提高焦炭质量的技术途径
一、焦炭在高炉炼铁中的地位和作用
焦炭在高炉炼铁中是不可缺少的炉料，对高炉炼铁技术进步的影响率在30%以上，在高炉炼铁精料技术中占有重要的地位。焦炭对高炉炼铁的作用是：
(1)主要的热量来源。高炉炼铁炭素(包括焦炭和煤粉)燃烧所提供的热量，占高炉炼铁总热量来源的71%。随着喷煤比的提高，焦炭用量在逐步减少。但是，焦炭的用量总是要大于喷煤量。理论最低焦比为250kg/t, 焦炭在风口燃烧掉55%～65%。
(2)还原剂。焦炭还原作用是以C和CO形式来对铁矿石起还原作用。炉料到风口焦炭溶反应为25%～35%。
(3)生铁的溶碳。在高炉炼铁过程中焦炭中的碳是逐步渗透到生铁中。一般铸造生铁含碳3.9%左右，炼钢生铁在4.3%左右。生铁渗碳消耗焦炭7%～10%。
(4)炉料的骨架作用。焦炭在高炉是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，球团矿，天然块矿)，又起到煤气的透气窗作用。
焦炭的4种作用中，提供热源的主导作用不会改变，这就决定3个理论焦比最低值。低于这个最低值，高炉炼铁就难以正常生产，或经济上就不合算了。在各种条件下高炉炼铁中碳的还原作用和渗碳功能不会有较大的变化。在高喷煤比条件下，焦炭的骨架作用会显得更加突出，相应对焦炭的质量要求也会越来越高。否则，是难以实现高喷煤比，高炉炼铁不能正常生产。焦炭从料线到风口平均粒度减少20%～40%。劣质焦炭和热反应性差粉化率会很大。宝钢高炉缸的焦炭粒度可达33mm。
二、高炉炼铁对焦炭质量的要求
各国根据资源条件，高炉炼铁要求的焦炭质量是有较大差别(详见表1)。但是，工业发达国家的焦炭质量是明显优于中国，这是这些高炉技术经济指标优于中国的重要原因。 表1 各国冶金焦炭质量情况
美国Gary厂焦炭的挥发份为1.8%，德国蒂森和瑞典SSAB分别为1.1%和1.0%。我们认为，焦炭的挥发份应控制在0.5%～1.0%为宜。过高会有生焦存在，焦炭强度差；过低是由于炼焦过火的原因，这时焦炭裂纹多，易碎。
1.高炉大型化以后对焦炭质量提出了高要求，並对焦炭热性能有要求。高炉大型化以后，料柱增高后，料的压缩率提高了，透气性变差。特别是炉缸容积变大以后，炉缸的焦炭状态对高炉生产的影响更大了。炼铁工作者希望对不同容积高炉焦炭有不同的质量，详见表2。焦炭质量标准中应有热性能的要求。
焦炭含有K2O+Na2O有害杂质含量小于3.0Kg/t。
表2 不同容积高炉对焦炭质量要求
2.焦炭质量变化对高炉炼铁的影响
表3 焦炭质量对高炉炼铁的影响
从表3可看出焦炭质量变化对高炉炼铁的影响是比较大的。通过洗煤可以降低煤炭中的灰分和硫分，采用干法熄焦可以降低焦炭的水分，提高主焦煤的配比和条取综合技术装备可以改善焦炭的M40和M10指标。从技术上讲上述措施均是可行的。但是要把技术与经济管理相结合，找出最佳操作点，同时还要考虑到资源供给的条件。所以各企业要根据客观条件，本企业技术装备现状，科学、合理地提出不同时期不同炉容的高炉对焦炭质量标准。
三、提高焦炭质量的技术办法
1.资源条件的制约
据统计，我国煤炭资源保有储量为10070亿吨，其中可开采储量为1891亿吨，但炼焦煤的储量占全国煤炭贮量的25.28%，主要炼焦煤种 (焦煤和肥煤) 的储量又在炼焦煤储量的40%以下。所以，仅靠提高主焦煤的配比来提高焦炭质量是不科学，也不经济的。现在我国焦炭生产能力已超过3亿吨。2006年上半年全国规模以上炼焦企业共生产焦炭1.2897亿吨，同比增长13.63%。按这种发展态势估计，我国炼焦煤资源很快就会出现供应紧的局面。所以，我们应依靠炼焦科技进步，逐步减少主焦煤的配比，而又不影响焦炭质量，甚至有所提高，才能实现我国炼焦工业的可持续发展。
2.建立合理的炼焦煤基地和优化配煤
焦灰质量的优劣主要取决于炼焦煤的性质。所以，合理选择炼焦煤基地是保障焦炭质量的首要措施。炼焦煤基地的理想条件是：煤质好(含碳高，灰分少，含硫低，可磨和可选性好，强粘接性好等)、性能稳定，供应量稳定，价格适中，争取运距短等。能够实现主焦煤、肥煤、气煤、瘦煤，1/3焦煤(或气肥煤)等煤种的优化配置。最终炼焦煤的挥发在25%～30%，胶质层厚度Y值为14～18mm，奥亚膨胀度b＞20%，基氏流动度MF为50～100ddpm，在配合煤有足够的粘结性时还要配入软固温度区间较大的煤，煤岩相组分比例要适当(在平均最大反射率Rmax＜1.3时，惰性组分为25%～32%；在平均最大反射率Rmax＞1.3时，惰性组分为25%～30%)，煤的灰分、硫分、磷含量、K2O和Na2O的含量均要符合要求。一般强粘接性煤配比在55%～60%。
3.优化煤的粉碎工艺
炼焦用煤的粉碎和粒度组成对焦炭质量影响较大。不应当把各种煤先混合再去粉碎，要根据不同煤种(岩相组成的硬度差异)，按不同粒度要求进行粉碎和筛分（可使用机械或风力）。对于硬度较高的气煤等煤种要细破碎，对于易粉碎的焦煤和肥煤可有较大的粒度。不同煤种，分组进行粉碎，提出不同粒度要求，这叫做选择粉碎煤工艺。这种工艺能够提高煤的结焦性和减少焦炭裂纹，进而提高焦炭质量。要通过试验，优化出本企业的最佳配气煤度的方案，来指导炼焦优化生产。我国炼焦配煤中难破碎的气煤配比较高，要重视对气煤的细粒度要求，是可以获得较好的经济效益。我国已开发出不同煤种配煤后焦炭性能预测的软件。
4.煤的调湿
煤的调湿是将煤在装炉之前除掉一部分水分，并要保证水分低，且稳定。一般控制水分在6%左右。脱湿有显著的节能、环保和经济效益，同时可以提高焦炭质量。如煤的水分能稳定在6%左右，其焦炭产量可提高7.7%，装炉密度可提高4%—7%，转鼓指数D150提高0.8%—1.5%。煤脱湿可使用流化床技术，用焦炉烟道气与湿煤进行热交换；也可以使用干熄焦发电机抽出的蒸汽为热源，在回转式干燥机（多管）间接热交换。
5配添加剂
在炼焦煤中适量配入粘结剂、抗裂剂等非煤添加剂，可以改善煤的结焦性能。配入粘结剂工艺适用于低流动性的弱粘结性的煤种，可以改善焦炭的机械强度和焦炭的反应性。抗裂剂使用工艺适用于高流动性的高挥发性煤种，可增大焦炭块度，提高强度、改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应后强度。我国一些焦化厂用无烟煤（或焦粉）作为抗裂剂，其技术要寻找最佳粒度、配量、混匀方法等。这样可以扩大炼焦煤源或减缓半焦收缩，增大焦炭块度。
6.煤的捣固
把煤捣固，使其密度提高到950—1150kg/m3,可使焦炭M40提高1%—6%，M10降低2%—4%，反应后强度CSR，提高1%—6%。在焦炭质量变化不大的条件下，煤捣固可以多配5%—20%弱粘结性的气肥煤、气煤，这样可少用主焦煤。 煤捣固的方法，一般是在焦炉外进行。将煤压块状(可方型、长型、球型等)。与散状煤料混合装入焦炉，可提高装炉煤料的密度。当配入30%～50%的型煤时，其煤的密度可达800kg/m3，可以显著改善焦炭质量，同时可以允许增加10%～15%的弱粘结性煤的用量。
7.结焦速度和闷炉
降低结焦速度和闷炉都是延长结焦时间。对于粘结性能好的煤，延长结焦时间可以提高焦炭的强度。其机理是：焦饼在焦炉成熟之后，再经过一段时间闷炉，达到提高焦炭质量的目的。实践表明，延长结焦时间1小时，可提高焦炭M401%。
8 干熄焦
采用惰性气体熄灭红热焦炭的熄焦方法称之为干法熄焦。干熄焦与湿法焦对比、干熄焦的焦炭M40可提高3%～8%，M10降低0.3%～0.8%，焦炭反应必降低，粒度均匀。进而改善了高炉炼铁技术经济标(焦比降低2%，产量提高1%)，提高了钢铁企业的市场竞争力。 干法熄焦可以减少熄焦对环境的污染、同时可以回收红焦显热的80%。能量转化为电能，又能缓解电力供应紧。据计算，年处理能力110万t的干熄焦炭装置，吨焦收益在63.09扣除吨焦综合成本38.70元，可获净利吨焦24.39元。
9.新型熄焦方法
改进传统的湿法熄焦，在喷淋量和控制方法上进行改进，即可熄焦，又使焦炭水份降低(在2%～4%)、稳定，粒度均匀，裂纹减少，实现提高焦炭质量。现在比较成熟的工艺有，德国的稳定熄焦和美钢联的低水分熄焦工艺。我国莱钢、武钢邯钢和鞍钢等企业已引用。
10.煤预热工艺
将装炉煤预热到150～200℃后再装炉，不但可以降低煤中的水份，而且可以提高煤的流动性进而提高了装炉煤的密度。这样有利于煤的表面粘结和界面反应，进而改善了焦炭的气孔结构，实现焦炭质量的提高。煤的预热可以提高焦炉的生产能力和降低炼焦工序能耗。实施煤的预热尚存在一些技术难点，影响了该技术的进一步推广。 11 焦炉应向大型化发展 焦炉增加炭化室室容积的办法是可以提主焦炉高度(如由4.3m升高到6m)，也可以增加炭化室宽度。增加焦炉炭化室容积的好处是提高装炉煤的散密度(煤进入高的炭化室下落时间长，动能增大致)使煤压实，炭化室的宽度增大，减少了煤对炭化室炉墙的“边壁效应”)，煤饼加大后热态煤颗粒之间接触点多，热解液相产物和气象物多，膨胀压力大，利于煤的表面粘接和界面反应，实现提高焦炭质量和节约能耗。
11.大型焦炉自动化水平高，生产出焦炭质量稳定，劳动产率高，成本低。
使用同样煤种炼焦，6m焦炉生产的焦炭比4.3m焦炉的M40要高3%～4%，M10降低0.5%。
12.加强对焦炉的管理
焦炉的操作水平和热工制度对焦炭质量、焦炉寿命，生产成本均有较大的影响，建立起相应的管理制度。稳定配煤、稳定操作、稳定焦炭质量是实现焦化生产的前提条件。要最大限度地减少人为变动因素。不是搞放卫星创高产活动。也不要低生产率作业。任何剧烈的变动，均会影响焦炭质量和焦炉寿命。建立设备定检定修制度，采用先进的炉体修补技术，加强对人员的继续工程教育，使劳动者的技能得到不断补充和提高是建立现代企业管理制度的需求。大焦炉要采用自动控温技术，加强日常焦炉热工调节。对于保证焦炉炉温均匀，焦炭成熟均匀，节能降耗、提高和稳定焦炭质量是十分重要的。要科学地管理焦炉生产。
专家们认为，在不改变炼焦配煤比条件下，焦炭质量与装炉煤的备煤工艺，炼焦工艺，焦炭的后处理有关。在顶装煤常规炼焦工艺条件下，焦煤加肥煤配比在50%时，配煤挥发份在20%～30%，胶质层厚度Y值在14～28mm，焦炭质量就可以达到：M40＞80%，M10≤7% CSR＞60%，CRI＜28%。在顶装煤常规炼焦工艺条件下，再有干熄焦情况下，焦炭质量大体上可以实现M40≥83%，M10≤6.7%，CSR＞62%，CRI＜26%。在顶装煤常规炼焦工艺条件下，再有干熄焦加上型煤压块(占15%)情况下，焦炭质量可以实现M40≥88%，M10＜6.0%，CSR＞66%，CRI＜25%。