喷煤技术

3.5 操作中出现的几个问题

3.5.1 负荷的调剂试验初期，焦炭负荷上行较多，试验基准期，焦炭负荷维持在

4.2左右；第一阶段焦炭负荷4.6左右；第二阶段焦炭负荷4.65左右。由于本次试验以增大煤比为主要目的，喷煤量固定，故在炉温控制上难度较大。在稳定炉温基础上适当调整煤量，是增大煤比后的主要操作手段。同时要早动少动，尽量避免炉温的大起大落。

3.5.2 喷煤量与风的匹配关系高炉增加煤量以高炉能接受为原则，当入炉风量小、无氧时，大量未燃煤粉随煤气进入炉尘，降低煤粉燃烧率。

3.5.3 铁水质量的控制本次喷煤试验，一级品率下降较多，除与炉缸工作状态有关外，炉渣粘稠、脱硫效率低是主要原因。要提高一级品率，一方面要适当提[Si]，另一方面要抑制边沿气流。

4 结论

4.1 此次大喷煤量攻关，最大煤比140kg/t,入炉焦比降低25kg/t。由于措施得力，炉况实现了稳定，为增产降耗探索了一条可行之路。

4.2 煤量增加后，边沿气流较基准期发展，中心气流减弱，炉况出现不稳定。解决的关健是增大鼓风动能，增加料柱中心的透气性，要加强对原燃料的筛分工作，降低入炉料含粉率。

4.3 从氧过剩系数的计算可以看出，1#高炉煤比增至140kg/t后，氧过剩系数已至1.05，要保障煤粉燃烧，富氧率应不低于0.70%。

4.4 随煤比增大，炉温把握困难，在负荷调剂上要注重一个勤字；在风小、无氧时，要临时减少煤量；对炉缸出现的问题要及时处理。

4.5 增大煤量后，炉渣渗透性变差，脱硫效率降低，采取提高炉缸热容，降低炉渣粘度，炉温控制不小于0.45%等措施，消除了对炉缸产生的不良影响。

3.1 增大喷煤量后煤气流的变化

近几年的理论研究和生产实践表明，高炉增加喷吹煤粉量后，有的高炉使中心气流发展，而有的高炉则使边缘气流发展。1#高炉增大喷煤量后，炉况表现呈如下状态：

（1）煤气曲线：基准期边中差控制4.5%，第一阶段前3天边中差平均3.4%，第3天（5月7日）采取压边措施，白班提100mm焦料线（1#高炉采用分装打料，矿批13.1t，矿焦线1100mm/1000mm）、矿焦线1100mm/900mm打料；第二阶段基本以矿焦线1100mm/900mm打料。

（2）炉况稳定性：在加煤过程中，第一阶段出现稳压一次，两次小的塌料。5月16日夜班（0时～8时）第1批扩矿批13.1t增重为13.5t,3：45炉顶出现连续爆震，3：53减风稳压，27批将矿批缩至131t,炉况基本稳定。

（3）风口表现：本次试验过程中，1#高炉14个风口表现圆周气流均匀，风口明亮，但深度不够；进入第二阶段，风口有时出现粘结大块，对稳定炉温造成一定困难，渣口渣温不足。

以上表现说明1#高炉增大喷煤量后，边沿气流较基准期发展，中心气流难以吹透。

造成气流分布变化的另一个原因是料柱中焦炭量减少，矿焦比增加，使料柱透气性恶化，单位体积料柱重量与炉料作用于回旋区的有效正压力增加，同时部分煤粉进入风口后快速燃烧，使回旋区变小，形成边沿气流较基准期发展。

矿焦比增加较多，料柱透气性恶化加剧，必须具有较高的鼓风动能和较低的煤气量，才能满足合理煤气流分布和顺行的要求。而事实上1#高炉长期风量小，不利于打开中心。经计算，1#高炉增大喷煤量后炉腹煤气量增加20%。炉腹煤气量的增加，必须在炉况调剂上保持煤气有良好的通道，确保炉况的稳定顺行。

3.2 理论燃烧温度变化

高炉增大喷煤量后，在其它因素不变的条件下，理论燃烧温度会降低，将使煤粉在风口前燃烧不完全，料柱加热不足而炉凉。根据理论燃烧温度计算公式可计算出基准期与试验期理论燃烧温度变化：

t

理＝（Q

碳

+Q

风

+Q

燃

-Q

水

-Q

喷

）/CV （1）

式中t

理

—理论燃烧温度,℃；

Q

碳

—风口前燃烧成CO放出热量，kJ；

Q

风

—鼓风带入热量，kJ；

Q

燃

—炽热焦炭带入热量，kJ；

Q

水

—鼓风和喷吹物中水分解吸热，kJ；

Q

喷

—喷吹物分解热，kJ；

C—炉缸煤气热容，kJ/（m3℃）；

V—炉缸煤气量，m3。

经计算，基准期：t

理为2136℃；第一阶段：t

理

为2123℃；第二阶段：t

理

为2108℃。

3.3 未燃煤粉的行为

煤粉燃烧研究和国内外高炉喷煤实践表明，在高炉喷煤的条件下，煤粉在喷枪出口到离开风口前燃烧带的短暂时间内，100%气化是不可能的。不仅部分煤粉不能完成气化的3个阶段，而且已气化的煤粉在气化过程中还不可避免地产生抗表面氧化能力很强的碳黑微粒。这些未燃煤粉和产生的碳黑微粒随煤气离开燃烧带上升进入滴落带、软熔带，甚至块状带。少量的煤粉和碳黑在上升过程中，有可能在冶炼阶段被吸收或进一步气化，途径有：

(1)遇滴落的炉渣或进入炉缸的渣层中，煤粉或碳黑可作为（FeO）或少量元素氧化物还原的还原剂，即：

（FeO）＋C→［Fe］+CO

(2)遇到滴落的铁珠或未熔的海绵铁，可被吸收成为渗碳或形成Fe

3

C等。

(3)吸附在炉料（矿石、焦炭）表面或空隙中，则可与煤气中的CO

2

反应而转化成CO，即：

+C→2CO

CO

2

这在某种意义上保护了焦炭，降低了焦炭中碳的溶解损失反应，使焦炭强度不降低或减轻降低程度。吸附在熔剂表面的，也可以发生C与熔剂分解出来的反应形成CO。

CO

2

(4)吸附在焦炭表面或空隙中的，随焦炭进入燃烧带而与鼓风中的O

氧化。

2通过以上途径吸收或气化的未燃煤粉和碳黑微粒，不会给高炉冶炼过程带来不利作用。但大量煤粉如不能被气化而随煤气进入料柱或炉缸，将产生许多不利作用，甚至影响高炉稳定、顺行。例如：

（1）大量进入炉渣超过直接还原所要求的数量，以悬浮状存在于炉渣中，会增加炉渣的粘度。试验第二阶段1#高炉炉渣出现温度不足，流动性差。5月23日（8时～16时）班，［Si］持续下行，实际［Si］降至0.30%，在炉温超下限情况下，操作工长加煤至7.0t/h，造成炉缸急剧恶化，渣口带铁严重。

（2）少量附着在炉料表面和空隙中，会降低料柱的孔隙度，恶化煤气上升过程中的动力学条件，也就是煤气通过料柱时阻力增加。1#高炉表现中心气流难打开、边缘气流易发展的现象，与未燃煤粉的碳黑随气流上升而沉积在料柱的中心部分，使其透气性变差有很大关系。

（3）未燃煤粉随炉尘吹出，随煤气进入洗涤塔，增加了炉尘含C量，使洗涤塔水变黑。试验第二阶段，洗涤塔水出现大量漂浮的碳黑。

因此在生产中，提高煤粉在风口前燃烧带内的燃烧率（气化率），是提高喷吹量的重要课题。1#高炉提高喷煤比后，中心气流较死，上部采取压边开中心的措施，调整边沿气流与中心气流的分布，在一定程度上提高了燃烧率。

2.4 风口回旋区

风口回旋区的焦炭块度不一，它们在此被鼓入的热空气带动强烈地回旋并且燃烧,为高炉提供热能和还原气体CO。回旋区的外围因鼓风动能和炉料移动关系，焦炭以不同状态分布在整个风口区域，如图1所示。区域1为回旋区，焦炭在此处燃烧，温度约2000℃。区域2是块度较大的焦炭，它是供作回旋区燃烧的焦炭来源，这部分焦炭称为炉腹焦。区域3是已经在回旋区燃烧过的焦炭，称为回旋区焦炭。区域4在整个

回旋区焦炭下方，它是一个很紧密的结构，有碎裂的小粒焦块，同时夹杂因重力流下的液体渣和铁，称为雀巢焦。强度好的焦炭，雀巢焦层不大，数量也不多，但易碎裂的劣质焦炭则因雀巢焦量多且易向中心偏移，导致碎焦充满料柱的空隙，影响渣铁液滴向下正常渗透。雀巢焦层的下方是大块的焦炭区域5，由中心料柱呆滞层焦炭移动和风口与风口间的焦炭堆向下移动所形成。区域6是呆滞层焦炭，它始终处于稳定状态，直到碳素完全溶解，灰分进入渣中为止。

图1 风口回旋区周围的焦炭

焦炭从进入高炉开始，直到风口区前历经各种热力和化学过程，优质的焦炭保持一定的块度是回旋区正常的重要条件。减少雀巢焦的数量，增加炉腹焦的数量，将为提高料柱的透气性以及高炉的顺行创造有利的条件。只有热反应性能好的焦炭才能保证炉腹焦的数量和质量。

3 生产实例

济南钢铁集团总公司1750m3高炉于2003年9月投产后，自产焦供应明显不足，因此外购一些焦炭用于小高炉的生产。使用外购焦后小高炉的炉况随之出现了一些问题，悬坐料次数增加，风量不足等，造成炉况难行。通过焦炭的热性能测定，发现外购焦的热性能明显不如自产焦。检测指标见表1。

表1 焦炭热性能检测指标%

此外，由于外购焦的产地不同，焦炭的质量也不相同，品种的变化也将引起炉况的变化，造成高炉难行，给高炉操作带来难度。表2是某350m3高炉使用外购焦前后部分指标的对比情况。

表2 某高炉使用外购焦前后部分指标

注：以上为季度指标比较。

4 结论

4.1 焦炭的料柱骨架作用对高炉顺行有重要影响，而焦炭的热反应性能决定着焦炭这一作用的发挥。高炉的透气性不好，造成高炉难行。风量不足，喷煤量不高，崩、悬料增加，风渣口损坏多，导致高炉生产指标下降。

4.2气化反应后的焦炭因失重而产生裂缝，同时气孔壁变薄而失去强度。如果焦炭的反应性过大，反应后的强度也将受到影响，产生较多的碎焦和焦粉，势必恶化高炉的透气性。

4.3焦炭的气化反应从软熔带开始，其反应程度直接影响着滴下带及风口回旋区的工作状况。软熔带产生的碎焦和焦粉多，进入滴下带的碎焦和焦粉也多，风口回旋区的雀巢焦就多，高炉的透气性就差。对于高炉顺行来说，希望焦炭的热反应性小些，反应后强度高些。

无计划长期休风送风后，采取堵风口以维持慢风状态下合适的风速，随着炉况的好转逐步捅风口加风的恢复炉况方法利于在低风量下吹透炉缸中心，改善了炉缸的工作状况。此方法还维持了合理的初始煤气流分布。这种方法值得借鉴。