張 軍，嚴(yán)鐵軍，席瑋城

（武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430082）

武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱武鋼）5#、6#焦?fàn)t為JNX3-70-1型7 m焦?fàn)t，主要為煉鐵廠5#高爐提供焦炭，從2021年7月中旬開(kāi)始，生產(chǎn)的焦炭中黑頭焦增多，黑頭焦量占總焦炭量的40%左右，同時(shí)焦炭的M40、M10、CSR等指標(biāo)也有不同程度的下降。焦炭外觀是焦炭質(zhì)量最直觀的表現(xiàn)，可以通過(guò)焦炭的直觀表現(xiàn)來(lái)指導(dǎo)高爐生產(chǎn)，所以在對(duì)焦炭質(zhì)量指標(biāo)關(guān)注之余，對(duì)焦炭外觀進(jìn)行分析，尤其對(duì)黑頭焦問(wèn)題進(jìn)行分析有比較現(xiàn)實(shí)的意義。

1 黑頭焦的成因及占比

從高爐槽下皮帶隨機(jī)選取的黑頭焦分四類：第一類焦炭發(fā)黑面平整，氣孔較多，判斷為爐頭焦；第二類焦炭偏黑，比較平整，氣孔不多，判斷為焦餅中心焦；第三類焦炭偏黑，發(fā)黑面不規(guī)則，判斷為爐頂焦；第四類塊度較小，發(fā)黑面明顯，為薄薄一層，呈現(xiàn)吸附炭黑現(xiàn)象，判斷為焦炭吸附游離碳，該黑頭焦量比較少。

1.1 黑頭焦的成因

根據(jù)焦炭成焦機(jī)理，結(jié)合焦?fàn)t生產(chǎn)情況，對(duì)各類黑頭焦的產(chǎn)生原因進(jìn)行了具體分析。

1.1.1 爐頭黑頭焦

焦?fàn)t機(jī)焦側(cè)爐頭部位是焦?fàn)t炭化室內(nèi)溫度最低點(diǎn)，這是由焦?fàn)t的工藝設(shè)計(jì)決定的。武鋼規(guī)定焦?fàn)t爐頭溫度與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫火道溫度之差應(yīng)小于150℃，但在實(shí)際生產(chǎn)中5#、6#焦?fàn)t機(jī)焦側(cè)爐頭平均溫度均低于下限值。焦?fàn)t雖然有爐頭補(bǔ)充加熱措施，但由于爐頭補(bǔ)充加熱經(jīng)常導(dǎo)致?tīng)t頭過(guò)火垮焦，所以一直處于停用狀態(tài)。此外，為增加裝煤量，5#、6#焦?fàn)t的機(jī)焦側(cè)爐門磚厚度由原設(shè)計(jì)的470 mm減少至450 mm，進(jìn)一步惡化了炭化室內(nèi)爐頭低溫區(qū)溫度，導(dǎo)致?tīng)t頭焦炭成熟較差。

1.1.2 焦餅中心黑頭焦

炭化室內(nèi)配合煤的成焦過(guò)程是由兩邊爐墻逐層往炭化室中心擴(kuò)展的，靠近爐墻的焦炭因溫度高傳熱快，故熔融良好，結(jié)構(gòu)致密。而炭化室中心部位的焦炭因結(jié)焦前期受熱速度較慢、結(jié)焦后期快速結(jié)焦，故焦炭黏結(jié)熔融較差，甚至中心位置有少量揮發(fā)分殘余，導(dǎo)致中心面焦炭發(fā)黑。

1.1.3 焦餅頂部黑頭焦

焦炭成熟時(shí)焦餅的溫度需要達(dá)到1 000℃±50℃，而在焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中，為防止炭化室頂部過(guò)量生長(zhǎng)石墨，影響生產(chǎn)順行，故需要控制炭化室爐頂空間溫度在800℃±50℃，所以焦餅頂部焦炭層在結(jié)焦后期會(huì)持續(xù)向爐頂空間放熱，無(wú)法達(dá)到焦炭成熟所需要的溫度，導(dǎo)致焦炭成熟不良，出現(xiàn)發(fā)黑、疏松。

1.1.4 附著碳黑頭焦

成焦中后期，半焦縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)分主要是煤氣，其中的CH4及其他不穩(wěn)定脂肪烴化合物在逸出過(guò)程中遇到熾熱的焦炭后可發(fā)生裂解反應(yīng)，產(chǎn)生游離碳，部分游離碳會(huì)進(jìn)入靠近兩側(cè)爐墻的高溫焦炭縫隙并被吸附，造成焦炭表面出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。

1.2 各類黑頭焦的占比

根據(jù)武鋼JNX3-70-1型焦?fàn)t爐型參數(shù)，可以分別估算前三類黑頭焦的理論比例。

假設(shè)炭化室內(nèi)高度6 m，焦餅中間寬度0.5 m，炭化室長(zhǎng)度16.78 m，焦炭的塊度近似為50 mm×50 mm×50 mm。則：

每個(gè)炭化室的總焦炭塊數(shù)A總=（6×16.78×0.5）/（0.05×0.05×0.05）=402 720

機(jī)側(cè)爐頭+焦側(cè)爐頭的黑頭焦塊數(shù)A機(jī)+焦=（6×0.5）/(0.05×0.05)×2=2 400

爐頂黑頭焦塊數(shù)A爐頂=（0.5×16.78）/（0.05×0.05）=3 356

焦餅中心黑頭焦塊數(shù)A焦餅中心=（6×16.78）/（0.05×0.05）×2=80 544

黑頭焦比例N=（A機(jī)+焦+A爐頂+A焦餅中心）/A總×100%=（2 400+3 356+80 544）/402 720×100%=21.4%

加上少量第四類黑頭焦，正常情況下黑頭焦數(shù)量應(yīng)占全部焦炭的25%左右。

2 黑頭焦的主要治理措施

2.1 恢復(fù)爐頭補(bǔ)充加熱

為防止恢復(fù)爐頭補(bǔ)充加熱后爐頭出現(xiàn)垮焦問(wèn)題，在采用最低加熱煤氣量的基礎(chǔ)上采取了間斷性補(bǔ)充加熱方式，每天8點(diǎn)至16點(diǎn)開(kāi)爐頭補(bǔ)充加熱，16點(diǎn)至次日8點(diǎn)停用補(bǔ)充加熱。恢復(fù)爐頭補(bǔ)充加熱后效果良好，爐頭焦炭成熟明顯好于以往，達(dá)到了既改善爐頭焦炭成熟度又不垮焦的目的。

2.2 調(diào)整焦餅高向溫度分布

前期測(cè)量的21#、23#、25#炭化室焦餅中心溫度如表1所示。由表1可知，焦?fàn)t炭化室上下部溫差在焦?fàn)t生產(chǎn)管理規(guī)程要求的小于100℃范圍內(nèi)，但實(shí)際生產(chǎn)中爐頂黑頭焦較多，說(shuō)明上下部溫差仍然偏大，爐頂空間溫度偏低。

表1 調(diào)整前21#、23#、25#炭化室焦餅平均溫度

為縮小上下部焦餅中心溫差，對(duì)機(jī)焦側(cè)煙道吸力及廢氣盤空氣風(fēng)門進(jìn)行了調(diào)整，同時(shí)因恢復(fù)了爐頭補(bǔ)充加熱，對(duì)前期為提高爐頭溫度增加的焦?fàn)t煤氣使用量進(jìn)行了恢復(fù)，共同促進(jìn)高向加熱的均衡性。采取這些措施后，再次測(cè)量相同炭化室號(hào)的焦餅溫度，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，炭化室上下部溫差明顯縮小，說(shuō)明焦?fàn)t高向加熱均勻性增強(qiáng)。

表2 調(diào)整后21#、23#、25#炭化室焦餅平均溫度

2.3 降低空氣過(guò)剩系數(shù)

較低的空氣過(guò)剩系數(shù)既可以提高看火孔壓力和爐頭溫度，也可以促進(jìn)焦餅高向溫度的均勻性。以看火孔壓力10 Pa～20 Pa、煙道廢氣含氧體積分?jǐn)?shù)不低于5%的安全限值為原則，將空氣過(guò)剩系數(shù)由原來(lái)的1.30降低至1.22，燃燒室煤氣燃燒情況良好。

2.4 調(diào)整配煤比

將配煤中氣煤配比增加了2個(gè)百分點(diǎn)，某較高揮發(fā)分進(jìn)口煤配比增加了1個(gè)百分點(diǎn)，瘦煤配比降低了3個(gè)百分點(diǎn)，提高了配合煤炭化過(guò)程的收縮性，減少焦餅中心裂縫，有利于減少黑頭焦。

2.5 改進(jìn)平煤系統(tǒng)

推焦車平煤桿在炭化室內(nèi)存在一定程度的下?lián)?，?huì)造成炭化室內(nèi)裝煤不平，使焦餅頂部橫向加熱溫度不均勻，造成頂部焦炭成熟不均勻，產(chǎn)生黑頭焦。針對(duì)該問(wèn)題，一方面對(duì)平煤桿標(biāo)高及平煤桿彎曲度進(jìn)行了校正，另一方面將平煤桿前部固定擋煤板改為單向活動(dòng)式擋煤板，既防止平煤桿前進(jìn)時(shí)將煤大量推向焦側(cè)，又可以在平煤桿后退時(shí)將煤峰刮平，保證了爐頂裝煤平整，有利于爐頂焦的成熟。

3 治理效果

3.1 經(jīng)過(guò)以上治理，爐頭成熟程度明顯好轉(zhuǎn)，邊火道溫度全部達(dá)到了焦?fàn)t生產(chǎn)管理規(guī)程中不低于標(biāo)準(zhǔn)溫度150℃的要求，邊火道溫度系數(shù)達(dá)到了0.90以上。

3.2 焦餅中心溫度高向溫差更加合理并趨于穩(wěn)定，21#、23#、25#炭化室焦餅機(jī)側(cè)、機(jī)中、焦中、焦側(cè)平均上下部溫差分別降低至32℃、33℃、35℃和37℃。

3.3 對(duì)高爐槽下皮帶焦炭隨機(jī)取樣統(tǒng)計(jì)黑頭焦數(shù)量，發(fā)現(xiàn)治理后黑頭焦比例降至24.8%，黑頭焦占比與理論計(jì)算值25%比較接近。

3.4 治理后焦炭質(zhì)量指標(biāo)有所好轉(zhuǎn)，熱強(qiáng)度得到改善，M40、CSR由治理前的平均88.80%、69.19%上升為88.89%、70.76%，M10由5.82%改善至5.79%。