高炉喷煤的现状及提高喷煤比的措施

高炉喷煤的现状及提高喷煤比的措施

摘要: 本文介绍了国内高炉喷煤现状, 分析了提高喷煤量的限制因素如炉缸热状态，煤粉燃烧，置换比，以及提高高炉喷煤比的措施，通过提高焦炭质量、改善鼓风质量、采用氧煤喷吹、混合喷吹等技术和工艺措施可有效提高喷煤比。

关键词:喷吹煤粉限制因素措施

1 前言

由于受自然资源和技术条件的限制, 我国在今后相当长的一段时间内仍将采用高炉炼铁工艺生产生铁。这是因为非高炉炼铁技术如直接还原炼铁, 目前只有在天然气资源丰富的国家或地区得到较大发展, 熔融还原炼铁正处于开发和完善阶段, 同时, 现有高炉生产能力很大, 还有大量的存量资产, 对现有的焦炉和高炉进行改造, 所需投资远比利用非高炉炼铁技术新建的炼铁设施要省得多。因此, 高炉炼铁技术在炼铁生产中仍将处于主导地位。但是, 高炉生产目前正受到投资、资源、成本、环保和运输等各方面的巨大压力。如何减轻这些压力是推动高炉炼铁继续生存与向前发展的关键。因此, 大力发展喷煤技术, 提高喷煤量是高炉炼铁技术发展的必然趋势。而高炉喷煤对优化高炉生产, 提高其经济效益有很重要的意义, 它可以扩展风口前的回旋区, 缩小呆滞区; 增加煤气中的氢气含量, 改善还原过程; 增加矿石在炉内停留的时间, 提高一氧化炭的利用率; 有利于提高风温和采用富氧鼓风, 对降低焦比和提高高炉的产量有显著效果; 它可以大量代替价格较高的焦炭, 降低生铁成本, 同时富化高炉煤气, 改善钢铁联合企业的能源供应。

2 高炉喷煤的现状

我国高炉喷煤具有较长的历史。进入90年代后高炉喷煤技术有了快速发展, 主要表现在高炉喷煤的一些重要技术问题取得突破, 如: 大高炉喷煤粉分配技术、串联罐软连接连续计量技术、可调混合器调节喷煤量技术、风口单支管煤粉计量技术流化上出料浓相输送技术等。目前, 重点企业喷煤高炉有51座, 占78%, 地方骨干企业喷煤高炉33座, 占28%。全国高炉喷煤总量从1990年的218万t 增加到1997年的638万t, 重点企业高炉喷煤总量达到489万t, 喷煤比达到84Kg/ t, 地方骨干企业喷煤量达到149万t,通过理论研究和生产实践, 确定了所追求的喷吹煤粉的目标: 吨铁燃料消耗500kg以下, 其中焦炭250kg以下, 煤粉250kg以上, 喷煤率(煤比/燃料比100%)达到50%以上。目前, 上述目标只有个别高炉短期内达到过, 如宝钢1号高炉1999年9月月平均焦比达到249. 7kg/ ,t 煤比260. 6kg/,t但燃料比超过了

500kg/,t 为510. 3kg/ t。该高炉1999年全年平均焦比为264kg/ ,t 煤比238kg/,t燃料比502kg/t。目前, 全球还没有高炉能够达到年平均焦比低于250kg/ ,t 同时煤比高于250kg/t 的。

3 提高喷煤量的限制因素

3.1 炉缸热状态

理论和实践表明, 只要高炉下部热量充沛, 上升的煤气通过热交换就能够保证上部的冶炼过程所要求的温度和热量。因此, 炉缸热状态成为高炉生产的关键。表明炉缸热状态的指标有多种,如风口前燃料燃烧的火焰温度(也称理论燃烧温度T理)、焦炭进入燃烧带时的温度Tc、必要的临界炉缸热贮备量等。世界各国炼铁工作者都把T理作为评价炉缸热状态的参数, 并根据各自的原燃料等操作条件和生产业绩, 统计归纳出各种T理的计算式, 以指导生产。应当指出, 各国的生产条件不同, 操作习惯也不同, 因此经验计算式不是万能的, 不能不顾自身条件随意套用。

3. 2 煤粉燃烧

与焦炭相比, 煤粉在风口前的燃烧有其共性也有其特殊性。其共性为同属气固相燃烧反应,反应的热力学和动力学机理相同。其特殊性为:首先煤粉燃烧要经历加热脱气、挥发分着火燃烧和残碳燃烧三个阶段, 而焦炭的前两个过程是在炼焦过程中完成的, 只是挥发分被回收成焦炉煤气, 经清洗, 在用户处燃烧, 因此焦炭在风口前燃烧只进行第三阶段。其次煤粉燃烧需在有限的空间内完成, 即从煤枪出口到燃烧带边缘( 1/3~1/2直吹管、风口小套和燃烧带总长度为2000~ 2500mm) 形成的有限空间内烧完, 否则将作为未燃煤粉被煤气流带入料柱, 而焦炭不受此限制。最后煤粉要在极短的时间内燃烧完。研究表明, 煤粉从煤枪出口到离开燃烧带的时间仅为0. 01~0. 04s。

3.3 置换比

生产中希望尽量提高煤的置换比。煤粉置换焦炭主要靠煤粉中的碳置换焦炭中的碳。在目前高炉炼铁生产中决定焦比的是碳作为热源的作用。

4 提高喷煤比的措施

高炉炉况稳定是喷煤的前提，没有稳定顺行的炉况，喷煤根本无从谈起。在高炉稳定顺行的基础上，通过提高焦炭质量、优化炉料结构、改善鼓风质量、采用氧煤喷吹、混合喷吹等技术和工艺措施来提高喷煤比。

4.1 提高焦炭质量

焦炭质量的提高是提高喷煤比的基础。随着入炉焦比降低、喷煤比及高炉利用系数的提高，焦炭在高炉内滞留时间延长，劣化加剧。因为在高炉块状带负荷加重使焦炭粒度变小，而在软熔带及以下区域受碱金属和熔融铁的侵蚀，CO2 熔损反应时间延长，熔损率提高，焦炭气孔增多变大、强度降低及内部结构遭破坏，粉化加剧，导致料层孔隙率降低，炉内透气性变差，最终破坏高炉炉况稳定，限制了喷煤比的提高。通过优化配煤结构炼焦、采用干熄焦技术、煤调湿技术、焦炉大型化、适当延长结焦时间等工艺及技术措施，可明显提高焦炭质量。济钢通过这一系列措施的实施，焦炭M40 达到86 % ，CRI＜27 % ，CSR ＞66 %，为高炉进一步提高喷煤比打下了基础。

4.2 改善鼓风质量

1）提高风温。高炉大喷煤时，理论燃烧温度降低，适当提高风温可补偿理论燃烧温度，提高煤粉的燃烧速度。生产经验表明，每提高100 ℃风温可补偿T 理70 ℃以上，提高喷煤35 kg/t 左右。2）提高鼓风富氧率。高炉喷煤后，煤粉直接进入风口前高温燃烧区，由于煤粉中所含挥发分和灰分比焦炭中含量高，燃烧所产生的煤气体积必然大于全焦冶炼时的量。全焦冶炼时，一般炉缸每分钟产生的煤气体积约为风量的1.21 倍；而喷煤时，则为风量的1.25 ～1.3 倍，同时燃烧产生的灰分要进入炉渣，使渣量增加，而炉腹煤气体积和渣量的增加，势必恶化高炉下部料柱的透气性而影响高炉内炉料的顺行。由计算可知，在相同的冶炼条件下，喷煤量由零增加到100 kg/t（不富氧），炉腹煤气量增加0.8% ，渣量约增加4.3% 。如果在喷煤的同时富氧可减少炉腹煤气量，有利于透气性的提高。鼓风氧含量提高，氮含量减少，此时虽然风量减少而使鼓风带入物理热有所降低，但由于氮含量减少，使理论燃烧温度升高。另外富氧鼓风时，气相中氧气的分压力增加，这些都能加快煤粉燃烧率，提高煤粉燃烧率。

4. 3 采用氧煤喷吹技术

采用氧煤喷枪喷煤技术，可使喷吹煤粉的燃烧率进一步提高，煤粉利用率大幅度提升。

4. 4 混合喷吹

烟煤和无烟煤及贫瘦煤按一定比例混合喷吹，比单种煤喷吹具有更好的效果。烟煤易粉碎、易燃烧但碳含量低，置换比低，并且挥发分高，对安全措施要求高；无烟煤碳含量高，