焦炭在高炉冶炼中有什么作用（焦煤焦炭密不可分）

9月中旬，30家煤炭企业焦精煤产销量分别完成557万吨和567万吨，旬度日均产量环比增幅2.0%，同比下降5.4%。截止9月中旬，30家煤炭企业累计生产焦精煤14323万吨，同比下降4.3%。重点监测的50家钢焦企业炼焦煤消耗量467万吨，旬度日均耗煤环比增加0.5%，同比持平。截止9月中旬，重点监测的50家钢焦企业累计消耗炼焦煤11790万吨，同比下降11.7%。

国内主要炼焦煤进口接卸港（京唐港、日照港、连云港）炼焦煤库存总量215万吨，旬度环比增加4万吨，涨幅1.9%；比年初下降147万吨，降幅40.6%；同比减少181万吨，降幅45.7%。

钢材价格小幅上涨。螺纹钢（三级）出厂含税价为4015元／吨，旬度环比上涨25元／吨，涨幅0.6%，较年初下降621元／吨，降幅13.5%，同比下降1604元／吨，降幅28.5%。

焦炭价格持稳，山西临汾地区一级冶金焦出厂含税价2500元／吨，旬度环比持平；比年初低700元／吨，降幅21.9%;同比低1600元／吨，降幅39.0%。

伴随高温天气缓解，国内稳增长政策和供应的收缩以及“金九银十”旺季的期望对价格形成一定支撑作用，但是目前国内疫情反复、楼市低迷，全球经济还将面临很多压力，导致用钢需求持续呈现疲软态势，短时间内改善需求状态较为困难。同时，随着的“十一”国庆节和“二十大”召开等重大活动临近，也将给近期市场带来一定影响。预计今后1-2个月时期内或将有阶段性好转出现，但可持续性仍有较大压力，钢价预计将震荡运行。后续需继续重点关注供给端的变量、库存、政策等变化。

焦炭在高炉炼铁中具有四个作用：(1)支撑高炉高炉料柱重量，即骨架作用；(2)焦炭将氧化铁还原为金属铁，即还原剂；(3)焦炭在风口回旋区燃烧，为高炉提高热量，即燃料作用；(4)向铁液中渗碳，即渗碳作用。

冶炼强度是指高炉平均每立方米有效容积，在一天内所能燃烧的综合干焦量或干焦量。它是反映冶炼速度的指标，可分为综合冶炼强度和焦炭冶炼强度。

冶炼强度对焦比的影响是多方面的，有有利的一面，也有不利的一面。如冶炼强度提高，煤气停留时间缩短，可能不利于煤气能量的充分利用；煤气流速增加，对改善热的传导和还原有利；而压差的增加对顺行不利又影响煤气的利用，如此等等。因此，强调某方面的影响，做出焦比随冶炼强度升高而升高，或者降低的结论，都难免失之偏颇。究竟影响怎样，要视不同的冶炼条件做出具体的分析，而且随着操作的改进，其结果也是不同的。

当煤气流速过低时(冶炼强度过低)，由于气流在炉内分布不匀，其能量不能充分利用，因此无法获得低焦比；而冶炼强度过高，由于还原及热传导速度的增长跟不上气流速度的增加，煤气能量难以充分利用，而且强度过高，容易引起管道行程，焦比必然升高。因此，在一定的冶炼条件下，有一个最适宜的冶炼强度，此时焦比最低，同时，随原燃料和操作条件的不断改善，焦比最低点将不断向更高冶炼强度方向移动，焦比绝对值也可以不断降低，如图《冶炼强度和焦比的关系》所示。

焦炭在高炉中的作用

焦炭在高炉中的作用主要有下列热量来源、还原剂、供碳、支撑骨架等四个方面的作用。

表 1 焦炭在高炉炼铁中的作用

（1）热量来源：提供矿石还原、熔化需要的热量。一般情况下，每炼1t生铁需焦炭500kg左右，焦炭几乎供给高炉所需的全部热量。当风口富氧喷吹燃料时，焦炭供给的热量也约占全部热量的70%~80%。

（2）还原剂：高炉中矿石的还原是通过间接还原和直接还原两种方式进行的。不论是间接还原还是直接还原都依靠焦炭提供所需的还原气体CO。

（3）支撑骨架：焦炭是对高炉炉料起支撑作用的骨架，同时，焦炭在高炉中比其他炉料的堆积密度小，约占炉料总体积的35%~50%左右。

（4）供碳：生铁中的碳全部来源于高炉焦炭。进入生铁中的碳约占焦炭中含碳量的7%~10%，使生铁的碳含量达到4%左右。

高炉对焦炭质量的要求

实际炼铁高炉对焦炭强度的标准要求，大型高炉M40 82%～90%、M10 5%～6%、CRI≤25%、CSR≥65%；一般高炉M40 78%～82%、M10 6%～7%、CRI≤28%、CSR≥62%。

表2 不同炉容高炉对焦炭质量要求

（1）粒度：大粒度的焦炭(>75mm)在炉内易破碎，产生较多的粉末。这些粉末会使炉料透气性恶化，高炉压差升高，被迫减少风量，产量下降、焦比升高，需要加以控制。因此要求焦炭粒度均匀，60mm>80%。

（2）硫分：配煤中的硫约有85 %—90％残留于焦炭中，因此配煤中的硫分越低越好，炼焦配煤的硫分一般应＜1.0％。为了脱除焦炭过高的硫分，需增加溶液石灰石和焦炭的用量，从而降低了高炉的利用系数，使生铁产量下降，焦炭的硫分每提高0.1 %，石灰石和焦炭的用量将分别增加3.7 ％和1.8 % ，高炉生产能力降低2％—2.5％。

（3）灰分：配煤中的灰分在炼焦后全部残留于焦炭中，因此应当控制配煤的灰分。焦炭的灰分每提高1 %，焦炭用量增加2％—2.5 %，溶剂石灰石的用量增加4 %，高炉生铁产量降低3 %，焦炭强度下降2.2％。

（4） 水分：焦炭中水分是湿法熄焦时渗入的，通常达2%～6%。水分对高炉冶炼无影响，但由于焦炭是按重量入炉的，水分波动必然要引起干焦量的波动，从而引起炉况波动。

（5）胶质层厚度Y值：配煤中必须具有一定的液体物质来粘结其他不能熔融的物质，使之成为坚固的冶金焦炭。配煤对胶质体的要求厚度为15—20mm。

焦炭是高炉冶炼的关键，高炉炼铁一直面临降低焦比的压力。在高炉冶炼过程中，随着焦炭逐渐降至高炉的下部，其性质发生了明显的变化。焦炭粒度下降30%，反应性明显增加，这些变化受焦炭质量影响明显。

焦比是高炉炼铁的技术经济指标之一。即高炉每冶炼一吨合格生铁所耗用焦炭的吨数。

焦比= 每昼夜的焦炭消耗量(吨) / 每昼夜的生铁产量(吨)或平均每炼一吨生铁所消耗的焦炭量，用千克表示。

煤炭焦比

一般大中型高炉的焦比为0.6～0.8之间(或600～800千克之间)。世界先进水平焦比已接近400千克，个别为350千克。降低焦比，即可使每批炉料中的矿石相对增多，焦炭相对减少，就能多出铁，降低炼铁成本。降低焦比的主要措施有吃精料、提高风温(世界先进水平风温达1370°C)、采用综合鼓风(喷吹煤粉、重油或天然气加富氧)、增加高炉有效容积和提高技术水平等。

理论焦比就是在一定的冶炼条件下，高炉冶炼1 t生铁的最低焦炭消耗量。所谓一定的冶炼条件，就是指高炉使用的原料成分和性能，喷吹燃料的数量，冶炼时的鼓风机参数 (风温、湿度、富氧率 ) ，冶炼的生铁成分等都已确定。 在这样特定条件下，由高炉反应及热量消耗所决定的最低焦比，就是所谓的理论焦比。理论焦比的计算可以用来校验炼铁设计选取的焦比是否合适，也可对实际操作的高炉进行分析比较，寻求降低焦比的途径。 但是，理论焦比并非高炉冶炼的实际焦比。 理论焦比与实际焦比有怎样的关系以及它们的计算，这便是要探讨的问题。

计算条件及某些规定

( 1)计算与冶炼 1 t生铁作为基础，所用原料成份、生铁成份都是已知的。 对于生产高炉，吨铁矿石用量，煤气成份及炉渣成份也是已知的；而对于设计高炉，矿石用量可由铁平衡方程先行求出。 考虑到人们的习惯以及易与某些文献资料相对照比较，计算过程中用千卡 ( kcal)作热量单位，最后可转换成千焦 ( k J)。

( 2)当今高炉多使用高碱度烧结矿冶炼，并寻求合理的炉料结构，冶炼时加入熔剂数量已很少了。考虑到这种情况，计算时先假定高炉不使用熔剂，待焦比算出后，按照炉渣碱度要求，进行碱度校核，确定加入熔剂的种类 (石灰石或硅石 )和数量，并按其炉内行为再进行追加焦比的计算。

( 3)高炉高温区界限温度选在950℃是更为合适的。在高温区内碳的气化反应 C CO2 = 2CO充分发展，铁及合金元素的直接还原在此区内完成。对于浮尸体的间接还原 FeO CO= Fe CO2，950℃时反应平衡常数 Kp = φ( CO2 ) /φ( CO)= 30. 9 /69。 1= 0. 447，因此还原 1 kmol铁所需要 CO的过量系数 n应为n = 1 1 /Kp = 1 2. 237= 3. 237 kmol。

( 4)现代高炉多采用富氧喷煤强化冶炼措施，这里规定每吨生铁的喷煤量是已知的，并认为煤粉碳素在高炉风口前全部燃烧掉。

焦比、直接还原度的联合计算

对于焦比算式K × w ( C， k) =m ( C， b， k) m( C， d， Fe) m( C， d， a) m ( C， c) ，在一定的条件下，碳量 m ( C， d， a )，m( C， c) 都是已知的， 欲计算焦比，就要求出m ( C， b， k) 及m ( C， d， Fe) 两项数值。这就需要列出既满足高炉冶炼热量消耗，又要满足还原剂消耗所需碳量的两个方程，联立求解。

通常高炉炼铁会有以下几种方式来增产增效。

第一个是高炉富氧鼓风 也就是向高炉鼓风系统中注入工业氧气，使得高炉鼓风系统中的氧气密度大于大气含量，进而达到氧气含浓度增加，使得燃烧单位碳的鼓风量降低、氮气含量降低，减少炉料下降阻力，实现降低焦比，节碳的目的。通常在富氧鼓风的同时，高炉操作上为了实现降低焦比，节碳，降碳，还会使用喷吹煤作为助燃剂。由于焦炭在高炉中的主要作用是作为骨料架和还原剂（焦炭燃烧产生一氧化碳CO），所以通过富氧鼓风和增加喷吹煤的使用来达到提高炉温，节省焦炭使用的目的。

第二个就是多用优质入炉料（微量元素少，杂质少），如入炉烧结矿的品位提高，增加球团矿的使用，减少块矿，或者不使用块矿。俗话说，烂矿费碳，好女费汉。也就是说矿的品位等级越差，对焦炭的使用，对燃料的使用比例就越高，焦比也就越高。在焦炭紧张的情况下，为了实现少费碳的目的，高炉炼铁在配矿上尽可能的是通过性价比的形式，优先选择性价比最合适的铁矿石，也就是扩大主流矿，或者全部用主流矿，达到实现降低焦炭消耗的比例，特别是在高炉铁水有较高利润的优势时，就会加大力度多高诸如PB、纽曼、卡粉等这些优质资源，且铁矿石的要求上尽量要求低铝低硅，因为铝含量高了，对高炉铁水的炉内流动性不好，硅含量高了，则高炉炉渣多。为了多出铁水，在高炉利润合适的情况下，会大力使用优质高品矿。高炉炼铁厂有炼铁专家在生产工艺实践中，为了实现减碳降成本的目的，在入炉烧结矿中配一部分焦丁，焦粉、焦末等，这样一方面降低了焦炭损耗，一方面降低了焦比，实现了节能降耗，也有利于改善高炉的料柱的透气性。

第三个，也就是提高工厂的管理水平、管理效率，提高生产计划的前瞻性，减少休风频次等，实现提高高炉生产效率的目的。

最后，也希望高炉炼铁行业的行家里手，也多分享分享其降碳增产，节能降耗，降低焦比，提高产量，增产增效的一些方式方法，促进我国高炉炼铁水平的提升，降低能源损耗。