CN110257087A - 一种40Kg试验焦炉升温控制工艺 - Google Patents

一种40Kg试验焦炉升温控制工艺 Download PDF

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江鑫
芦建文
李晓炅
付利俊
卢培山
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孙睿
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    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B41/00—Safety devices, e.g. signalling or controlling devices for use in the discharge of coke

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Abstract

本发明公开了一种40Kg试验焦炉升温控制工艺，包括：S1.通过PLC将原程序“800℃恒温10min装炉”改为“800℃恒温时间无限长装炉”，并在升温仪表控制柜上增设装炉后升温启动按钮；S2.将由原操作程序的七段升温优化改进为八段升温，并设置各段的温度、升温速速、升温时间以及电流开度。本发明通过升温曲线控制程序的改进与优化真实客观反映了炼焦煤的质量指标，检测数据准确真实、科学客观，对炼焦单种煤性质鉴定和炼焦配煤试验以及焦炭成本与质量管控都形成了强有力的指导；极大地提高了炼焦煤性质的准确判断与界定，同时会提高配煤的准确性，将会降低冶金焦炭成本、提高冶金焦炭的质量。

Description

一种40Kg试验焦炉升温控制工艺
技术领域
本发明涉及一种40Kg试验焦炉升温控制工艺。
背景技术
焦炭的热态性能(CRI、CSR)已成为炼焦煤及焦炭质量的管控最重要的质量 指标，炼焦煤质量验收中焦炭热反应后强度(CSR)成为关键的核心指标，该指 标准确及时检测的基础是炼焦用煤在试验焦炉内规范合格的冶炼为焦炭。因此， 试验焦炉在炼焦煤质量管控以及资源优化中彰显出愈来愈重要的作用。在配煤 炼焦方案的制定中小焦炉试验是核心，只有使用小焦炉试验才能有效判断配煤 方案的趋势与优劣，进而确定最佳炼焦配煤技术方案。小焦炉试验的关键在于 试验焦炉焦炭的冶炼。
40Kg试验焦炉是现代配煤炼焦试验新近发展的试验焦炉，得到炼焦行业一 致性的认同，其主要优势在于装煤量适中，数据相关性较好，成为配煤炼焦试 验最主要、应用最广泛的炉型。40Kg试验焦炉在使用中逐渐发现存在升温控制 程序不合理，实际操作困难，安全隐患突出，炉体损坏严重；升温控制程序设 置不符合焦炭冶炼成熟规律，检测数据严重失真；分析原因后，其症结在于核 心操作要素试验焦炉操作升温控制程序不合理。
对于原操作升温曲线控制程序存在弊端主要突出体现在三个方面。一是， 800℃恒温10min时间太短，40Kg试验焦炉为下开口装炉，铁箱装炉过程复杂， 操作精度要求高，10min时间难以完成装炉过程；更为致命的是800℃开始装炉 炼焦试验，当10min完不成装炉过程，而此时由于炉门开启碳化室内温度持续 降低，该程序将启动返回程序，重新回到第三段升温，造成了炼焦试验升温过 程的紊乱，对试验数据造成了很大的影响；同时在装炉操作过程中，为了抢时 间，而装煤过程铁箱装煤量较多，如此忙乱中容易造成安全事故，存在安全隐 患；同时装煤对准位置精度要求很高，忙乱可能炉门对位不准致使铁箱磕碰碳化室，对试验焦炉产生损坏，减少焦炉使用寿命。二是，关键升温程序段位不 符合焦炭冶炼成熟规律，冶炼焦炭后，主要检测指标失真。特别是第六段升温 控制程序，半焦转变为焦炭成熟的关键过程，升温速率快，电流开度较大，表 现升温速度快，焦炭收缩剧烈；第七段升温控制程序，焦炭成熟固化阶段1080℃ 恒温690min，焦炭干馏冶炼时间太长，致使焦炭过火，挥发份低，焦炭易碎， 反应后强度低，不能客观真实的反应炼焦煤的性能指标，这对于配煤炼焦生产 以及焦炭质量的管控直至高炉炼铁的稳定生产都将产生一系列巨大的负面影 响。在与20Kg试验焦炉对比试验中，其热态性能指标反低于20Kg试验焦炉， 这在炼焦理论分析上是不成立的，分析原因其根本在于升温曲线设计不科学， 存在严重弊端。三是，由于装炉造成试验焦炉炉膛温度变化频繁且剧烈，同时 高温时间又长，对炉体特别是炉膛造成很大的伤害，缩短了炉体的使用寿命。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种40Kg试验焦炉升温控制工 艺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种40Kg试验焦炉升温控制工艺，包括：
S1.通过PLC将原程序“800℃恒温10min装炉”改为“800℃恒温时间无限 长装炉”，并在升温仪表控制柜上增设装炉后升温启动按钮；
S2.将由原操作程序的七段升温优化改进为八段升温，并设置各段的温度、 升温速速、升温时间以及电流开度。
进一步的，第1段的温度为室温-200℃，升温时间120min，电流开度60％。
进一步的，第2段的温度为200-400℃，升温时间60min，电流开度70％。
进一步的，第3段的温度为400-600℃，升温时间60min，电流开度80％。
进一步的，第4段的温度为600-800℃，升温时间60min，电流开度95％。
进一步的，第5段的温度为800℃，恒温可以无限长，根据具体操作过程中 装炉时间而定，电流开度80％。
进一步的，第6段的温度为800-875℃，升温时间150min，电流开度100％。
进一步的，第7段的温度为875-1050℃，升温时间700min，电流开度100％。
进一步的，第8段的温度为1050℃，恒温80min，电流开度100％。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明通过大量对比试验的研究与分析，升温曲线控制程序的改进与优化 真实客观反映了炼焦煤的质量指标，检测数据准确真实、科学客观，对炼焦单 种煤性质鉴定和炼焦配煤试验以及焦炭成本与质量管控都形成了强有力的指 导；极大地提高了炼焦煤性质的准确判断与界定，同时会提高配煤的准确性， 将会降低冶金焦炭成本、提高冶金焦炭的质量，因此无论从炼焦煤还是焦炭方 面都会产生极大地经济效益和深远的社会效益。科学升温程序的改进，减少试 验焦炉炉体温度急促变化，促进炉膛硅砖SiO2晶形合理膨胀，保护炉膛，极大 的延长试验焦炉使用寿命。实现试验焦炉装煤操作的安全稳定，提高了员工的 安全操作，消除了安全隐患。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1原升温程序机械强度折线图；
图2原升温程序反应后强度折线图；
图3改进升温程序后反应后强度比较图(焦煤)；
图4改进升温程序后反应后强度比较图(肥煤)。
具体实施方式
下表1-3为20Kg试验焦炉与原操作升温程序40Kg试验焦炉对比试验数据。
表1 40Kg试验焦炉原升温控制程序对比试验第一炉
表2 40Kg试验焦炉原升温控制程序对比试验第二炉
表3 40Kg试验焦炉原升温控制程序对比试验第三炉
从上表及图1和图2的数据分析来看，40Kg试验焦炉较20Kg试验焦炉机械 强度(M40、M10)和热态性能(CRI、CSR)均偏低，从炼焦理论分析，出现此种状 态是不合理的，40Kg试验焦炉由于装煤量大，煤料堆密度高于20Kg试验焦炉， 冶炼过程更接近于工业焦炉，因此，焦炭性能指标绝对高于20Kg试验焦炉，这 在炼焦行业已是一种共识，也得到了充足的炼焦实践论证。40Kg试验焦炉出现 这种问题，原因分析中认为主要的因素在于升温曲线控制程序的不合理造成焦 炭过火，性能指标劣化。
本发明的核心思路是针对40Kg试验焦炉升温曲线控制程序所体现出 的弊端，改进与优化升温曲线控制程序，将改进与优化后的升温曲线控制 程序在试验焦炉安装调试后，实施炼焦对比试验验证其效果。实施步骤为， 步骤1，通过PLC程序研究设计与开发和40Kg试验焦炉仪表控制柜电器元 件的技术改造，将原程序“800℃恒温10min装炉”改为“800℃程序恒温 时间无限长、装炉后升温仪表控制柜增设升温启动按钮”的改进优化方案。 改进后，完全克服了装煤时间仓促，升温程序紊乱的弊端，可以有充裕的 时间安全、精准、稳定的完成装炉操作，从根本上保证了检测数据的准确 可靠以及人员和设备的安全。当装煤工作完成后，启动增设的升温控制程 序按钮，设备自动进入下一段升温程序，彻底革除了由于装煤碳化室炉温 下降致返回上一段升温程序的弊端，稳定了焦炭的性能指标质量。步骤2， 通过对炼焦理论和试验焦炉冶炼过程的深入研究以及各种资料的查阅分析，确定了科学的炼焦升温曲线程序，包括升温段数，将由原操作程序的 七段升温优化改进为八段升温、升温速率及时间的优化与改进、升温过程 电流开度的优化与改进等。在改进实践中对试验焦炉控制PLC程序重新设 置，根据冶金焦炭升温变化规律、试验焦炉加热特性的分析与研究，确定 科学的加热电流的开度，使其试验焦炉的加热状态处在一种最佳的升温加 热过程状态，从而保证试验过程中的冶金焦炭冶炼处在最科学升温过程中。 步骤3，改进与优化后的升温曲线控制程序在试验焦炉安装调试后，并空 炉运转后，实施炼焦对比试验验证优化与改进后的实施效果。改进与优化 后的升温曲线控制程序在试验焦炉安装调试后，实施炼焦对比试验验证其 效果。
具体实施方案，操作员工启动40Kg试验焦炉控制柜电源控制开关，再 依次开启控制柜电流、电压控制开关，同时打开电脑控制程序，查看升温 曲线，当达到800℃时，开启40Kg试验焦炉炉门控制器，待下降至适当位 置，以叉车对位将其准确放置炉门上方的恰当位置使之能够收入炉膛。装 炉完毕后，启动控制柜增设升温启动按钮，试验焦炉开始升温炼焦。试验 焦炉依照设定程序开始升温冶炼焦炭，达到规定的15.5h后，开启40Kg试 验焦炉炉门控制器，下降炉门至适当位置，使用叉车将焦炭铁箱取出，熄 焦，清扫炉门后启动40Kg试验焦炉炉门控制器将炉门上升关闭，同时将控 制柜电源开关关闭。
本发明通过升温曲线控制程序的改进与优化真实客观反映了炼焦煤的 质量指标，检测数据准确真实、科学客观，对炼焦单种煤性质鉴定和炼焦 配煤试验以及焦炭成本与质量管控都形成了强有力的指导；极大地提高了 炼焦煤性质的准确判断与界定，同时会提高配煤的准确性，将会降低冶金 焦炭成本、提高冶金焦炭的质量，因此无论从炼焦煤还是焦炭方面都会产 生极大地经济效益和深远的社会效益
具体实施步骤为：
步骤1，通过PLC程序研究设计与开发和40Kg试验焦炉仪表控制柜电器元 件的技术改造，将原程序“800℃恒温10min装炉”改为“800℃程序恒温时间 无限长、装炉后升温仪表控制柜增设升温启动按钮”的改进优化方案。改进后， 完全克服了装煤时间仓促，升温程序紊乱的弊端，可以有充裕的时间安全、精 准、稳定的完成装炉操作，从根本上保证了检测数据的准确可靠以及人员和设 备的安全。当装煤工作完成后，启动增设的升温控制程序按钮，设备自动进入 下一段升温程序，彻底革除了由于装煤碳化室炉温下降致返回上一段升温程序 的弊端，稳定了焦炭的性能指标质量。
步骤2，通过对炼焦理论和试验焦炉冶炼过程的深入研究以及各种资料的查 阅分析，确定了科学的炼焦升温曲线程序，包括升温段数，将由原操作程序的 七段升温优化改进为八段升温、升温速率及时间的优化与改进、升温过程电流 开度的优化与改进等，技术参数详见表4，第5段恒温时间为无限长，根据具体 操作过程中装炉时间而定，是没有时间限定的，此为创新点之一，能够有效稳 定焦炭的性能指标质量。在改进实践中对试验焦炉控制PLC程序重新设置，根 据冶金焦炭升温变化规律、试验焦炉加热特性的分析与研究，确定科学的加热 电流的开度，使其试验焦炉的加热状态处在一种最佳的升温加热过程状态，从 而保证试验过程中的冶金焦炭冶炼处在最科学升温过程中。
表4改进与优化后试验焦炉升温曲线控制程序
步骤3，改进与优化后的升温曲线控制程序在试验焦炉安装调试后，并空炉 运转后，实施炼焦对比试验验证优化与改进后的实施效果。改进与优化后的升 温曲线控制程序在试验焦炉安装调试后，实施炼焦对比试验验证其效果。
通过大量对比试验的研究与分析，升温曲线控制程序的改进与优化真实客 观反映了炼焦煤的质量指标，检测数据准确真实、科学客观，对炼焦单种煤性 质鉴定和炼焦配煤试验以及焦炭成本与质量管控都形成了强有力的指导，试验 数据得到了集团公司的高度认可，成为炼焦单种煤反应后强度(CSR)结算的依 据，充分验证了升温曲线控制程序的改进与优化是成功的，彻底解决了原操作 程序存在的种种弊端。表5-10为优化与改进后的升温曲线控制程序的试验焦炉 不同炼焦煤的对比试验。
表5 40Kg试验焦炉改进升温控制程序后对比试验第一炉
表6 40Kg试验焦炉改进升温控制程序后对比试验第二炉
表7 40Kg试验焦炉改进升温控制程序后对比试验第三炉
表8 40Kg试验焦炉改进升温控制程序后对比试验第四炉
表9 40Kg试验焦炉改进升温控制程序后对比试验第五炉
表10 40Kg试验焦炉改进升温控制程序后对比试验第六炉
从上表5-10以及图3和4中数据分析，将升温程序改进后，对比试验无论 从焦炭工业分析、机械强度还是最为重要的热态强度整体对应性良好，呈现出 一定的趋势性变化规律。证实先进操作法升温曲线符合焦炭冶炼冶炼成熟规律 的要求，试验焦炉冶炼后焦炭检测反应性及反应后强度体现出40Kg试验焦炉冶 炼焦炭优于20Kg试验焦炉冶炼焦炭。
本发明通过升温曲线控制程序的改进与优化真实客观反映了炼焦煤的质 量指标，检测数据准确真实、科学客观，对炼焦单种煤性质鉴定和炼焦配煤试 验以及焦炭成本与质量管控都形成了强有力的指导；极大地提高了炼焦煤性质 的准确判断与界定，同时会提高配煤的准确性，将会降低冶金焦炭成本、提高 冶金焦炭的质量，因此无论从炼焦煤还是焦炭方面都会产生极大地经济效益和 深远的社会效益。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发 明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护 范围内。

Claims (9)

1.一种40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，包括：
S1.通过PLC将原程序“800℃恒温10min装炉”改为“800℃恒温时间无限长装炉”，并在升温仪表控制柜上增设装炉后升温启动按钮；
S2.将由原操作程序的七段升温优化改进为八段升温，并设置各段的温度、升温速速、升温时间以及电流开度。
2.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第1段的温度为室温-200℃，升温时间120min，电流开度60％。
3.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第2段的温度为200-400℃，升温时间60min，电流开度70％。
4.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第3段的温度为400-600℃，升温时间60min，电流开度80％。
5.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第4段的温度为600-800℃，升温时间60min，电流开度95％。
6.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第5段的温度为800℃，恒温，电流开度80％，其中该恒温时间为无限长，根据具体操作过程中装炉时间而定。
7.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第6段的温度为800-875℃，升温时间150min，电流开度100％。
8.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第7段的温度为875-1050℃，升温时间700min，电流开度100％。
9.根据权利要求1所述的40Kg试验焦炉升温控制工艺，其特征在于，第8段的温度为1050℃，恒温80min，电流开度100％。
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