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1我国捣固炼焦发展历程
1919年，我国第一座Koppers式捣固焦炉在鞍钢投产。1956年，我国自行设计的第一座炭化室高3.2m的捣固焦炉投产。1970年，炭化室高3.8m的捣固焦炉建成投产。1995年，青岛煤气厂使用引进德国摩擦传动、薄层给煤、连续捣打的捣固机。至1997 年，我国先后在大连、抚顺、北台和淮南等市建成了18座捣固焦炉，炭化室高大多为3.2米，总产能为212万t/a。在本世纪初，设计开发了炭化室高4.3m的捣固焦炉。2005年8月，景德镇焦化煤气总厂将炭化室高4.3m、宽450mm的80型顶装焦炉改造成捣固焦炉。2006年2月邯郸裕泰实业有限公司将炭化室高4.3米、宽500mm的顶装焦炉改造成捣固焦炉，拉开了我国4.3m顶装焦炉改造成捣固焦炉的序幕。2006年底，5.5m的捣固焦炉在云南曲靖建成投产，在全国掀起了建设5.5m捣固焦炉的热潮。现在河北的旭阳、华丰、河南的金马、山东的日照、邹县、银川的宝丰、神华、乌海、涟钢、攀钢和江苏的沂州都正在建设5.5m 捣固焦炉。2007年6月，中冶焦耐公司总承包了河北唐山市佳华公司的炭化室高6.25m世界最高的捣固焦炉的建设，预计2008年8月投产，这标致着我国大型捣固焦炉技术达到了国际先进水平。2007年9月，中冶焦耐公司中标建设印度塔塔钢铁公司5m的捣固焦炉，标致着我国大型捣固焦炉设计正式走向国际市场。同期，涟源钢铁公司和攀枝花钢铁公司也决定新建捣固焦炉，标致着我国大中型钢铁企业开始接受和采用捣固炼焦技术。
近几年，我国的捣固炼焦技术发展很快，投产的捣固焦炉已有355座，总炼焦生产能力超过了9600万t/a。但这些焦炉有95％以上是建在独立焦化厂， 钢铁企业焦化厂采用捣固炼焦工艺的并不多，已投产的只有北台钢铁公司、长治钢铁公司、南昌钢铁公司和山东潍坊钢铁公司等。
2捣固焦炉与顶装焦炉的对比
20世纪90年代, 我国焦化工作者曾为马钢焦化厂做过捣固炼焦试验，其结论是：在相同配煤比时，捣固炼焦能大幅度提高焦炭的冷态强度。焦炭气孔壁材料的光学组织主要取决于原料煤的性质，捣固对其无明显影响。因此，与光学组织有关的焦炭反应性，在捣固后无显著变化。但可改善焦炭的气孔结构，提高焦炭反应后强度。在焦炭质量不变的条件下，采用捣固炼焦可使气煤的配入量提高到70％～80％，即可多用高挥发分煤10％～20％。
采用捣固技术可以提高焦炭反应后强度的原因是焦炭的气孔直径变小、孔壁变厚、气孔率变低，捣固焦炭的耐碱侵蚀性也变强。表1 列出了印度塔塔钢铁公司的试验结果，表2为捣固炼焦与顶装炼焦的对比。
表1 印度塔塔钢铁公司的试验数据
炼焦方式
气孔直径
μm
气孔壁厚
μm
气孔率
％
焦炭的CSR
不用碱浸
用碱浸
顶装炼焦
197.5
150.0
45.45
46.6
38.9
捣固炼焦
152.4
154.5
40.15
61.2
55.
表2 捣固炼焦和顶装炼焦对比
项 目
捣 固 炼 焦
顶 装 炼 焦
入炉煤水分
严格控制在8％～13％。Dillingen要求10％～12％、Tata要求9％～10％才能得到具有最理想的抗压强度和抗剪强度的煤饼。需配置煤棚或煤干燥、煤加湿装置。当煤水分接近14％时，煤饼倒塌率大大增加
相对不严格
8%～14％
配煤的煤种
必须依据所需的焦炭质量，对原料煤的资源情况和经济性进行综合评估，通过配煤试验选择适宜的配煤比
相对不严格
入炉煤粒度
捣固焦炉越高，对入炉煤粒度和粒级分布的要求越严格。为了得到足够强度的煤饼，必须将煤料细度粉碎至＜3mm级含量为90％左右，同时细粒级的含量（＜0.5 mm）在45％～50％
相对不严格。一般＜3mm的占73％～82％
装煤操作
当出现煤饼掉角、倒塌等事故时，处理复杂，影响焦炭产量。国外某厂捣固焦炉投产初期时，煤饼倒塌率为万分之一，生产22年后的现在，每天装煤98孔，总有1～2孔的煤饼出现问题，煤饼倒塌率为1～2％ 。国外某厂4座共230孔4.5m的捣固焦炉，每天装煤251孔，平均有10孔左右出现掉角和局部倒塌现象，煤饼倒塌率为3.98％。为此，在机侧操作台设置刮板机和胶带机，以将机侧操作台上的余煤输送至煤塔。当煤饼掉角或倒塌时，将有部分煤饼推不进去，故特设了煤饼切割机
简单
焦炉机械
重量大(5.5米炉CP机740t/台；6.25米炉SCP机1350t/台，需引进)，结构复杂，备品车几乎无法设置，维修费用高；捣固机出现问题会影响装煤操作和焦炭产量
重量小，简单，维修费用低
装煤环保
敞开机侧炉门推送煤饼，产生大量烟尘，其中又含大量荒煤气、焦油和炭黑等可燃物，给烟尘治理带来极大困难
基本解决
炉体寿命
短（一般20多年）
长（可达35年以上）
多用弱粘煤
可多用20％～25％弱粘煤；当为大型高炉生产高质量焦炭时，弱粘煤的配入量不能太多
必须增加型煤、煤调湿等煤预处理措施，才可多用10％～15％弱粘煤
同配比时，焦炭质量
M40提高3～5个百分点，M10改善2～4个百分点，CSR提高1～6个百分点
不变
入炉煤成本
低（吨焦入炉煤成本可低20～45元）
高
吨焦投资
对于5.5m捣固焦炉，国产捣固机630元，进口捣固机680～750元
600元（6米顶装）
3我国钢铁企业采用捣固炼焦的情况
3.1过去很少采用捣固炼焦的原因
（1）捣固焦炉的寿命要比顶装焦炉短。根据国外大型捣固焦炉的生产实践表明，捣固焦炉存在煤饼炼焦时的膨胀压力大、装煤时机侧炉头在空气中暴露时间长、煤饼掉角或局部倒塌时焦侧炉头装煤不满易造成高温等问题而导致炉体的损坏。因此捣固焦炉的炉龄一般为20多年，而顶装焦炉的炉龄可达30年以上。
（2）捣固焦炉的生产不如顶装焦炉稳定。干扰捣固焦炉稳定生产的因素较多，如入炉煤水分过高或过低、入炉煤粉碎粒度不合格、粒度分布不合格、煤种变化过多等都会影响煤饼的捣制和煤饼强度。具有20～30个捣固锤的捣固机发生故障也会直接影响炼焦生产。若钢铁企业焦化厂生产不稳定不仅影响本厂，而且直接关系到整个钢铁联合企业的平稳生产。特别是中后期炉龄的捣固焦炉，每天都有1％～2％的煤饼或炭化室出现问题，这是对钢铁企业焦化厂稳定生产的威胁最大。推焦总系数K3是用以评价焦化厂和炼焦车间遵守规定的结焦时间方面的管理水平，即反应焦炉操作的总体情况。目前我国捣固焦炉的K3都很低，好的为0.70，低的只有0.35，一般在0.60左右。
（3）捣固焦炉的装煤烟尘治理难度比顶装焦炉大。捣固焦炉从机侧推入煤饼时，易造成机侧炉头大量冒烟，至今国内外捣固焦炉的装煤除尘效果都不太好，不如顶装焦炉。宝钢曾在二期和三期可行性研究阶段考虑过捣固炼焦技术，最后因国内外尚没有大型高炉长期全部使用捣固焦炭的生产经验的原因而选用了顶装焦炉。目前，我国独立焦化厂生产的捣固焦炭几乎都是供中小高炉使用。再加上过去全国的焦炭总产量不大，强粘结性煤焦煤和肥煤的供应也比较宽松，价格也不高。如1993年我国的焦炭总产量是9315万吨，仅为2006年（29768万吨）的三分之一。再加上钢铁企业的焦化厂必须向炼铁厂稳定供应焦炭的压力远大于独立焦化厂，且焦化厂入炉煤成本由钢铁公司承担，而不仅由焦化厂自己承担，所以，钢铁企业焦化厂就很少采用捣固炼焦技术。
3.2钢铁企业开始接受捣固炼焦的原因
2006年我国的焦炭产量29678万吨，占世界总产量的57%。当年炼焦精煤耗量至少4亿吨，折合原煤7.5亿吨。炼焦煤供应已成为我国焦化业可持续发展的重大问题。因国内焦煤和肥煤的储量只占炼焦煤储量的37％左右，致使优质炼焦煤的供应已成为影响炼焦生产、焦炭质量和炼焦成本的重要因素。且强粘结性煤与弱粘结性煤的差价越来越大，入炉煤成本也越来越高。长江以南焦化厂的入炉煤成本已高达900～1200元／t, 钢铁企业焦化厂所承受的成本压力也越来越大。
100多家使用捣固焦炉的独立焦化厂为钢铁企业焦化厂提供了宝贵的实践经验，找到了捣固焦炉的存在问题和改进方向，增强了研发和使用捣固炼焦技术的信心。特别是国内5.5m捣固焦炉（年产焦炭1.01～1.05万t/孔）的投产和6.25m捣固焦炉（年产焦炭1.2万t／孔）的设计与建设，为钢铁企业建设大型捣固焦炉提供了有利条件。
总之，尽管捣固炼焦技术尚存在许多难题，但可持续发展的潜力深深地吸引着钢铁业的焦化工作者。虽然捣固炼焦技术在大中型钢铁企业的使用刚刚开始，还需要扶持、探讨和开发，更需要改进、完善和优化。
4捣固炼焦的配煤比和焦炭质量
在入炉煤相同的条件下，采用捣固焦炉生产的焦炭质量要好于顶装焦炉。而焦炭质量要求相同时，采用捣固焦炉就可多配入高挥发分的弱粘结性煤。因此，只要通过配煤试验，选择合适的入炉煤种，严格控制入炉煤水分、粒度和粒级分布，完全可以生产出大型高炉所需的优质焦炭。表3和表4中列出了不同焦化厂捣固焦炉使用的配煤比及焦炭质量。
表3 不同焦化厂捣固焦炉使用的配煤比及焦炭质量
焦化厂
河北某厂
山西某厂
河南某厂
配煤比
％
焦煤
28
11.3
20
肥煤
13.53
14.56
10
1/3焦煤
29.11
46.64
55
瘦煤
13.8
10
10
气肥煤
15.37
－
5
焦炭质量
％
M40
83.4
81
84
M10
6.11
7.23
7.4
表4 山西某焦化厂捣固焦炉用的配煤比与焦炭质量
序号
1
2
3
4
5
6
7
配煤比
%
焦煤
10
13
16
17
10
9
10
肥煤
16
14
11
13
8
12
8
1/3焦煤
39
39
39
37
34
35
34
瘦煤
20
19
17
17
25
20
19
气煤
15
15
17
16
23
24
29
焦炭
质量
%
Aa
12.19
12.58
12.41
11.95
12.50
12.70
12.10
Sta
0.64
0.65
0.66
0.66
0.66
0.64
0.64
M25
93.6
93.2
93.3
94.4
93.8
93.2
92.8
M10
4.4
4.4
4.8
3.6
4.6
4.8
4.4
CRI
27.8
23.9
24.3
24.8
24.3
23.6
30.4
CSR
65.2
67.5
70.0
73.1
68.1
69.2
61.2
从表3、4中可看出，对捣固焦炉而言，也是好煤炼好焦，差煤炼差焦。如4号入炉煤中焦煤和肥煤的配比最高，所得的焦炭质量也最好；而7号入炉煤中焦煤和肥煤的配比最低，所得的焦炭质量也最差。当用捣固焦炉为大高炉生产优质焦炭时，也需要多配些强粘结性煤，当然其配入量肯定少于顶装焦炉。
捣固焦炉入炉煤成本的降低主要取决于原料煤的差价，强粘结性煤与高挥发分或弱粘结性煤的差价越大，入炉煤成本降低得就越多。2005年，我公司将景德镇焦化煤气总厂的3座(105孔JN43-80型、宽450mm）产能85万t/a的顶装焦炉改造为既可捣固又可顶装的焦炉。在捣固炼焦时，因多配入了低价的长焰煤，使吨焦入炉煤成本降低了32元。湖北冶钢采用捣固焦炉后，吨焦入炉煤成本降低了40～50元。河北裕泰实业集团有限公司将4.3米焦炉由顶装改造为捣固后，吨焦入炉煤成本降低了16元。
5国外捣固焦炉的操作情况
（1）德国的迪林根（Dillingen）中心焦化厂。2×45孔捣固焦炉，炭化室锥度为20mm，炭化室长×高×宽＝17250×6250×490mm，煤饼长×高×宽＝16250×6000×450mm，煤饼高／宽＝6000/450＝13.33，结焦时间19.5～22h。炭化室装煤量为干煤45吨或湿煤（水分10％ ）49.5吨。1987~1992年间，年产焦炭136～144万吨，每孔炭化室年产焦炭量15151～16043吨，2005年因焦炉老化，年产焦炭降至100万吨，每孔炭化室年产焦炭量计11111吨。
捣固装煤推焦机重1350吨（含煤），外型尺寸为26m×35m×25m。32个捣固锤共分5组（4、8、8、8、4 ），机上煤仓容量75t。捣固锤头行程300mm，每个锤头重量450kg，每个锤头尺寸为400×250mm，锤头频率72次/min。设备装机容量约2000kw，一个循环时间为11.5min。装煤除尘采用地面站，新建捣固焦炉要求改用CGT车（装煤烟尘转换车，即U型管导烟车或称跨顶式导烟车）。
（2） 印度塔塔（TaTa）钢铁公司焦化厂。塔塔钢铁公司建有4座4.5m米捣固焦炉，分别是 30 孔、60孔和2×70孔，共计230孔，配6套SCP机。焦炉长×高×宽＝13590×4520×450mm, 锥度＝20mm，单孔操作时间12min, 煤饼高度4320～4350mm，煤饼宽度420mm，煤饼上下长度差40 mm，每天操作80孔数（最多120孔）， 结焦时间22h，煤饼高宽比＝4320～4350/420＝10.29～10.36， 每天装煤251孔，约有10煤饼出现掉角或局部倒塌现象，煤饼倒塌率约为3.98％。在装煤过程中，如出现倒塌现象，需要将不能装入炭化室的煤饼用手动煤饼切割机切除，余煤通过刮板机和胶带机运回煤塔。切下的煤饼长度一般不超过2m，如果超过2m则会造成炭化室焦侧有4～5个立火道区域装煤不满，焦炉加热就很难调节和控制。
如果在装煤初期机侧就出现大的掉角或局部倒塌，此时要停止继续装煤，而将煤饼抽出，移动SCP机，用推焦杆将掉角煤饼推到焦侧，然后送到紧急事故煤槽，在槽内将煤饼破碎，并通过底部运输机运回煤塔。这样的事故大约每周一次。如果入炉煤水分达到14％时，这样的事故将达到每周5次。因此，塔塔厂严格要求入炉煤水分控制在9％～12％。
每个炉组配备3个捣固机维修站，因捣固机大约10天就要维修一次。更换一个捣固锤大约需要1.5h，捣固锤的摩擦片寿命为12个月。SCP机上配置有容积为150m3的煤仓，可贮煤120t，相当于4.1～4.2个煤饼的煤量。SCP机去煤塔取煤的时间约为20min。车载捣固机20个锤，分4组，每组5锤，每个锤368 kg。
装煤除尘采用CGT车，上升管采用3.0MPa高压氨水喷洒，产生的吸力可以将装煤烟尘经过U型管导至n 2号炭化室，再经上升管吸至集气管。规范要求冒烟的时间要＜16s，但实际生产状况是每次冒烟22～28s，有时长达1min。印度塔塔厂强制规定装入炭化室的煤饼必须是梯形结构，这样装煤时, 少掉角；出焦时，少掉焦；这样SCP机可不用配备头尾焦处理系统；煤饼的高宽比必须＜11，否则煤饼的倒塌率就高；煤饼高度不超过5m。
6中冶焦耐公司（ACRE）捣固焦炉的最新技术
针对国内外捣固焦炉存在的煤饼掉角、局部倒塌和倒塌、推送煤饼时机侧严重冒烟、捣固装煤膨胀压力大等问题，中冶焦耐公司采用了如下新技术和措施：
① 新型装煤烟尘治理方法。因除尘地面站在捣固焦炉装煤烟尘控制的实际使用中还存在一定问题，ACRE采用了行之有效的导烟车（CGT车）除尘法，该车带有两个导烟U型管，结合高压氨水装煤喷射，可使装煤烟尘从三个炭化室流向集气管，烟尘治理效果好，生产操作简便和稳定，与装煤除尘地面站比，工程投资少。德国、波兰和印度都主张用U型管导烟车。
② 为减少装煤饼时机侧的冒烟，在装煤推焦机上安装了活动的炉门密封框，在装煤过程中，依靠这种可变形的密封框，使煤饼和炉门框之间密封严实，减少了烟尘的外泄。将上升管、集气管和吸煤气道设置在焦侧，方便装煤烟尘的引出。在机侧和焦侧炉门设置炉头吸尘装置，减少炉门打开时烟尘的外冒。机侧可将炉门烟尘吸至推焦机上的烟尘处理装置；焦侧炉门的烟尘吸至集尘管，进入推焦除尘地面站。
③ 拦焦机改型。总结了大型顶装焦炉的经验，重新开发了新型拦焦机，取消了拦焦机的第三轨，可使拦焦机横跨在熄焦车上，彻底解决了带集尘罩拦焦机的走行不平衡问题，并使焦侧操作台宽畅、安全。
④ 配置煤饼切割机、刮板运输机及胶带运输机。当大型捣固焦炉一旦出现煤饼倒塌时，可以快速对余煤进行处理，减轻工人的劳动强度，尽可能地减少因炭化室煤饼倒塌对整个炉组生产操作的影响。采用了捣固、装煤和推焦合为一体的SCP机，可服务于更多的焦炉炉数。
⑤ 增加炭化室宽度，降低煤饼高宽比，增加煤饼的稳定性，减少煤饼倒塌率。选择适宜的炭化室中心距、炉顶厚度、炭化室墙厚度、立火道隔墙厚度等，增大炉体强度，提高炉墙极限侧负荷（SUGA值），使其能承受煤饼的膨胀压力，延长炉体寿命。
（1）ACRE总包佳华公司6.25m捣固焦炉介绍
唐山佳华煤化工有限公司新建4×46孔炭化室高6.25m大型捣固焦炉，年产干全焦220万吨。采用双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气侧入的JND625-06型复热式捣固焦炉。炭化室长×宽×高＝17000×520×6250mm，锥度＝40 mm，炭化室有效容积51.4m3 ，每孔装煤量（干）45.6t，炼焦周转时间24.5h，加热水平高度850mm，焦炉极限负荷（SUGA值）＞11kPa，煤饼高宽比＝6000/470=12.77。焦炉机械配置如下：
捣固装煤推焦机（SCP车） 2开1备（引进德国技术）
装煤烟气转换车 （CGT车）2开0备（引进德国技术）
拦焦车 2开2备
熄焦车 2开1备
电机车 2开1备
捣固焦炉的工艺特点如下：
1）采用三为一体的捣固装煤推焦机，由皮带输送机往SCP车煤斗给煤。
2）装煤除尘采用带双U导烟管的装煤烟气转换车（CGT车），将装煤烟气导至n＋2号（导烟口靠机侧边）和n－1号（导烟口靠炉顶中间）炭化室（焦炉采用5－2串序）。
3）机侧操作台上设刮板机、机侧操作台外侧设置胶带机，以运送煤料。
4）单侧上升管、单集气管、双吸气管设置于焦侧。
5）设置地面除尘站，用于推焦除尘和处理机焦侧炉门冒出的烟尘。
6）预留2×140t/h干法熄焦装置，采用新型清洁快速湿法熄焦。
（2）ACRE开发的JNDK55-05型捣固焦炉介绍
该炉采用双联火道、废气循环加热方式。炉门采用空冷式弹簧门栓、弹簧刀边、滑板相对位置可调。炭化室高为5.5m ，平均宽为554mm，炭化室中心距1350mm ，炉顶厚度1454mm，每孔炭化室的装煤量（干）40 .6t，焦炉周转时间25.5h，捣固煤饼15100×5370×500mm，煤饼高宽比5370/500=10.74（我公司开发的高5500、宽500捣固焦炉的煤饼高宽比为11.9）。捣固机为24锤全固定式，捣固一个煤饼时间5～6min，煤饼堆比重1.0t/m3(干)，每孔年产焦炭量1.01万吨。
7 结论
（1）在相同配煤比的情况下，捣固焦炉的焦炭质量要好于顶装焦炉。入炉煤的质量越差，焦炭质量提高的幅度就越大。
（2）在相同焦炭质量的情况下，捣固炼焦比顶装炼焦可增加高挥发分或弱粘结煤的用量。要求的焦炭质量越高，捣固炼焦时高挥发分或弱粘结煤可增加的的幅度就越小。当为大型高炉生产冷热强度都很高的优质焦炭时，必须用比较好的煤料。
（3）捣固炼焦的入炉煤成本低于顶装炼焦。
（4）捣固炼焦的烟尘治理难度大于顶装炼焦，需要继续研发、改进和完善。
（5）在干扰焦炉正常稳定生产的因素方面，捣固炼焦要多于顶装炼焦，应努力克服捣固炼焦的干扰因素。
（6）在焦炭产量相同的情况下，捣固炼焦的基建投资要高于顶装炼焦；捣固炼焦的生产能耗稍高于顶装炼焦。
（7）常规顶装焦炉改为捣固焦炉时，顶装焦炉炭化室的锥度将影响焦炭产量的增加、焦炭质量的改善、捣固煤饼的强度和稳定性。我国的6m顶装焦炉，因炭化室宽仅为450mm，而锥度确为60mm，若改造为捣固炼焦会造成煤饼高宽比过大，所以不宜改为捣固炼焦。
（8）采用捣固炼焦的主要目的是多用高挥发分或弱粘结煤，以生产较高质量的焦炭，但决定焦炭质量的最主要因素是入炉煤的质量，因此，必须根据所需要的焦炭质量，通过配煤试验选择合适的炼焦用煤和配煤比，以指导生产。
（9）选择炼焦工艺最稳妥的方法是用今后有可能使用的煤料进行配煤炼焦试验，实践一下今后有可能使用的煤料到底适合什么炼焦工艺。
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