炼铁学部分）[M].北京.冶金工业出版社，2008:13.
[3] 范兰涛. 焦炭在高炉内的破损机理研究[D]. 河北理工大学， 2009.
[4] 唐顺兵.焦炭质量对大型高炉稳定生产的影响[J].炼铁 2011，30(3):8-13.
[5] 胡雪松， 吴东海， 李耀庭，等. 焦炭质量对高炉冶炼的影响//[C].全国大高炉炼铁学术年会. 2013. 5.
[6] 张超. 焦炭的化学组成及在高炉冶炼过程中的作用分析[J]. 华章， 2011(27).
[7] 赵贵清. 焦炭质量对高炉冶炼过程的影响[J]. 中国冶金， 2007， 17(11):14-17.
[8] 王刚，邹忠平. 关于高炉原燃料条件与高炉生产的稳定性分析2012年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集//[C].北京，中国金属协会，2012，206-211.
