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在新世紀(jì)到來之際，國(guó)際鋼鐵業(yè)界普遍認(rèn)為，高爐流程在今后幾十年內(nèi)仍將為鋼鐵生產(chǎn)的主要工藝。雖然噴煤粉等新技術(shù)的應(yīng)用使高爐煉鐵焦比不斷下降，但要滿足煉鐵生產(chǎn)的要求，世界焦炭產(chǎn)量每年仍需保持在3.4～3.8億噸。目前全世界每年的焦炭生產(chǎn)能力約為3.6億噸。考慮到相當(dāng)比例的焦?fàn)t高齡化的因素，在新世紀(jì)的頭10年內(nèi)，世界焦炭的生產(chǎn)能力應(yīng)新增約4000萬t/a方能維持焦炭的供需平衡。同時(shí)，隨著高爐大型化和噴煤粉等新技術(shù)的應(yīng)用，高爐冶煉對(duì)焦炭的質(zhì)量要求也不斷提高。因此，在新建焦?fàn)t時(shí)，采用何種技術(shù)能更好地滿足新世紀(jì)高爐生產(chǎn)所需焦炭的要求已成為國(guó)際煉焦界十分關(guān)注的問題。在日本的“SCOPE21”、烏克蘭的“連續(xù)層狀煉焦工藝”和美國(guó)的“CALDERON”連續(xù)煉焦工藝等萌芽技術(shù)尚處在小規(guī)模開發(fā)試驗(yàn)階段時(shí)，設(shè)在德國(guó)的歐洲煉焦技術(shù)中心（EuropeanCokingTechnologyCenter)，根據(jù)于1995年在德國(guó)帕羅斯帕（Prosper）焦化廠所完成的“巨型煉焦反應(yīng)器”(JumboCokingReactor，簡(jiǎn)稱JCR）的工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果推出了已具備工業(yè)化條件的新一代煉焦?fàn)t“單室爐系統(tǒng)”(SingleChamberSystem，簡(jiǎn)稱SCS)。

1技術(shù)概念

傳統(tǒng)的焦?fàn)t是由多個(gè)相間布置的炭化室、燃燒室組成的“多室爐系統(tǒng)”(MultiChamberSystem，簡(jiǎn)稱MCS)。在MCS中，整個(gè)爐組是一個(gè)不可分割的整體，而SCS則是由一個(gè)炭化室與兩個(gè)燃燒室組成一個(gè)單元，并可按需要由多個(gè)單元組成一個(gè)系統(tǒng)。如果將每個(gè)單元結(jié)構(gòu)視作一個(gè)模塊，那么整個(gè)系統(tǒng)便是一種可擴(kuò)展的模塊化結(jié)構(gòu)。見圖1。

圖1MCS與SCS結(jié)構(gòu)示意圖

雖然SCS技術(shù)概念源于JCR試驗(yàn)，但它從工程化角度對(duì)JCR的技術(shù)思想作了進(jìn)一步發(fā)展。其中最主要的有以下兩點(diǎn)：

(1)蓄熱室下部布置方案更有利于模塊結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。

(2)為提高單位爐容產(chǎn)量，節(jié)省投資，炭化室寬度仍以450～610mm為宜。原JCR的炭化室寬度為850mm，在裝預(yù)熱煤的情況下，結(jié)焦時(shí)間為24h，其優(yōu)點(diǎn)是保持裝煤、出焦操作均在白班，缺點(diǎn)是在同樣產(chǎn)量下，投資比炭化室寬度450～610mm時(shí)高20%～30%，經(jīng)濟(jì)不甚合理。因此確定SCS炭化室的基本參數(shù)為：長(zhǎng)19m，高9.5m,寬450～610mm

2SCS對(duì)改善焦炭質(zhì)量的效果

如圖1所示，SCS每個(gè)模塊的2個(gè)燃燒室外側(cè)均設(shè)有由鋼柱與抵抗墻組成的側(cè)向剛性支承結(jié)構(gòu),從而每個(gè)模塊單元的爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大高于通常的MCS爐組。雖然炭化室高達(dá)9.5m，其爐墻的穩(wěn)定性或抵抗煉焦過程膨脹壓力的能力卻遠(yuǎn)大于通常焦?fàn)t。一般焦?fàn)t爐墻承受膨脹壓力的極限值為11kPa，而SCS爐墻可承受的膨脹壓力為30kPa以上（試驗(yàn)中在膨脹壓力高達(dá)120kPa的情況下,也未發(fā)現(xiàn)爐體結(jié)構(gòu)的任何損壞）。SCS爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的大幅度提高使預(yù)熱煤煉焦工藝的實(shí)現(xiàn)成為可能。

眾所周知，預(yù)熱煤煉焦工藝在大幅度提高煉焦生產(chǎn)能力的同時(shí)有改善焦炭質(zhì)量的顯著效果。而且，3種預(yù)熱煤煉焦技術(shù)（Coaltek、Precarbon、Simcar）也早已在20世紀(jì)80年代初實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，并在歐、美和日本多個(gè)焦化廠投產(chǎn)。由于預(yù)熱煤裝爐的堆密度提高，導(dǎo)致結(jié)焦過程的膨脹壓力增大，超過了通常焦?fàn)t爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的極限，致使?fàn)t體壽命大大縮短。因此至80年代末，各國(guó)煤預(yù)熱裝置相繼停產(chǎn)。

采用Precarbon預(yù)熱煤裝爐法的JCR的大量工業(yè)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)表明，SCS能成功地實(shí)現(xiàn)預(yù)熱煤煉焦，且取得改善焦炭質(zhì)量的顯著效果。由于爐高增加和預(yù)熱煤裝爐的綜合因素，裝爐煤的堆密度可提高到850kg/m3以上，因而對(duì)焦炭質(zhì)量特別是熱態(tài)性能指標(biāo)Sar和Cr的改善效果明顯，Sar提高4～10個(gè)百分點(diǎn)，Cr改善2～4個(gè)百分點(diǎn)。這樣，在滿足現(xiàn)代高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求的前提下，可擴(kuò)大煉焦煤源范圍，降低焦炭生產(chǎn)成本，對(duì)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

3關(guān)于SCS的經(jīng)濟(jì)可行性

與傳統(tǒng)的MCS焦?fàn)t相比，SCS要增設(shè)每個(gè)單元模塊的側(cè)向鋼柱結(jié)構(gòu)和抵抗墻，同時(shí)爐高和爐長(zhǎng)的增大會(huì)引起焦?fàn)t機(jī)械重量的大幅度增加。這些都是導(dǎo)致投資增加的因素。但與此同時(shí)，SCS又有以下有利于降低投資的因素。

(1)由于炭化室高度和長(zhǎng)度的增大以及可采用預(yù)熱煤煉焦，單位爐容和每個(gè)炭化室的生產(chǎn)率大大提高。與目前世界最先進(jìn)的德國(guó)凱撒斯圖爾200萬t/a焦化廠的焦?fàn)t相比，單位爐容的焦炭產(chǎn)率可由36kg/(m3·h)提高到45kg/(m3·h)，每孔炭化室的年產(chǎn)焦量可由1.67萬噸提高到5.36萬噸。從而可使?fàn)t孔數(shù)由2×60孔減到1×37孔，耐火磚量大大減少。焦?fàn)t占地面積可由6600m2減至3200m2。

(2)由于SCS為可擴(kuò)展的模塊結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊可視為一個(gè)獨(dú)立單元，因而可進(jìn)一步提高爐體設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度、減少磚型。

(3)由于爐孔數(shù)減少，相應(yīng)的爐門、爐框、保護(hù)板和加熱設(shè)備數(shù)量減少。同時(shí)焦?fàn)t的泄漏點(diǎn)也隨之減少，以利于環(huán)保的控制。

據(jù)德國(guó)資深煉焦專家測(cè)算，對(duì)于200萬t/a的生產(chǎn)規(guī)模，將煤預(yù)熱系統(tǒng)包括在內(nèi)的SCS與凱撒斯圖爾焦化廠的2×60孔焦?fàn)t相比，當(dāng)SCS的炭化室寬度為450mm時(shí)，兩者投資相同；當(dāng)炭化室寬度為600mm時(shí)，SCS投資約高17%。由于SCS預(yù)熱煤煉焦可多配用低價(jià)非煉焦煤，增加的投資有望在短期內(nèi)得以回收。

4結(jié)語

傳統(tǒng)的水平多室型煉焦工藝經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)多的發(fā)展，現(xiàn)已達(dá)到以德國(guó)凱撒斯圖爾焦化廠為代表的技術(shù)頂峰狀態(tài)。作為對(duì)這種傳統(tǒng)煉焦技術(shù)的繼承和發(fā)展，SCS在吸收其所有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，通過模塊化技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t超大型化、高效化和擴(kuò)大煉焦煤源等方面的突破。它在滿足新世紀(jì)高爐對(duì)焦炭需求的市場(chǎng)前景方面值得焦化業(yè)界的關(guān)注。

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