首钢京唐7.63m焦炉焦炭粒度稳定性影响因素分析研究报告

作者及单位
该研究由首钢京唐钢铁联合有限责任公司李朋、首钢集团有限公司技术研究院代鑫（同时隶属于绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室）等团队合作完成，发表于《燃料与化工》（Fuel & Chemical Processes）2022年5月第53卷第3期。

研究背景与意义

随着高炉大型化发展对入炉原燃料质量要求的提高，焦炭粒度及其分布均匀性成为影响高炉料柱透气性和风口回旋区稳定的关键参数。尽管前人已对配煤质量等本质因素有系统研究，但对于生产工艺外在因素（如熄焦工艺、转运过程等）如何影响焦炭粒度的研究尚不充分。首钢京唐公司7.63m焦炉在实际生产中面临焦炭粒度波动超过mm的问题，尤其小块焦波动更大（45.65~47.04mm）。为此，本研究系统分析了从配煤到筛分全流程中影响焦炭粒度的关键因素，旨在建立稳定的焦炭粒度控制体系。

研究方法与流程

1. 数据采集与基础分析

研究团队收集了2020年1-6焦炭粒度数据（表1），采用五级筛分法（80mm、60~80mm、40~60mm、25~40mm、＜25mm），通过加权平均公式计算平均粒度（MS），发现： - 大块焦中仍有50%粒度＜60mm，小块焦中8%粒度＞60mm，显示分级筛存在效率问题 - 通过SEM观察焦炭气孔结构，测量平均孔径（205.1~284.4μm）和壁厚（172.2~180.0μm）

2. 关键工艺实验验证

配煤质量研究
- 水分控制实验：建立料场双堆搭配模式，将水分波动控制在±0.3%内。数据表明水分每增加1%，平均粒度下降0.8mm（图1） - 细度优化实验：通过调整粉碎机参数，确定最佳细度范围为73.5%~74.0%，此时焦炭M40强度达峰值（图2-3）

炭化时间实验
对比30~32.5h炭化周期发现（表2-3）： - 延长炭化时间使＞80mm焦炭比例从5.49%升至6.52% - 气孔率降低9.5%（58.7%→49.2%），孔径均匀性改善

转运跌落实验
设计0~13m落差测试（表5），建立定量关系式： d = -0.3974h + 55.56
表明每增加1m落差，平均粒度降低0.4mm

3. 工艺改进措施

• 筛分系统优化：实施双系统5天轮换制，筛网清理周期缩短至4天
• 仓位控制：通过雷达料位计监控，确保焦仓料位≥3m
• 干熄焦改进：在干熄炉内增加缓冲装置，减少焦炭碰撞损伤

核心研究发现

1. 配煤水分的关键影响

数据回归分析显示，配煤水分与焦炭粒度呈显著负相关（R²=0.87）。当水分超过9%时，焦炭＜25mm的比例突增2.3%。这是由于水分蒸发导致焦炭形成过多气孔，气孔率升高至62%时会引发骨架结构脆弱化。

2. 炭化时间的非线性效应

炭化时间超过32小时后，每延长0.5h可使＞60mm焦炭比例增加0.8%，但焦炭产量相应下降1.2%。团队通过正交实验确定31.5h为兼顾产量与质量的最佳平衡点。

3. 筛分效率的量化评估采用示踪颗粒法发现：

• 筛网堵料时，60mm筛子的实际分离尺寸漂移达±7mm
• 优化后筛分效率从78%提升至92%，粒度波动降低42%

研究结论与价值

科学价值

1. 首次建立了焦炭转运落差与粒度退化的定量模型
   
2. 揭示了炭化时间影响焦炭气孔演变的微观机制
   
3. 提出了配煤水分-细度双参数耦合控制方法

工业应用价值

实施改进方案后，首钢京唐公司取得： - 焦炭平均粒度波动从±1.2mm降至±0.5mm - ＞60mm焦炭比例稳定在75±2%
- 高炉燃料比降低1.3kg/t铁

研究创新性

1. 方法论：
   

• 开发了基于图像处理的焦炭气孔三维重构技术
  
• 首创”跌落高度-粒度损伤”定量评估模型
  

1. 工艺创新：
   

• 提出”料堆分层搭配”水分控制法
  
• 设计模块化篦条筛快速更换系统（更换时间从8h缩短至2h）

该研究为大型焦炉粒度控制提供了系统的解决方案，相关技术已在首钢集团推广应用，经济效益达3800万元/年。未来可进一步研究焦炭粒度与高炉透气性的动态耦合机制。