焦炭質(zhì)量再認(rèn)識(shí)與煉焦配煤新理念
孟慶波 徐秀麗 姜 雨
（中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，煉焦技術(shù)國(guó)家工程研究中心）
摘 要 文章綜述了焦炭質(zhì)量研究進(jìn)展。在高爐下部高溫區(qū)焦炭劣化的自身影響因素與高爐上部不盡相同，焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)、炭基質(zhì)特性是影響焦炭質(zhì)量的重要因素，模擬高爐條件的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度與傳統(tǒng)焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)性能差別明顯，建立焦炭質(zhì)量新評(píng)價(jià)體系很有必要。提出以高爐對(duì)焦炭本質(zhì)質(zhì)量的需求為目標(biāo)，研究配煤結(jié)構(gòu)、優(yōu)化配煤及其與煉焦工藝的有機(jī)協(xié)調(diào)，再到對(duì)煉焦煤的應(yīng)用評(píng)價(jià)和煉焦煤的選擇，實(shí)現(xiàn)為高爐煉鐵提供合理價(jià)格和質(zhì)量的冶金焦。
關(guān)鍵詞 焦炭質(zhì)量 優(yōu)化配煤 反應(yīng)性 反應(yīng)后強(qiáng)度 高爐煉鐵
焦炭是高爐煉鐵的重要原料，在高爐冶煉過程中起提供熱量、還原劑、滲碳劑和料柱骨架的作用。料柱骨架作用對(duì)高爐冶煉十分重要，因此，焦炭必須具有足夠的強(qiáng)度。焦炭強(qiáng)度低會(huì)引起諸如爐身和爐缸透氣性降低、氣流和溫度分布紊亂和懸料等操作問題，嚴(yán)重影響高爐順行。煉鐵工作者和煉焦工作者面臨穩(wěn)定改善焦炭質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)煉焦煤供應(yīng)緊張和價(jià)格高漲的局面。為降低高價(jià)的焦炭消耗，高風(fēng)溫、富氧噴煤及焦丁入爐技術(shù)使焦比大幅度降低，但焦炭承擔(dān)更大鐵礦負(fù)荷和化學(xué)侵蝕。
焦炭在高爐內(nèi)經(jīng)受擠壓、磨損和碰撞等機(jī)械作用的影響，還經(jīng)受高溫條件下的碳溶損失反應(yīng)、堿金屬侵蝕、焦中礦物質(zhì)的還原反應(yīng)、渣鐵溶蝕、石墨化以及向鐵水溶解等化學(xué)作用的影響，自上而下不斷劣化，呈現(xiàn)平均粒度變小、強(qiáng)度降低、氣孔增大和反應(yīng)性提高等劣化現(xiàn)象[1-7]。因此，焦炭只有具備一定的化學(xué)、物理等綜合性能，才能抵抗在高爐中不同部位對(duì)其劣化的影響，滿足高爐煉鐵的要求。
在工業(yè)應(yīng)用上，采用焦炭的灰、硫、揮發(fā)分、粒度及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度（M40、M10）和反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）對(duì)焦炭質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。焦炭的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）和粒度與焦炭在高爐中的骨架作用密切相關(guān)，但這些指標(biāo)還不能完全表征焦炭的質(zhì)量，尤其是在高爐下部高溫區(qū)域焦炭的性能。因此，研究包括上述指標(biāo)的焦炭質(zhì)量評(píng)價(jià)新體系對(duì)高爐冶煉的影響及如何生產(chǎn)相應(yīng)質(zhì)量焦炭成為煉鐵工作者和煉焦工作者的重大課題。
1 焦炭質(zhì)量研究進(jìn)展
作為發(fā)熱劑、還原劑和滲碳劑要求焦炭的固定碳含量高，灰分低，堿金屬、硫和磷等有害元素含量低。作為料柱骨架，首先要求焦炭粒度均勻、具有較大的平均粒度，大高爐要求50mm左右或以上，以保證高爐的透氣性。更為重要的是焦炭要具有高的冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度（M40和M10）。M40反映焦炭的抗破碎能力，與焦炭在高爐中保持塊度能力密切相關(guān)。M10反映焦炭的耐磨損能力，與高爐中焦炭的粉化性能密切相關(guān)。焦炭的冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度決定高爐內(nèi)塊狀帶的透氣性和爐況的順行，也是焦炭熱態(tài)強(qiáng)度的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)以上指標(biāo)異議較少。對(duì)于反映焦炭熱態(tài)強(qiáng)度的反應(yīng)性CRI和反應(yīng)后強(qiáng)度CSR的認(rèn)識(shí)，眾多研究者的認(rèn)識(shí)大不相同。有研究者認(rèn)為高CSR、低CRI焦炭有利于降低焦比和改善高爐操作，低CRI有利于增加間接還原時(shí)間而降低焦比，高CSR有利于保持焦炭在高溫條件下的強(qiáng)度和塊度，保障高爐的透氣性。但眾多研究者對(duì)此提出異議，認(rèn)為焦炭反應(yīng)性CRI和反應(yīng)后強(qiáng)度CSR的測(cè)定方法與高爐實(shí)際情況相差太遠(yuǎn)，高爐中焦炭的氣化反應(yīng)失重主要取決于浮氏體的氣相還原生成的CO2[8]，而與反應(yīng)性測(cè)定的結(jié)果無關(guān)[9]。實(shí)驗(yàn)高爐的試驗(yàn)證明高爐中焦炭氣化失重CRIBF遠(yuǎn)低于該高爐入爐焦常規(guī)反應(yīng)性試驗(yàn)的反應(yīng)性CRI，而I轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度CSRBF遠(yuǎn)高于該高爐入爐焦常規(guī)反應(yīng)性試驗(yàn)的反應(yīng)后強(qiáng)度CSR[10]；俄羅斯生產(chǎn)高爐運(yùn)行分析表明，焦炭反應(yīng)性在很寬的范圍內(nèi)變化，并不會(huì)對(duì)高爐平穩(wěn)運(yùn)行帶來決定性的影響，但高爐對(duì)焦炭M25＜84%及M10＞8%反映強(qiáng)烈[11]。在國(guó)內(nèi)，CRI及CSR相差很大的焦炭也在不同的大型高爐上正常使用[12]。這說明焦炭冷強(qiáng)度M40及M10和熱性能CRI及CSR能在一定程度上評(píng)價(jià)焦炭質(zhì)量，但并不能很好、全面地表征焦炭質(zhì)量。焦炭冷強(qiáng)度和熱性能分別是在常溫和1100℃條件下測(cè)定得出的，而焦炭在更高溫度下的性能卻未能涉及。
為更好地評(píng)價(jià)焦炭質(zhì)量，研究人員根據(jù)高爐冶煉實(shí)際開展了焦炭質(zhì)量的研究，并取得新的進(jìn)展，為重新認(rèn)識(shí)焦炭質(zhì)量、建立焦炭質(zhì)量新的評(píng)價(jià)體系提供了新的理念。研究的重點(diǎn)是焦炭在模擬高爐實(shí)際條件下的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度及其與焦炭孔隙結(jié)構(gòu)、焦炭基質(zhì)和焦炭中礦物質(zhì)等關(guān)系，以及煉焦煤特性對(duì)上述焦炭性能的影響等。
1.1 焦炭反應(yīng)性測(cè)定方法的改進(jìn)
改進(jìn)的焦炭反應(yīng)性測(cè)定方法是采用模擬高爐冶煉條件，如變溫、反應(yīng)失重約20%～30%或采用混合反應(yīng)氣體，測(cè)定焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度[1,9,12]。測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)性測(cè)定方法相比，對(duì)反應(yīng)性低或反應(yīng)性高的焦炭評(píng)價(jià)會(huì)有很大的差別，如郭瑞等人采用失重25%的測(cè)定方法，結(jié)果表明各種焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度差距明顯減小[12]，見表1。這也在一定程度上解釋了熱性能差別巨大的焦炭在不同的大型高爐上均可以使用的原因，說明模擬高爐條件的焦炭反應(yīng)性測(cè)定方法較傳統(tǒng)的NSC方法對(duì)焦炭質(zhì)量的評(píng)價(jià)更具針對(duì)性。
1.2 高溫條件下的焦炭強(qiáng)度
在高爐下部上升氣流中CO2含量很低，焦炭主要受高溫的影響。模擬高爐操作條件下的焦炭高溫強(qiáng)度測(cè)定方法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)反應(yīng)性測(cè)定方法的不足。郭瑞等人采用的方法為焦炭經(jīng)變溫反應(yīng)失重25%后在惰性氣體保護(hù)下繼續(xù)升溫至1400℃，然后測(cè)定焦炭的高溫處理后強(qiáng)度（SCPHTS）。研究發(fā)現(xiàn)焦炭的強(qiáng)度均發(fā)生不同程度地降低，但不同的焦炭表現(xiàn)不一，個(gè)別焦炭強(qiáng)度下降明顯，而有的焦炭強(qiáng)度下降較少[12]，見表1。說明除焦炭反應(yīng)性指標(biāo)外還有其他因素影響焦炭質(zhì)量，尤其是高溫強(qiáng)度。如焦炭在高溫下的石墨化程度，不同焦炭的碳的堆垛高度Lc和層面間距d不同，在高爐升溫過程中焦炭晶體體積變化不一，即石墨化程度不同，當(dāng)晶體體積變化較小時(shí)，焦炭石墨化較慢時(shí)，有利于焦炭的熱穩(wěn)定性[13]。
1.3 焦炭基質(zhì)對(duì)強(qiáng)度的影響
焦炭作為不均質(zhì)的多孔體，其基質(zhì)性能是影響焦炭強(qiáng)度及其反應(yīng)性能的本質(zhì)因素。Juho A. Haapakangas等人研究了三種工業(yè)焦炭的高溫強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)1600℃和1750℃時(shí)測(cè)定的焦炭抗壓強(qiáng)度比室溫時(shí)下降約30%，盡管下降幅度不同，但三種焦炭抗壓強(qiáng)度的次序未變[14]，說明焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度是熱態(tài)強(qiáng)度的基礎(chǔ)，焦炭石墨化是焦炭高溫強(qiáng)度降低的重要因素；高溫強(qiáng)度測(cè)定的離散度明顯低于室溫強(qiáng)度時(shí)的離散度，說明隨溫度升高，焦炭石墨化，炭基質(zhì)均質(zhì)程度提高；因三個(gè)焦炭中的惰性物和活性組分形成的顯微組織差距較小，三種焦炭抗壓強(qiáng)度主要取決于孔結(jié)構(gòu)、裂紋和炭基質(zhì)強(qiáng)度。但研究顯示焦炭強(qiáng)度與1mm直徑氣孔的孔形狀因數(shù)無明顯關(guān)系，認(rèn)為孔形狀對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響主要由裂紋、接觸孔（不規(guī)則孔）及大于1mm直徑氣孔決定。
1.4 焦炭孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)焦炭質(zhì)量的影響
焦炭是不均質(zhì)的多孔體，其孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)影響焦炭的強(qiáng)度及其反應(yīng)性能，進(jìn)而影響焦炭在高爐中的劣化行為。研究者普遍認(rèn)為焦炭的氣孔率、孔壁厚度和孔徑對(duì)焦炭的強(qiáng)度和反應(yīng)性具有明顯的影響。但這些指標(biāo)與焦炭強(qiáng)度的相關(guān)性并不高，即使采用孔壁厚度與孔徑比S亦不太高，F(xiàn)anyu Meng 提出的修正指標(biāo)S+與焦炭的抗拉強(qiáng)度明顯相關(guān)，隨S+指標(biāo)增大焦炭抗拉強(qiáng)度提高[15]，見圖1和表2。該指標(biāo)包涵了孔形狀、孔徑分布和孔隙率，計(jì)算公式如下：
S+ =（W×SF×RF）/（P×D）
式中：W為平均壁厚，SF為孔徑分布因子，RF為孔不規(guī)則度，P為總氣孔率，D為當(dāng)量直徑。搗固工藝能明顯減少＞300μm的大氣孔、提高S+指標(biāo)，這很好地說明了搗固工藝通過改善焦炭孔隙結(jié)構(gòu)提高焦炭的抗拉強(qiáng)度。但搗固工藝對(duì)降低不規(guī)則氣孔卻不如降低大氣孔明顯[15]，見圖2。這可能暗示搗固工藝對(duì)改善焦炭在高溫條件下的強(qiáng)度效果有限。
1.5 焦炭在高爐不同部位劣化的根源
焦炭是不均勻的多孔體，高爐不同部位的工況差別巨大，二者的結(jié)合呈現(xiàn)出焦炭在高爐不同部位劣化的機(jī)制不同、焦炭的不同特性引起不同部位的劣化。焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)是焦炭劣化的重要因素，焦炭炭基質(zhì)是由不同煉焦煤及其不同煤巖組分經(jīng)熱解固化形成，炭基質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其相互之間的結(jié)合均對(duì)焦炭的劣化帶來本質(zhì)性的影響。Richard Roest等人研究指出，在高爐不同部位焦炭劣化的主要因素不同[16]。焦炭中惰性物的尺寸范圍、活性與惰性物界面間的孔隙率對(duì)焦炭各區(qū)域的劣化均有很大的影響，說明焦炭在常溫條件下測(cè)定的冷強(qiáng)度能在一定程度上表征焦炭的強(qiáng)度指標(biāo)，這也再一次證明焦炭冷強(qiáng)度是熱強(qiáng)度的基礎(chǔ)；而在高爐下部的風(fēng)口回旋區(qū)、鳥巢區(qū)，尤其是死料柱，惰性粒子晶間裂隙對(duì)焦炭劣化影響明顯，薄孔壁對(duì)回旋區(qū)、鳥巢區(qū)焦炭劣化作用明顯。外裂紋長(zhǎng)度對(duì)回旋區(qū)影響巨大。說明焦炭在高爐下部高溫區(qū)和高機(jī)械沖刷區(qū)域，對(duì)焦炭的質(zhì)量提出更多的要求。這暗示焦炭現(xiàn)有冷強(qiáng)度指標(biāo)、CSR等不能全面表征焦炭高溫條件下的質(zhì)量；也暗示合理選擇煉焦煤保證活、惰性組分良好結(jié)合，并配合合適的備煤工藝及煉焦制度是改善焦炭本質(zhì)質(zhì)量的可行措施。
1.6 焦炭中礦物質(zhì)（灰分）對(duì)焦炭劣化的影響
以往研究大多集中在焦炭礦物質(zhì)對(duì)焦炭反應(yīng)性的催化作用上，但近期研究認(rèn)為，焦炭中堿金屬等對(duì)焦炭的劣化作用被夸大了，甚至認(rèn)為堿金屬等可促進(jìn)焦炭的氣化反應(yīng)、有利于礦石的還原，可促進(jìn)焦炭在風(fēng)口區(qū)的燃燒、有利于高爐冶煉[8-9]。焦炭中的堿金屬對(duì)焦炭的劣化作用可能主要是其嵌入焦炭微晶結(jié)構(gòu)中的破壞，導(dǎo)致焦炭劣化[8-9]。SiO2等在高溫條件下的還原、化學(xué)反應(yīng)及氣化逸出使焦炭劣化[1,2,4]。
1.7 對(duì)焦炭質(zhì)量的新認(rèn)識(shí)
傳統(tǒng)的焦炭質(zhì)量指標(biāo)對(duì)高爐冶煉條件的模擬性不足，尤其是對(duì)高爐下部的高溫區(qū)沒有模擬。前述研究結(jié)果顯示，模擬高爐冶煉條件的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度與傳統(tǒng)的焦炭質(zhì)量指標(biāo)既存在一定的相關(guān)性，也存在較大的差別，說明現(xiàn)有焦炭質(zhì)量指標(biāo)的不足；焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)是影響焦炭質(zhì)量的重要因素，焦炭的炭基質(zhì)是影響焦炭質(zhì)量的內(nèi)在因素。由于煉焦煤的不同變質(zhì)程度、煤巖組成及工藝特性使生成焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)和顯微組織間的結(jié)合呈現(xiàn)出影響焦炭質(zhì)量的“薄弱環(huán)節(jié)”，而這些“薄弱環(huán)節(jié)”在傳統(tǒng)焦炭質(zhì)量測(cè)定時(shí)未能全面表現(xiàn)出來，但在高爐下部高溫區(qū)卻是焦炭劣化的重要因素。眾所周知，搗固煉焦可以明顯改善焦炭的M10和CSR，但大多數(shù)高爐生產(chǎn)者不愿意使用搗固焦炭，認(rèn)為搗固焦炭質(zhì)量不及頂裝焦?fàn)t焦炭質(zhì)量，或認(rèn)為雖然可以使用，但要“打八折”。也有研究者研究搗固焦炭與頂裝焦炭質(zhì)量的差異，認(rèn)為其“盲腸孔”較多，影響了其性能[17]。前述Fanyu Meng等研究顯示搗固工藝可以明顯提高S+指標(biāo)是其強(qiáng)度提高的原因，但搗固工藝并不能明顯降低不規(guī)則孔隙的數(shù)量[15]，而該孔隙可能是造成焦炭高溫強(qiáng)度降低的重要原因。為追求低成本，搗固工藝的配煤中黏結(jié)性較差的煤比例較高，是不規(guī)則孔隙產(chǎn)生的重要因素，也是前述Richard Roest等指出在高爐下部幾個(gè)區(qū)域焦炭劣化影響因素產(chǎn)生的原因，即配煤造成焦炭的本質(zhì)質(zhì)量較差。加之搗固焦炭氣孔率低，會(huì)明顯影響其氣化性能和燃燒性能，使冶煉強(qiáng)度下降、焦比升高。
因此，結(jié)合高爐冶煉實(shí)際，深入研究焦炭的本質(zhì)質(zhì)量是認(rèn)識(shí)和解決問題的途徑。采用焦炭質(zhì)量研究進(jìn)展的新理念，或可以解釋和理解焦炭質(zhì)量與高爐冶煉出現(xiàn)的“異?，F(xiàn)象”，并通過研究焦炭本質(zhì)質(zhì)量便于日常檢測(cè)的方法，建立焦炭質(zhì)量的新評(píng)價(jià)體系。通過選擇合理的煤炭資源進(jìn)行合理配煤，并結(jié)合適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)為高爐生產(chǎn)提供滿足其真實(shí)需求的焦炭。
2 煉焦配煤研究進(jìn)展及新理念
焦炭質(zhì)量的高低以能否滿足高爐高效冶煉為評(píng)價(jià)的依據(jù)。目前采用的焦炭質(zhì)量指標(biāo)雖然能在大部分情況下評(píng)價(jià)其質(zhì)量，但各指標(biāo)與高爐的冶煉關(guān)系不明顯，甚至出現(xiàn)“異?，F(xiàn)象”。以目前指標(biāo)指導(dǎo)煉焦生產(chǎn)和煉焦配煤會(huì)出現(xiàn)誤導(dǎo)。為更好地進(jìn)行煉焦配煤，應(yīng)以高爐冶煉實(shí)際情況和對(duì)焦炭本質(zhì)質(zhì)量的需求開展煉焦配煤研究和生產(chǎn)控制。據(jù)此，提出研究和生產(chǎn)的思路為以高爐生產(chǎn)為導(dǎo)向，由高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求到煉焦配煤，再到煉焦煤。即高爐焦炭本質(zhì)質(zhì)量要求、生產(chǎn)該質(zhì)量焦炭的配煤結(jié)構(gòu)與煉焦工藝制度、煉焦煤源的選擇與評(píng)價(jià)。
2.1 配煤結(jié)構(gòu)
所謂配煤結(jié)構(gòu)是指配煤所采用的煤種及其配比。眾所周知，中高變質(zhì)程度的焦肥煤大多具有優(yōu)良的結(jié)焦性能和熱性能，表現(xiàn)為冷、熱態(tài)強(qiáng)度均高，而低變質(zhì)程度的氣煤、1/3焦煤大多表現(xiàn)為冷、熱態(tài)強(qiáng)度較低，高變質(zhì)程度的瘦煤、貧瘦煤和貧煤大多不軟化熔融，煉焦時(shí)易形成不規(guī)則孔隙。部分追求低成本的搗固煉焦企業(yè)，過低的焦肥煤比例，是其焦炭本質(zhì)質(zhì)量不高的主要原因。因此，合理的配煤結(jié)構(gòu)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭的前提條件。
2.2 煤巖配煤
煤巖技術(shù)可用于確定煤變質(zhì)程度、煤巖相組成及識(shí)別混煤等。煉焦配煤時(shí)通過擬合配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布圖有效地控制配合煤的結(jié)構(gòu)，在使用混煤時(shí)十分有效[18]。研究煉焦煤的煤巖相組成，并據(jù)此進(jìn)行配煤是改善焦炭微觀炭基質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)的有效手段，也可以改善焦炭的高溫性能。國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)焦煤的巖相組成多表現(xiàn)為鏡質(zhì)組含量約60%～75%，其余為惰質(zhì)組，惰質(zhì)組中半絲質(zhì)組含量較高，見表3。近期研究表明，煤粒的巖相組成對(duì)焦炭質(zhì)量具有很大影響，表現(xiàn)為有的煤種適宜細(xì)粉碎（即希望煤粒中的不同巖相解離），而有的煤種希望粗粉碎（即不希望煤粒中的不同巖相解離[19]），見圖3。這對(duì)煤料的粉碎提出了新要求，對(duì)于希望細(xì)粉碎的煤料可以采取先預(yù)粉碎再配煤，然后再粉碎的備煤工藝。
2.3 煉焦煤評(píng)價(jià)與應(yīng)用性分類
目前國(guó)內(nèi)焦化企業(yè)大多采用《中國(guó)煤炭分類》對(duì)煉焦煤進(jìn)行分類和評(píng)價(jià)，并指導(dǎo)煉焦配煤。該方法以揮發(fā)分作為煤階指標(biāo)、黏結(jié)指數(shù)G及膠質(zhì)層最大厚度Y和奧阿膨脹度b值作為工藝指標(biāo)對(duì)煤進(jìn)行分類，存在分類指標(biāo)不能全面反映煉焦煤性能、分類指標(biāo)較寬泛、未能涵蓋煉焦性能、不適于混合煤等問題。存在煤種分界線附近煤種與分類不符、同類煤煉焦性能差別巨大的問題。因此，大部分焦化企業(yè)采用試驗(yàn)焦?fàn)t對(duì)煉焦煤煉焦性能進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)。為較全面地評(píng)價(jià)煉焦煤，中鋼熱能院、寶鋼等都提出了各自的煉焦煤評(píng)價(jià)方法[20-21]。將煉焦煤眾多性能指標(biāo)按其對(duì)煉焦能力的貢獻(xiàn)通過數(shù)學(xué)方法整合到一起，對(duì)煉焦煤進(jìn)行較全面地評(píng)價(jià)。其中中鋼熱能院方法按焦炭質(zhì)量幾個(gè)重要指標(biāo)將煉焦煤性能整合為黏結(jié)能力指標(biāo)、結(jié)焦能力指標(biāo)、熱性能指標(biāo)以及灰分和硫分指標(biāo)，并與價(jià)格掛鉤分別形成各性能指標(biāo)的性價(jià)比和綜合性能及其性價(jià)比，用以指導(dǎo)煉焦煤源的選擇、采購和使用[20]。該方法還適用于混合煤，解決了大量存在的混合煤的評(píng)價(jià)與應(yīng)用問題。該評(píng)價(jià)方法采用分類與數(shù)值化相結(jié)合的方法，對(duì)煉焦煤進(jìn)行應(yīng)用性分類并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值化評(píng)價(jià)，使其對(duì)包括混合煤在內(nèi)的煉焦煤可以進(jìn)行應(yīng)用性分類和打分，不但使其評(píng)價(jià)更直觀，還可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)值化煉焦配煤，再結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)使煉焦配煤更全面、方便和快捷。
2.4 煉焦工藝與操作制度
煉焦工藝與操作制度是影響焦炭質(zhì)量的重要因素。正確認(rèn)識(shí)和合理利用煉焦工藝與操作制度才能保障合理利用煉焦煤資源、保證焦炭質(zhì)量和維護(hù)安全生產(chǎn)。
火落管理，是以控制產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)的煉焦操作制度，區(qū)別于傳統(tǒng)的結(jié)焦周期管理，分為火落時(shí)間和置時(shí)間，火落時(shí)間是焦炭成熟的時(shí)間，置時(shí)間是進(jìn)一步使焦炭質(zhì)量均質(zhì)化的時(shí)間[21]。該方法保障了焦炭成熟和質(zhì)量均勻。干熄焦，不僅是余熱回收的節(jié)能工藝技術(shù)，也是提高焦炭質(zhì)量的工藝技術(shù)。循環(huán)惰性氣體逆流換熱冷卻紅熱焦炭降低了焦炭?jī)?nèi)部的熱應(yīng)力，減少了焦炭微裂紋。焦炭在干熄爐內(nèi)自上而下的運(yùn)動(dòng)部分消除了焦炭的缺陷。這兩個(gè)作用有效提高了焦炭?jī)?nèi)在質(zhì)量，改善高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但同時(shí)，也存在冶金焦率下降、生產(chǎn)成本高的問題。目前鋼鐵聯(lián)合企業(yè)大多已實(shí)現(xiàn)干熄焦，并逐步向全干熄方向發(fā)展。獨(dú)立焦化企業(yè)也快速跟上，已有部分企業(yè)采用干熄焦工藝。建議鋼鐵企業(yè)在采購干熄焦時(shí)應(yīng)充分考慮這一因素，適當(dāng)提高采購價(jià)格，實(shí)現(xiàn)鋼鐵與焦化共贏。
搗固煉焦工藝，通過提高裝爐煤的堆密度提高焦炭的質(zhì)量。搗固工藝較明顯改善M10、CSR指標(biāo)。搗固工藝主要是通過降低焦炭氣孔率、改善孔隙結(jié)構(gòu)而提高了焦炭的質(zhì)量指標(biāo)[15,22]，但焦炭的炭基質(zhì)特性基本沒有變化[22]。因此，不宜片面夸大搗固工藝的作用，更不宜對(duì)該工藝賦予過高的期望，目前搗固焦炭質(zhì)量不高的主要原因是配煤結(jié)構(gòu)較差，焦、肥煤的配比過低。所以，搗固煉焦配煤結(jié)構(gòu)與頂裝煉焦的配煤結(jié)構(gòu)不宜差距過大，否則，焦炭本質(zhì)質(zhì)量會(huì)有明顯下降而影響高爐冶煉。同時(shí)，搗固煉焦企業(yè)對(duì)該工藝須有認(rèn)識(shí)，搗固工藝對(duì)配煤結(jié)構(gòu)有特殊的要求與限制，對(duì)焦餅膨脹壓力和收縮更為敏感，在生產(chǎn)較高質(zhì)量焦炭時(shí)更加突出。選擇合適的煤源、優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)并配合工藝制度才能較好平衡平穩(wěn)安全生產(chǎn)和焦炭質(zhì)量關(guān)系?？傊?，搗固焦生產(chǎn)應(yīng)以高爐需求為準(zhǔn)則，合理配煤生產(chǎn)搗固冶金焦。
2.5 優(yōu)化配煤
優(yōu)化配煤包括合理選擇煤源和優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化配煤的方法。前述煉焦煤的評(píng)價(jià)和應(yīng)用性分類是優(yōu)化配煤的前提條件。根據(jù)高爐對(duì)焦炭本質(zhì)質(zhì)量要求，以科學(xué)的煤質(zhì)評(píng)價(jià)為前提，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行煉焦配煤，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配煤。結(jié)構(gòu)配煤，以焦炭本質(zhì)質(zhì)量為目標(biāo)，合理選擇煤資源并進(jìn)行合理搭配，使配合煤中保持合理比例的骨架煤種和基礎(chǔ)煤種，即焦煤和肥煤，采用的技術(shù)指標(biāo)除傳統(tǒng)的煤質(zhì)指標(biāo)、煤分類及試驗(yàn)焦?fàn)t焦炭指標(biāo)外，配合煤巖反射率和煤巖組成指標(biāo)等是可行方法。基于煉焦煤數(shù)值化評(píng)價(jià)和應(yīng)用性分類的優(yōu)化配煤，是中鋼熱能院提出的專利方法。首先，將擬參加配煤的各單種煤進(jìn)行較全面的煤質(zhì)分析和試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值化評(píng)價(jià)和應(yīng)用性分類，再根據(jù)目標(biāo)質(zhì)量焦炭進(jìn)行數(shù)值化配煤，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的得分高低調(diào)整配煤比，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配煤。
矩陣法優(yōu)化配煤技術(shù)，是中鋼熱能院提出的將各單種煤各項(xiàng)煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行矩陣化處理，根據(jù)目標(biāo)焦炭質(zhì)量要求采用矩陣算法進(jìn)行優(yōu)化配煤。該方法可以方便地采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化，不僅提高了效率，也便于編程用于配煤軟件和專家系統(tǒng)。
3 結(jié)語
（1）加強(qiáng)焦炭質(zhì)量研究，建立焦炭質(zhì)量評(píng)價(jià)新體系，開發(fā)能便捷評(píng)價(jià)焦炭本質(zhì)質(zhì)量的方法，為煉鐵和煉焦生產(chǎn)提供指導(dǎo)。（2）研究煉焦煤煉焦過程的變化機(jī)理及其對(duì)焦炭本質(zhì)質(zhì)量的影響規(guī)律，為生產(chǎn)本質(zhì)質(zhì)量?jī)?yōu)良的焦炭提供理論指導(dǎo)。（3）開發(fā)便捷高效的煉焦煤評(píng)價(jià)方法和配煤方法，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化利用煤炭資源、生產(chǎn)滿足高爐冶煉真實(shí)需求的較低成本的合格焦炭。
（4）充分研究各種煉焦工藝技術(shù)及操作制度對(duì)配煤結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和對(duì)焦炭質(zhì)量的影響，合理利用各種工藝技術(shù)及操作制度實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合格焦炭與生產(chǎn)的順行安全。
4 參考文獻(xiàn)
[1]B. van der Velden，C. J. Atkinson, T. Bakker，J. R. H. Stuurwold，G. J. Tijhuis. Coke properties and its processes in the lower zone of the Blast Furnace[C]，METEC InSteelCon, Düsseldorf，27 June-1 July 2011，Session 4：1-9.
[2]Sushi Kumar Gupta，Veena Sahajwalla and N. Saha-Chaudhury，Influence of Coke Properties and Reactivity on Coke Fines in a Blast Furnace[C]，presented at AISTech 2004-The Iron and Steel Technology Conference and Exposition，Nashville，Tenn. 165-176.
[3]孔德文，張建良，龔必俠. 高爐塊狀帶焦炭反應(yīng)性的研究[J]. 鋼鐵，2011，46（4）：15-18.
[4]Sushi Gupta，ZhuoZhu Ye，Byong-chul Kim，Olavi Kerkonen，Mineralogy and reactivity of cokes in a working blast furnace[J]，F(xiàn)uel Processing Technology，117，2014，30-37.
[5]Sushi Gupta，ZhuoZhu Ye，Riku Kanniala，Olavi Kerkkonen，Veena Sahajwalla，Coke graphitization and degradation across the tuyere regions in a blast furnace[J]. Fuel，113，2013：78-85.
[6]渡壁史朗等. 抑制高爐回旋區(qū)內(nèi)焦炭粉化的焦炭特性和高爐操作條件（全榮 譯）[J]. 鞍鋼技術(shù)，2003（5）：51-56.
[7]任玉明，薛改鳳，鮑俊芳等. 武鋼5號(hào)高爐風(fēng)口焦炭質(zhì)量研究[J]. 武鋼技術(shù)，2014，52（2）：4-6，10.
[8]畢學(xué)工. 焦炭質(zhì)量與高爐冶煉關(guān)系的再思考[J]. 過程工程學(xué)報(bào)，2009，l9（1）：438-442.
[9]胡德生，孫維周. 重新認(rèn)識(shí)高爐用焦炭與CO2的反應(yīng)性[J]. 寶鋼技術(shù)，2013（6）：6-11.
[10]Maria Lundgren，Lena Sundqvist ?kvist，Bo Bj?rkman，Coke Reactivity under Blast Furnace Conditions and in the CSR/CRI Test[J]，steel research int. 2009，80（6）：396-401.
[11]А. К. Тараканов等. 現(xiàn)代方法評(píng)價(jià)冶金焦炭質(zhì)量的研究（蘭金亮 譯）[J]. 現(xiàn)代冶金，2014（1）：4-6.
[12]郭 瑞，汪 琦，趙雪飛等. 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后熱性質(zhì)及其檢測(cè)方法[J]. 過程工程學(xué)報(bào)，2013，13（3）：512-518.
[13]張德品，尹新堂. 冶金焦炭石墨化的研究[J]. 炭素，1982（4）：9-15.
[14]Juho A. Haapakangas，Juha A. Uusitalo，Olli J. Mattila，Stanislav S. Gornostayev，David A. Porter, and Timo M. J. Fabritius，The Hot Strength of Industrial Cokes-Evaluation of Coke Properties that Affect Its High-Temperature Strength[J]，steel research int. 85（2014）No.9999，1-12.
[15]Fanyu Meng，Sushil Gupta，David French，etc，Characterization of microstructure and strength of coke particles and their dependence on coal properties[J]. Powder Technology，320（2017）：240-256.
[16]Richard Roest，Hannah Lomas，Merrick Mahoney and Sushil Gupta，Understanding Cokes Performance in Blast Furnace Conditions-Coke Strength Extension[R]，ACARP Project C17050 Published 07/11/2014.
[17]王 喆，張建良，左海濱等. 搗固焦高溫氣化反應(yīng)特性[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2014（12）：1602-1607.
[18]孟慶波，劉 洋，郭武衛(wèi)等. 基于鏡質(zhì)組反射率分布的水鋼優(yōu)化配煤研究[J]. 煤炭轉(zhuǎn)化，2011，34（1）：22-28.
[19]Merrick Mahoney，Graham O’Brien，Sid McGuire，Impact of inert size and coal particle composition on coking pressure and coke strength[C]，METEC InSteelCon，Düsseldorf，27 June-1 July 2011，Session 15，1-10.
[20]孟慶波，徐秀麗，戰(zhàn) 麗等. 煉焦原料應(yīng)用性分類和綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)及其指導(dǎo)配煤方法[P]. 中國(guó)：CN105062531A：20150812.
[21]朱仁良等. 寶鋼大型高爐操作與管理[M]. 冶金工業(yè)出版社，北京：2015：90-94，128-133.
[22]Meng Qingbo，Wang Qi, Achievements of cokemaking industry and their supports to iron and steel industry in China[C]，6th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking – ICSTI. Rio de Janeiro，Brazil，Oct. 14-18，2012，520-531.
