摘要 本文提出一个低成本、低燃料比炼铁的新举措，即通过对焦炭的负催化处理改善焦炭的热态性能，降低焦炭的采购成本。并具体介绍了建邦集团通才大高炉改善焦炭热态性能的试验研究和效果分析。

关键词 焦炭热态性能　负催化处理　降低炼铁成本

1 前言

由于钢铁产能严重过剩、国家经济增长速度减慢、原燃料价格高位运营且不稳，企业科技团队建设不足等原因，造成我国钢铁企业会在一个较长时间内处于不同程度亏损或“微利”时代，也就是说钢铁企业进入了“困境”时期。

我国钢铁企业如何渡过这个“困境”时期？如何在这个“困境”时期取得新的发展？这是摆在我国钢铁企业面前一个极为突出的技术经济和管理的战略问题。

在此之前提出的“铁前抓成本，钢后抓品种”即铁前通过降低采购成本，钢后通过抓品种质量提高效益。最近对这个问题的认识有了新的发展，原来认为炼钢的成本仅有110元/t左右，降低炼钢的成本几乎没有空间，但今年上半年湘钢的实践告诉我们，炼钢过程同样有降低成本的较大潜力，湘钢采用北京科技大学李宏教授的国家专利技术，用石灰石代替生石灰炼钢，不仅有石灰石代替生石灰的价格效益，还有转炉煤气量增加的效益和降低渣量和提高钢的质量的效益，上半年湘钢生产400万t钢仅此一项技术即取得了3700余万元的效益。这一事例可充分说明炼钢也可以通过科技创新降低成本提高效益。

本文讨论的问题是炼铁低成本低燃料比的一项创新举措，该项创新举措是采用XAA复合负催化剂对焦炭进行钝化处理，改善焦炭的热态性能，提高一个级别焦炭价值，因而可采购低一级别的焦炭，经钝化处理达到高一级焦炭的质量水平，来实现成本低燃料比炼铁的目的。

2 改善焦炭热态性能的实施方案

近十多年来，高炉炼铁经采用高品位、低渣量精料技术、高风温和喷煤技术，高炉焦比已由上世纪七十年代的700~800kg/t降低到了目前的300多kg/t，焦炭在高炉内的负荷已由原来的2~3倍增加到了现在的5~6倍，高炉冶炼过程焦炭的料柱骨架作用和焦窗的透气状态已成为影响高炉顺行的关键因素，也就是说焦炭的热态性能对高炉顺行起着决定性的作用，大于1000m³以上的高炉这个问题更为突出。这就是我们要通过改善焦炭的热态性能，提高一级焦炭的热态性能水平，降低采购一级焦炭的价格，取得低成本炼铁的道理。

冶金焦炭的国家质量标准（GB/T1996-2003）规定[1]，焦炭的热态性能一级和二级间的级差，1100℃反应性（CRI）和反应后强度（CSR）均为5个百分点，就是说，如果将焦炭的反应性（CRI）和反应后强度（CSR）由原来的二级提高到一级的水平，即能基本解决大高炉冶炼对一级焦炭的要求。通过科学试验，采用一种不含氯（Cl）元素的环保型国家发明专利产品——XAA复合负催化剂对建邦通才大高炉用的四种焦炭，进行钝化处理，四种焦炭10次试验与基准样对比，1100℃反应性平均降低了6.75个百分点，反应后的强度平均提高了8.5个百分点，大大超过了冶金焦炭性能一个级别的级差。这就是说，大高炉生产可以通过采购二级焦炭对其作钝化处理，热态性能达到或超过一级焦炭的水平，保持高炉过程的顺行。目前二级焦炭与一级焦炭的差价为150元/t左右，而钝化处理一顿焦炭所投入成本不足25元/t，这就使低成本炼铁的一项新举措成为可能。

3 XAA复合负催化剂改善焦炭热态性能的试验研究

3.1 XAA复合负催化剂改善焦炭热态性能机理的分析^[4]、[5]

由于焦炭的热强度与其反应性呈反相关系，即反应性高的焦炭，反应后强度低，因此改善焦炭的热态性能关键是降低其反应性。焦炭的反应性也即焦炭在高炉内的溶损反应，当高炉内在高于1050℃的高温下，焦炭与上升煤气中的CO₂气体发生汽化反应：C+CO₂→2CO，这一反应进行得越激烈，焦炭的溶解率就越高，即焦炭的反应性越高，焦炭的热强度就越低。因此为了提高焦炭的热强度，就要设法降低焦炭的溶损反应程度。在高炉内焦炭的溶损反应包括碱金属和KCl对焦炭的侵蚀作用均与焦炭的气孔和气孔壁的微晶结构有关，XAA复合负催化溶解于水后形成为一种胶体溶液，它喷洒到焦炭表层后能有效降低焦炭与煤气的接触面积，降低溶损反应的程度；同时胶体溶液中的酸根与焦炭晶格周边的C原子结合，堵塞焦炭气孔壁的微晶通道，抑制焦炭溶损反应的进行；喷洒到焦炭表层的焦炭胶体可耐1400℃以上的温度，能保持在高温下有效抑制溶损反应的进行。这就是喷洒XAA复合负催化剂降低焦炭反应性和提高热强度的机理。

3.2 试样和试验方法

本次用于负催化剂处理的四种焦炭样由建邦通才公司提供，我方接到试验用焦炭后即按国标GB/4000-2008焦炭反应性及反应后强度试验方法进行了破碎，用ø23mm和ø25mm筛分，取ø23mm筛上物，去掉薄片和细条状焦，取2kg试样，分两次各1kg置于Ⅰ型转鼓中，以20r/min的转速转50转，取出后将大于23mm的分为四组，每组不少于220g，将试样放入烘箱，在170~180℃温度下烘干2h，取出后筛分称量，以34颗200±0.2g（m）作为一组试样，用密封袋封好存放，作为试验用试样。

按国家标准的操作步骤将准备的试样装入反应管，加热速度按8~16℃/min控制，升温过程通入4L/min纯N₂气体，当试样温度达到1100℃后恒温10min，改通CO₂气体，流量5L/min，连续反应2h后切断CO₂，改通N₂气保护，冷却至室温，取出试样，称量其残存质量(m₁),

反应性CRI=(m-m₁)/m×100%

再将残存质量(m₁)装入Ⅰ型转鼓以20r/min的速度，连续转30min，取出后筛分并称取＞10mm的质量(m₂),计算出反应后强度：

反应后强度CSR= m₂/ m₁×100%

3.3 焦炭复合负催化剂钝化处理的试验结果

3.3.1 XAA复合负催化剂的组分和喷洒浓度及喷洒量

XAA复合负催化剂是按矿物质负催化效果的元素排序[2]、[3]选择的三种无机物复合而成的环保型国家专利产品，无氯元素无公害，复合剂为乳白色粉末，易溶于水，室温下溶解于自来水形成一种胶体溶液，对高炉内炉料和耐火材料，金属结构无腐蚀和侵害作用，有利于提高焦炭和烧结、球团矿的热态强度。经过大量的试验研究，喷洒浓度宜选择6%~10%，对钝化焦炭而言喷洒量宜为1.5~2.5kg/t。

本次试验研究采用XAA复合负催化剂的配方为3X7Y（2-8），4X6Y（0-10），4X6Y（2-8），5X5Y（2-8），6X4Y（2-8）五个系列配方。

3.3.2 XAA复合负催化剂处理通才公司四种焦炭的结果（列于表1）

表1 XAA复合负催化剂处理通才大高炉焦炭试验的结果