河北唐山中润煤化工有限公司 宋佳伦 赵伟明 焦华龙 063000
摘要：在高炉炼铁的过程中，焦炭起着供热、还原剂、支撑骨架的作用。焦炭的成熟度，直接决定了焦炭的反应后强度、挥发份、粒度等工艺指标。所以，为高炉生产持续提供成熟良好的焦炭尤为重要。这就要求在焦炉生产过程中，保证炭化室中各个部位的焦炭在结焦末期均匀成熟。本文总结了一套在生产实践中取得良好效果的判定焦炭均匀成熟的方法。
1、判定焦炭均匀成熟的重要性
在高炉炼铁的过程中，焦炭起着供热、还原剂、支撑骨架的作用。焦炭的成熟度，直接决定了焦炭的反应后强度、挥发份、粒度等工艺指标。所以，为高炉生产持续提供成熟良好的焦炭尤为重要。这就要求在焦炉生产过程中，保证炭化室中各个部位的焦炭在结焦末期均匀成熟。而在焦炉的生产过程中，由于室式炼焦单向供热、成层结焦的特点，在结焦初期和中期，不同部位的焦炭成熟程度是不均匀的。所以，在生产实践中，不但要求结焦末期焦饼中心温度达到1000±50℃，还要求有一定的焖炉时间，保证焦炭的均匀成熟。
在炼焦生产中，除加热制度以外，入炉煤质量变化、装煤出焦操作等因素也对焦炭的均匀成熟产生影响。所以，采用一套科学的判定方法，及时发现影响焦炭均匀成熟的不利因素并指导处理显得尤为重要。
2、煤料在焦炉炭化室内的成焦过程
煤料装入炭化室后，炉墙附近的煤料率先受炉墙加热升温，结成焦炭。而后，随着热量向内传递，结焦层也向中心推移，即成层结焦过程。由于煤料的导热性很差（尤其是胶质体），各层的温度差异也较大。炭化室中心面上的煤料温度始终最低。因此，结焦末期炭化室中心面温度（焦饼中心温度）可以作为焦饼成熟程度的标志。
由于炭化室存在锥度，焦饼的宽度由机侧至焦侧逐渐变宽，这就要求横排温度的控制要做到由机侧向焦侧逐渐升高，以此保证结焦末期机焦侧焦饼中心同时达到1000±50℃的最终温度。同时，焦饼上、中、下部的均匀受热（即高向加热均匀性）也是焦饼均匀成熟的重要保障。
3、工艺判定方法
（1）测量焦饼中心温度。即装煤后，将铁管插入第一、第四装煤孔，使之位于炭化室中心面位置。推焦前四个小时开始测量铁管内上、中、下测温点的温度，掌握结焦末期焦饼成熟情况。
优点：直观，由于炼焦生产过程中以焦饼中心面在结焦末期的温度作为焦饼成熟的考查标准，所以直接测量焦饼中心温度是最直观的判定方法。
不足：属于抽测，不能全面掌握所有炭化室的实时成熟情况。工作量大，需要协同作业人员多，具有一定的危险性，不便于频繁操作。
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上表是2020年5月开滦集团唐山中润煤化工有限公司测量焦饼中心温度所得数据，焦炉采用焦炉煤气加热。分析温度可以看出，机侧焦饼在结焦末期温度偏低，不能达到950℃的最低标准。同时，焦饼上部温度偏低，高向加热不良。
处理方法：将机侧标准温度提高10℃，同时，缩小机侧空气口开度10mm，减小空气量。之后复测该炭化室焦饼中心温度，问题得到解决。测量结果如下表：
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（2）测量焦饼表面温度
出焦过程中，利用安装在拦焦车导焦栅上的自动测温装置，实时测量焦饼表面温度。测温装置安装于焦饼两侧，上、中、下各六个点。
优点：所测数据覆盖所有炭化室，可实时监测焦饼成熟情况。数据采集覆盖整个推焦过程，可通过焦饼横向温度数据掌握横向加热均匀性，亦可通过上、中、下三点温度数据掌握高向加热均匀性。
不足：所测温度为焦饼表面温度，不能反映焦饼中心成熟情况，需要将数据与焦饼中心温度相结合来指导生产实践。
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上图为开滦集团唐山中润煤化工有限公司某炭化室下部测温探头测得的温度曲线。从图中可以看出，推焦操作初期推出的焦饼温度偏低，反映出焦侧炉头温度偏低。该炉号存在推焦冒烟、焦炭粘附干熄罐风险。进一步查找问题后，发现该炭化室一侧燃烧室焦侧32立火道存在砖煤气道串漏，导致该立火道温度偏低。经喷浆处理后，温度恢复正常。
下图为炉头温度处理后的焦饼表面温度曲线：
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（3）火落判定法
焦炉炭化室内的焦炭即将成熟时，观察高温荒煤气火焰颜色变化，当颜色由土黄色变为淡蓝色时，称为焦炉的火落时刻，这时的高温荒煤气温度称为火落温度。火落的出现标志着焦炭的成熟。在火落管理应用中，要求每炉焦炭在推焦前必须有一定的焖炉时间，保证焦炭的进一步成熟。采用火落管理可在推焦前预先发现炼焦过程中出现的异常现象，如多装煤、少装煤、煤水分偏高或偏低等，以便尽早采取措施，保证焦炭成熟、减少对焦炉的损害。
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上图为开滦集团唐山中润煤化工有限公司某炭化室在整个结焦过程内炉顶空间荒煤气温度的变化趋势。从图中可以看到，火落时间出现在16：34，周转时间为20小时，焖炉时间为3：26，有效保证了焦炭的按时成熟。
火落管理法的最大优势在于，可以及时发现炼焦生产中存在的影响焦炭正常成熟的不利因素，便于在推焦操作前采取措施。如在生产中出现因装煤过多或入炉煤水分偏大而导致的火落时间延长，及时的重排推焦计划、保证足够的焖炉时间可避免出现焦炭生、化解推焦困难的风险。
总结：在炼焦生产中，测量焦饼中心温度是最传统、最直观的测量焦饼成熟度及成熟均匀性的方法。但同时，该方法也存在测量位置受限（只能测量装煤孔位置）、数据难以覆盖所有炭化室、难以提前发现问题的局限。我公司引入的优化加热系统，包含焦饼表面温度测量、火落时间判定的新手段。将其与焦饼中心温度测量相结合，形成一套判定焦炭均匀成熟的方法。在生产实践中，很好地保证了焦炭与荒煤气的质量与产量。