优化焦炭管理与使用

一、引言

1.1 研究背景与意义

在全球 “双碳” 目标的大背景下，钢铁行业作为国民经济的重要支柱，同时也是高能耗、高排放的重点行业，面临着前所未有的转型压力。炼铁工序作为钢铁生产的关键环节，其能耗约占钢铁企业总能耗的 60%-70% ，而焦炭消耗在炼铁工序能耗中占比高达 60% 以上 。焦炭不仅为高炉炼铁提供必要的热量和还原剂，还在维持高炉料柱透气性、保证炉况稳定方面发挥着不可替代的作用。因此，优化焦炭管理与使用技术，成为钢铁企业降低生产成本、减少碳排放、提升市场竞争力的关键突破口。

石特集团作为区域内的重点钢铁企业，在行业竞争日益激烈的当下，亟需通过技术创新与管理升级实现可持续发展。焦炭管理与使用效率的微小提升，都能为企业带来显著的经济效益与环境效益。开展对焦炭管理与使用的深入研究，对于石横特钢集团降本增效、践行绿色发展理念具有重要的现实意义，同时也能为同类型钢铁企业提供有益的借鉴。

1.2 国内外研究现状

在国际上，日本、德国等钢铁强国在焦炭管理与使用技术方面处于领先地位。日本新日铁公司通过建立先进的智能化焦炭质量预测系统，结合大数据分析与机器学习算法，能够精准预测不同配煤方案下焦炭的各项性能指标，从而实现配煤工艺的动态优化，有效降低了焦炭生产成本 。德国蒂森克虏伯集团则注重焦炭热态性能的精细化调控，通过改进炼焦工艺参数，提高焦炭在高温下的抗碎裂和抗磨损能力，显著提升了高炉的运行效率和稳定性。

在国内，宝武集团、鞍钢等大型钢铁企业积极探索焦炭管理的创新模式。宝武集团引入干熄焦（CDQ）技术，不仅实现了焦炭显热的高效回收利用，降低了炼铁工序的能耗，还通过对干熄焦过程中余热发电，创造了可观的经济效益 。鞍钢则聚焦于焦炭质量与高炉工艺的深度匹配，通过优化焦炭粒度分布、提升焦炭热性能，成功降低了高炉焦比，减少了碳排放。这些国内外企业的实践经验，集团优化焦炭管理与使用提供了宝贵的参考。

二、焦炭管理与使用现状分析

2.1 焦炭供应链管理现状

2.1.1 采购管理

在采购管理方面，企业虽已建立基本的供应商评估体系，但在评估指标设置上仍存在不足。目前主要依据 GB/T 1996 - 2017《冶金焦炭》标准对水分、灰分、硫分等常规指标进行检测，对于焦炭热态强度（CSR）、反应性（CRI）检测频率较低，仅在关键批次或出现炉况异常时进行抽检；而焦炭转鼓指数（M40、M10）虽有检测，但未与供应商质量考核紧密挂钩。此外，对于焦炭粒度组成缺乏严格要求，导致入厂焦炭粒度波动大，难以满足高炉稳定运行需求。这一系列问题导致部分批次焦炭入炉后，因热态性能不达标、粒度不合理，影响高炉顺行，增加了炼铁成本。

2.1.2 储存管理

采用封闭式除尘棚替代露天料场。除尘棚采用钢结构或混凝土结构，顶部及四周封闭，可有效隔绝雨水、大风等不利天气影响。棚内安装湿度监控与自动喷淋系统，实时监测焦炭湿度，并根据湿度情况自动调节喷淋水量，将焦炭水分波动控制在 ⩽1% ，减少因水分波动导致的焦炭粉化，保障转鼓指数稳定。同时，除尘棚配备高效的除尘设备，如布袋除尘器、静电除尘器等，在焦炭装卸、倒运环节，通过吸尘罩收集粉尘，经除尘设备处理后达标排放，可将作业区域粉尘浓度降低 80% 以上，既减少焦炭损耗，又改善作业环境，符合环保要求。

2.2 焦炭使用工艺现状

2.2.1 高炉配用场景

炼铁厂现有 4 座高炉，尽管企业在高炉操作方面积累了一定经验，但在焦炭入炉前的处理环节仍存在不足。

2.2.2 质量与工艺匹配问题

焦炭质量与高炉炼铁工艺的匹配程度对高炉的稳定运行和炼铁指标有着至关重要的影响。通过对生产数据的分析发现，当焦炭热强度（CSR）波动 ±2% 时，高炉炉况稳定性明显下降。具体表现为炉内压差波动增大、煤气利用率降低，吨铁燃料成本增加 。这表明当前企业在焦炭质量控制与高炉工艺适配方面存在脱节，未能根据焦炭质量的变化及时调整高炉操作参数，导致高炉无法在最佳状态下运行。

三、焦炭管理与使用存在的核心问题

3.1 管理层面问题

在焦炭质量管理方面，炼铁厂尚未形成完整的质量溯源体系。从焦炭采购入库到入炉使用的整个过程中，缺乏对每一批次焦炭质量信息的详细记录和跟踪。当高炉出现炉况异常或炼铁指标波动时，无法快速准确地定位到是哪一批次焦炭的质量问题导致，也难以对供应商进行有效的质量反馈和追责。这使得企业在应对焦炭质量波动时处于被动局面，无法及时采取针对性措施解决问题，影响了生产的连续性和稳定性。

3.2 技术层面问题

虽然企业对不同煤种的特性有一定了解，但在实际配煤过程中，未能充分考虑各煤种之间的协同作用以及焦炭显微结构（如光学组织）对最终焦炭质量的影响。这种粗放的配煤方式，导致焦炭质量波动较大，无法稳定满足高炉炼铁的工艺要求，增加了生产过程中的不确定性和成本控制难度。

在检测技术方面，企业的在线检测设备相对滞后。目前仅配备了部分常规指标的检测仪器，缺乏对焦炭热性能（如 CRI、CSR）的实时在线监测设备。这使得企业只能通过定期取样送检的方式获取焦炭热性能数据，检测周期长、时效性差。当焦炭热性能出现波动时，企业无法及时发现并调整配煤方案或高炉操作参数，导致炉况波动，影响炼铁生产的稳定性和效率。

四、焦炭管理与使用优化策略

4.1 全链条精细化管理优化

4.1.1 采购与供应商管理

为提升焦炭采购质量和稳定性，应建立科学完善的供应商分级评价体系。除了保留现有的常规质量指标外，将焦炭热态性能指标（ CRI⩽28% 、 CSR≈65% ）纳入核心评价指标，并提高检测频率，确保每一批次焦炭的热态性能都能满足高炉炼铁的要求。同时，加强对供应商的生产过程监控，定期对供应商的生产设备、工艺水平、质量控制体系进行审核，从源头上保障焦炭质量。

在采购策略上，企业应积极与优质供应商签订长期保价协议，锁定合理的采购价格，降低市场价格波动带来的风险。通过建立稳定的合作关系，还可以促使供应商在生产过程中加大质量投入，为企业提供更高质量的焦炭产品。此外，企业可探索与供应商建立联合研发机制，共同开展炼焦工艺优化、新型煤种应用等研究，提升焦炭质量和生产效率。

4.1.2 智能仓储改造

引入 RFID 批次管理系统，实现焦炭 “来 - 储 - 用” 全流程信息化追溯。为每一批次焦炭贴上 RFID 标签，标签内详细记录焦炭的产地、质量指标（包括粒度、热强、转鼓指数等）、入库时间等信息。在焦炭的储存、倒运和使用过程中，通过 RFID 读写设备实时读取和更新信息，实现对每一批次焦炭的精准定位和质量追溯。这样，当出现质量问题时，企业能够快速锁定问题批次，及时采取措施解决问题，同时也便于对供应商进行质量考核和管理。此外，在仓储环节增加定期的粒度筛分和转鼓检测，动态监控焦炭质量变化。结合除尘棚内的环境监测数据，建立焦炭质量与储存环境的关联分析模型，为后续优化储存管理策略提供数据支持。

4.2 工艺技术创新与应用

4.2.1 配煤优化技术

为提高焦炭质量和配煤效率，炼铁厂应引入先进的配煤优化技术。基于神经网络模型建立 “煤质 - 焦炭性能” 预测模型，该模型通过收集大量不同煤种的煤质数据（如挥发分、胶质层厚度、黏结指数等）以及对应的焦炭质量数据（如灰分、硫分、热态性能等），进行训练和学习，从而能够准确预测不同配煤方案下焦炭的各项性能指标。

通过该模型，企业可以开展配煤方案的优化实验。例如，在保证焦炭质量满足高炉炼铁要求的前提下，适当降低主焦煤的配比，增加贫瘦煤等低价煤种的使用比例。

4.2.2 入炉前处理强化

为改善高炉料柱透气性，提高焦炭使用效率，炼铁厂应强化焦炭入炉前处理环节。首先，加装高效滚动筛分设备，该设备具有筛分效率高、处理量大的特点，能够有效分离焦炭中的粉末和小块焦炭，将入炉焦炭中 ⩽25mm 粒级占比控制在 ⩽5%₀ 同时，采用焦炭整粒技术，通过破碎、筛分等工艺，优化焦炭粒度分布。合理的粒度分布有助于提高高炉内料柱的透气性，降低煤气阻力，促进气 - 固反应的充分进行，从而降低高炉焦比，提高炼铁生产效率。

五、实施效果预测与经济效益分析

指标提升

通过实施上述优化策略，预计石横特钢炼铁厂在焦炭管理与使用方面将取得显著的指标提升。首先，高炉焦比有望降低 10-15kg/t 铁，直接减少焦炭消耗量。其次，通过智能仓储改造和优化管理，焦炭储存损耗率可降至 0.5% 以下。此外，焦炭质量的提升和粒度分布的优化，将改善高炉料柱透气性，提高煤气利用率，进一步降低炼铁工序的能耗和成本。

六、结论与展望

本论文通过对炼铁厂焦炭管理与使用现状的深入分析，揭示了当前存在的管理和技术层面问题，并针对性地提出了全链条精细化管理、工艺技术创新和低碳节能技术应用等优化策略。研究表明，焦炭管理从传统的 “经验驱动” 向 “数据驱动” 转变，通过智能化、精细化手段提升全流程效率，是钢铁企业降低成本、提高竞争力的有效途径。

展望未来，随着钢铁行业低碳转型的加速推进，石横特钢集团应持续关注行业前沿技术发展。一方面，进一步深化焦炭管理与使用技术的创新，探索更先进的配煤优化算法和焦炭质量在线监测技术，实现焦炭质量的精准控制。另一方面，积极开展氢能炼铁等前沿技术的研究与应用，探索焦炭替代路径，逐步减少对传统焦炭的依赖，推动企业向绿色低碳方向发展。同时，希望本研究成果能够为同类型钢铁企业在焦炭管理与使用优化方面提供有益的参考和借鉴，共同推动钢铁行业的高质量发展。

参考文献

[1] 李迎龙。高炉焦炭质量对炼铁指标的影响研究 [J]. 钢铁，2023, 58 (3): 1 - 8.

[2] 石横特钢集团。炼铁工艺技术规程（2024 版）[Z]. 内部资料.