破解宝钢八一钢厂用煤资源难题

　　宝钢八一钢厂地处新疆，艾维尔沟煤是八钢拥有的疆内炼焦用煤资源。但由于新疆炼焦煤资源与内陆炼焦煤有很大差异，宝钢集团内其他分公司也都未使用过这类煤种，国内学者曾得出“艾维尔沟煤性质特殊，原因不明，生产大高炉用焦炭，配煤中配入量不能大于10%”的定论，以致于八钢不得不大量远程从疆外运煤使用。为解决这一困境，宝钢开展了“高反应性焦炭热性能评价新方法的研究及应用”项目研究。

　　通过宝钢集团和八钢的大力推进，该项目课题组通过研究，提出对喷吹煤粉高炉内焦炭降解行为重新认识，认为传统焦炭热性能试验方法已经不适合评价现代喷吹煤粉高炉用焦炭，更不适合评价配艾维尔沟煤所生产的焦炭，并通过试验提出了新的焦炭热性能评价方法，形成新的配煤理论。在此理论指导下，该研究成果在八钢进行了实际应用，表明艾维尔沟煤的配比可以大幅提高，生产出的焦炭仍然能够满足2500立方米高炉的生产要求。以高炉生产顺行为焦炭最终评价标准，配煤中疆内煤配比达66%，其中艾维尔沟煤配比达62%，突破了大高炉焦炭热性能极限（传统要求CRI<35%、CSR>55%）。同时，证实了所提出的焦炭热性能评价新方法是可靠的，更准确地表达了焦炭在高炉内的真实热性能。该项目研究成果使八钢能够充分利用艾维尔沟煤，减少远程疆外煤用量，缓解了炼焦用煤资源，仅此项目在2009年创造直接经济效益超过10亿元，以及由此产生了巨大社会效益。

　　高反应性焦炭热性能评价新方法的建立

　　新疆内煤特别是艾维尔沟煤生产的焦炭，按现行标准来看，焦炭热性能极差，为保证焦炭热性能(CRI<35%，CSR>55%)，在配煤中疆外煤配比高达80%，特别是占比较高的山西煤不但成本较高，供应也不稳定。近年来，由于炼焦煤资源紧张，使得疆外煤的质量也迅速下降，八钢焦炭的质量也无法保证。为此，宝钢通过开展“高反应性焦炭热性能评价新方法的研究及应用”项目，进行试验室详细研究，查明艾维尔沟煤的炼焦性质特殊的内在原因主要是其在焦炭传统试验方法的热性能极差。

　　宝钢通过对喷吹煤粉高炉内焦炭行为分析、焦炭与CO2反应的影响因素分析、试验室与高炉内差异分析以及试验结果，取八钢小高炉用焦炭样品（高反应性、低反应后强度）和宝钢本部大高炉用焦炭样品，进行了模拟高炉升温过程和气氛变化的高温反应性试验。试验结果表明，八钢小高炉用焦炭与宝钢本部大高炉用焦炭仍然有差异，并不像传统反应后强度差异那么大。

　　根据相关文献计算分析，鼓风条件、喷煤量、煤粉性能等对煤粉燃烧率都有明显影响，未燃煤粉完全消耗控制了高炉喷煤极限。该项目综合相关文献的参数，确定未燃煤粉率和利用分配比，计算了宝钢集团内5座高炉2009年1月份碳平衡，了解高炉内焦炭进入风口回旋区前的消耗量和相对比例，并根据炼铁专家提供的计算模型，宝钢股份炼铁厂高炉未燃煤粉率约30%，其他高炉可能更高。通过高炉碳平衡计算表明，不论高炉大小、利用系数高低，也不论喷吹煤粉多少，当直接还原度低于0.4，焦炭进入风口回旋区前失重率基本都在20%内。项目组以此为理论基础，提出了固定失重率的新方法。为进一步证明，以宝钢本部配煤为基础，进行配煤中艾维尔沟煤替代试验，传统焦炭反应后强度试验显示，艾维尔沟煤焦炭与内陆同类煤差异明显，对焦炭进行20%失重后强度试验表明，艾维尔沟煤与内陆同类煤质量略差或相近。

　　高反应性焦炭热性能评价新方法的生产试验与应用

　　该项目组在试验研究基础上开展了生产应用试验，得出了清晰的配煤与焦炭质量变化规律，为后续生产配比的顺利推进提供了可靠依据。除前期的探索性试验外，每次生产配比调整前都要进行多组方案的焦炉炉孔试验和原料、生产操作的准备工作，确保将风险降到最低。

　　该项目还对提高艾维尔沟煤配比后的生产焦炭进行传统热性能试验、不同恒失重对比试验和试验温度对反应速度和强度的影响的试验研究。结果表明，温度对强度影响不明显，温度对反应速度影响较为显著。2008年8月~2009年1月，生产试验的配煤方案中，疆内煤与山西煤配比逐步变化。这些方案的焦炭传统热性能与恒失重20%的热性能比较，焦炭传统反应后强度CSR都小于30%，并随着山西煤的比例下降进一步下降，但20%恒失重的反应后强度CSR20都大于58%。因此，这些焦炭可以在2500立方米高炉使用，并且使生产顺行。2009年2月，八钢第二座2500立方米高炉投产，1个月后就可以完全使用相同的焦炭直至今日，铁水成本也达到全国较低水平。

　　风口焦炭取样研究与配煤结构优化试验

　　风口焦炭质量是焦炭在高炉内状况的真实反映，焦炭热性能评价新方法也是规范化方法，是否科学只能通过风口焦炭的性质进行验证。2009年4月22日和2009年10月30日，项目组两次成功取出风口焦炭样，采用与宝钢股份大高炉风口焦炭样完全相同的处理和试验方法。首先，分离出渣和铁，进行筛分分析，计算粒度组成、分布不同深度的平均粒度，还对八钢B高炉和宝钢3号高炉的部分风口焦炭样，进行了分层剥离试验，对不同层灰分含量及成分变化进行了分析研究，以期探索焦炭在高炉的粉化机理，真实强度及其影响因素。通过八钢两次风口取焦炭样结果与宝钢3号高炉风口取焦炭样的粒度分布和平均粒度比较，结果说明八钢风口焦炭较宝钢3号高炉风口焦炭差别不明显；通过八钢风口焦炭样与宝钢3号高炉风口焦炭样剥离试验结果比较表明，八钢焦炭与宝钢焦炭在高炉内反应模式不同。八钢相应位置的风口焦炭强度较宝钢3号高炉风口焦炭强度低约6个~14个百分点，这完全与固定失重率20%反应后强度的差异相吻合，进一步证明了固定失重率20%反应后强度能表达焦炭在高炉内的强度。

　　配煤结构优化炼焦试验的主要目的是确定八钢中长期炼焦用煤方案和资源开发方向。该项目组以2008年8月~2009年9月生产配煤方案为基础，选取了13种代表性炼焦煤，设计了15个配煤方案，进行了单种煤和配煤300千克试验焦炉炼焦试验，根据试验结果，初步确定了艾维尔沟煤在配煤中的使用极限、疆内煤最高配比、疆内外煤的合理结构，以及特殊的应急配煤结构，为八钢未来炼焦用煤资源的开发确定了方向。

　　高反应性焦炭热性能评价新方法研究实现的突破性成果，有效解决了八钢炼焦煤资源不足，高价购买并长距离运输的山西煤，而自产的低价、运输距离近的艾维尔沟煤不能充分使用的矛盾，合理使用资源，铁水成本大幅降低，产生了巨大经济效益和社会效益。同时，这一重大技术突破将改变指导炼铁界数十年的传统理论，将会对今后国内炼铁事业带来深远影响。