高炉喷煤

提高喷煤量的技术措施

1.前言

喷吹煤粉是高炉节能降焦,降低成本的核心技术,也是炉况调节的重要手段。一方面,喷吹以资源丰富、价格低廉的煤粉代替昂贵且日渐匮乏的冶金焦,可有效降低焦比及生铁成本；另一方面,高炉喷煤降低了炉缸理论燃烧温度,为高炉富氧鼓风和高风温冶炼创造了条件,可实现高炉的进一步强化；不仅如此,高炉喷煤还可作为灵活的热制度调剂手段。

近年来随着主焦煤资源的日益匮乏和钢铁企业炼焦能力的不足,高炉喷吹煤粉技术得到了较快的发展,主要钢铁企业喷煤比已达到150kg/t左右,但与先进水平300kg/t还存在差距。随着技术的不断进步,进一步提高和稳定喷煤比成为我国高炉炼铁技术发展的主流。因此,提高高炉喷煤量的研究具有重要的现实意义。

2.提高喷煤量的限制因素和技术措施

高炉提高喷煤量，特别是在150～170kg／t煤比基础上提高喷煤量,由于喷煤对炉况和高炉冶炼过程的影响较大,高炉是否稳定接受更高的喷煤量，存在许多限制因素。分析认为主要有以下四个方面：炉缸热补偿和煤粉燃烧率、上下部调剂和气流分布控制、焦炭质量、渣比。

2.1炉缸热补偿与煤粉燃烧率

如图1所示，随喷煤比增加，风口前理论燃烧温度Tf值明显下降。为保证炉缸热状态需要，欧洲、日本一般要求Tf在2000-2100℃以上。采用高风温、低湿分、富氧鼓风是增加热补偿的有效措施。图2所示，1998—2004年，宝钢高炉采用1240—1250℃的高风温、最低7—9g／m3的鼓风湿分、2％—3％的富氧率鼓风操作，使喷煤比200-230kg／t时Tf值(按改进的新日铁经验式计算)仍维持20000C以上。生产实际表明，Tf值控制在20000C以上，能够保证炉温充沛、炉缸热状态正常。

高风温是增加喷煤热补偿的重要手段，每提高1000C风温可补偿Tf值600C 以上。风温低于11000C的高炉，应大力采用高风温热风炉先进技术和控制技术，使风温达到1200℃以上。富氧既是提高产量的手段，也是增加喷煤热补偿的

重要措施。每富氧1％，可补偿Tf40～500C。宝钢高炉近几年为保持高利用系数、200kg／t煤比操作，将富氧率提高到3％—5％。制氧能力富裕的厂家应尽可能通过富氧鼓风手段提高利用系数和增加喷煤量。喷吹烟煤或喷吹烟煤配比较高的煤粉，因烟煤分解吸热量大，炉腹煤气量大，比喷吹单一无烟煤使Tf下降更多，相应需要增加更多的热补偿量。

图1 宝钢高炉Tf值与喷煤比的关系

图2 喷煤比与风温、富氧率的关系

因在回旋区内停留时间极短，高煤比操作时煤粉不可能在风口前完全燃尽，未燃煤粉产生量如超过高炉以各种途径消化利用的能力范围，引起高炉压差超限、炉况波动，炉尘含碳量大幅度升高和高炉燃料比上升，甚至炉缸不活，则此时风口前煤粉燃烧率是增加喷煤量的主要限制环节。宝钢高炉风口取样分析计算表明]1[，喷煤量175kg／t和210—230kg／t时，回旋区内煤粉燃烧率分别为84.9％和70.5％～72％，这表明增加喷煤量使风口前煤粉燃烧率显著下降。未燃煤粉对高炉的直接影响是使料柱、软熔带和死料柱的透气

性变差，所以，高煤比操作必须保证风口前70％—80％的较高燃烧率。提高喷煤量，首先要解决煤粉分解的热补偿和残炭燃烧问题，增加热补偿的手段同时也是强化煤粉燃烧、提高燃烧率的手段。高风温可加快煤粉热分解和着火，这对促进燃烧非常重要，是提高燃烧率应优先采用的手段，这对供氧不足厂家的高炉更为有效和实际。此外，提高煤粉燃烧率需要增加氧量和改善煤、氧混合扩散条件。高煤比需要高富氧，喷煤180～200kg／t时，富氧率一般应维持在3.0％左右。在直吹管、风口有限空间内，理论上，采用单独氧枪(在煤枪下游、更接近风口前)比使用氧煤枪对提高燃烧率有效，国内外实践看，这两种方法未证明对提高喷煤量有显著作用(可能该高炉提高喷煤量的限制环节不是煤粉燃烧率)，因为氧气温度低(常温久扩散快，故未能达到理想的氧煤高效燃烧效果。实际上，在煤粉燃烧过程中，预热、升温、分解、着火阶段主要需要热量而不是氧气，所以除高风温外，加强煤粉与热风的混合也非常重要。在直吹管使用双枪喷煤，可以强化煤粉的扩散和与热风的混合，加快煤粉热分解和着火，因此具有一定的效果，在宝钢集团梅钢高炉上使用较好，喷煤量达到180kg／t。而且该方法比使用单独氧枪或氧煤枪安全、简便。添加助燃剂是强化煤粉燃烧、提高燃烧率和增加喷煤量的另一途径，对风温低、富氧率低，特别是喷吹无烟煤或烟煤配比较低的高炉，此措施有一定的效果。但添加剂应助燃作用强，配入量少，K／Na元素含量少，混配处理方便，其成分应对高炉造渣和长寿无不良影响。

克服煤粉燃烧率的限制，增加喷煤量，最主要的措施是采用12500C高风温、2％—3．5％较高富氧率鼓风。富氧对喷煤的有利作用是多方面的，可提高理论燃烧温度，提高煤粉燃烧率，减少炉腹煤气量(降低风压)，提高热流比(降低顶温)，增加产量，因此要创造条件实现富氧鼓风操作。

2.2上下部调剂和气流分布控制

提高喷煤高炉的操作水平，使高炉具有接受更多喷煤量的能力和条件，喷煤冶炼操作技术是提高喷煤量的重要方面。国外一些原燃料条件好的高炉采用过多种措施以增加喷煤量，但实现200kg／t以上高煤比操作仍较困难，可能与其操作技术不匹配有关。

由于块状带矿焦比升高，炉料负荷增大，焦炭层变薄；软熔带焦窗面积减小；焦炭物理化学破坏程度加大，风口区和死料柱焦炭床透气性变差；风

口前煤粉燃烧使炉缸煤气量增大，风压升高，高炉各部位压差上升，随喷煤量提高，高炉整体透气性下降。如图3所示，宝钢高炉煤比超过180—200kg／t后，高炉的K值(透气性指数， p2-Tp2)／BG)呈显著升高趋势。操作上如不能合理调整上下部控制参数，不能改善气流分布以陶氐风压和压差、K值，造成炉况不稳定甚至崩滑料不断，则继续增加喷煤量将受到限制，此时限制环节在操作上。在原燃料质量基本稳定、炉况良好条件下，操作技术水平(特别是控制稳定、合理的煤气流分布)是关键。高炉气流分布控制得好、K值稳定且低于上限，可显著提高高炉喷煤量的能力。大部分煤粉靠近风口燃烧，煤气量增大，同时由于焦炭在风口前粉化和死料柱表面焦粉和未燃煤粉积聚量增加，死料柱透气性显著下降，加上死料柱更新减慢，体积扩大，使风口循环区缩短(宝钢高炉喷煤量由170kg／t增加到200kg／t以上时，回旋区深度由2．2m缩短到1．7m)。2000m3以上的高炉，其煤气流分布表现为边缘气流发展，中心气流不足，炉墙热负荷增加。

图3 提高喷煤量对透气指数K值的影响

下部调剂应控制适当的风速(200m／s以上)和高的鼓风动能，以保持一定的循环区长度，发展中心气流，激活死料柱，活跃炉缸，这对于高煤比操作是至关重要的。在一定的富氧率下，宝钢通过缩小风口面积或使用长风口，保证喷煤200kg／t以上时250m／s左右的较高风速，以保持风口循环区1．7～1．8m长度，为上部布料调整改善气流分布创造了基础条件。

通过上部布料调剂形成合理的煤气流再分布，以降低压差、改善透气性，