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1、高炉喷吹煤粉技术 王筱留祁成林北京科技大学冶金与生态工程学院钢冶系北京市海淀区学院路30号 100083Tel 13520786882E mail wangxiaoliu2009 提纲 1喷吹煤粉对高炉冶炼的影响2决定高炉喷煤量的因素3进一步提高喷煤量的技术4提高操作水平5结论 1 喷吹煤粉对高炉冶炼的影响 1 1风口燃烧带1 风口燃烧带的重要意义在于 决定煤气初始分布决定炉缸热状态决定上升煤气组成2 风口燃烧带特征参数燃烧带大小长度宽度高度燃烧带形成煤气的组成燃烧带形成煤气的温度影响特征参数的因素 鼓风参数 风口小套参数 图煤气燃烧图 3 煤粉对燃烧带的影响煤粉燃烧特点有限空间 煤枪出口到燃
2、烧带2m多长度上的空间有限时间 0 01 0 04s高速传热 103 106 s 需要完成加热脱气 挥发份燃烧碳化 残碳燃烧三个阶段如果三个阶段依次进行需要4 3s 实际不同煤粉颗粒叠加进行 模拟实验表明 在有限时间0 01 0 04s内煤粉燃烧率在80 左右 影响结果离开风口小套短的鼓风动能增加 影响燃烧带大小和煤气初始分布煤粉的挥发份较焦炭高 元素分析的成分中比较焦炭高 固气燃烧形成的煤气体积增加含H2高煤气成分的计算式 煤粉在有限空间 有限时间内燃烧 造成煤粉不可能在燃烧带全部气化 而产生一定数量的未燃煤粉 未燃煤粉两来源 未来得及烧烬的煤粉 挥发份脱除在全氧高温下裂解放出碳黑 4 煤粉
3、在燃烧带燃烧时 加热脱气分解耗热 燃烧形成的没气量增多 煤粉代替焦炭 使吨铁焦炭量减少 焦炭带入的物理热减少 造成风口前理论燃烧温度下降 降低t理的作用 对无烟煤来说 分别24 26 50 对烟煤来说 前三个原因的作用增大 与全焦冶炼时期相比 分子多了Q喷分 分母多了M AM CAM和C未 这样t理就降低了 经验值为 1 2高炉内的还原喷吹煤粉以后 由于间接还原条件得到改善 有利于间接还原的发展 主要是 风口前形成的煤气中CO H2的数量增加 而且浓度也增加 还原性气体中H2含量增加 H2在还原热力学和动力学上都较CO优越 而且水蒸气置换反应 H2有提高CO利用率的作用 炉内焦炭中才C与CO2
4、反应减少 而这个碳素溶解损失反应是直接还原的组成部分 炉料在炉内停留时间延长 是煤气与铁矿石的接触时间增加 1 3炉内温度场分布炉内温度场分布的特点是 t理下降 中温区的温度和炉顶温度升高1 4料柱阻损变化炉内炉料阻损增加 其原因是 料柱只能够透气性好的 焦炭减少 O C上升 煤气量增加未燃煤粉沉积 沉积在滴落的炉渣中 增加炉渣在滴落带焦炭柱中的滞留率 使滴落带煤气上升的通道减小 阻损增大 沉积在焦炭块的空隙中 降低焦炭的孔隙度 不利于滴落带 软熔带的煤气通过 沉积在块状带的炉料中 同样增加 而影响煤气流分布 甚至影响顺行 2 决定高炉喷煤量的因素喷煤代替昂贵焦炭 有很多优点 集中到一点就是降
5、低吨铁燃料消耗 降低生铁成本 提高效益 大力提高喷煤量成为炼铁工作者的共同目标 但喷煤代替焦炭是有条件的 不顾条件创纪录地提高喷煤量 后果是燃料比上升 煤粉利用率降低 决定喷煤量的因素归纳起来有五个方面 炉缸热状态 煤粉燃烧率 高炉炉况稳定顺行 置换比和高炉操作技术等 2 1炉缸热状态炉缸热状态描述的参数为t理和tC以及保证炉缸热贮的最低热量 在大喷煤下时 最重要的是t理 要保持有良好的热状态 必须t理 2100 50 tC 0 75t理 热贮量 Q 630kJ kHM 如果喷煤量为xkg kg焦 则可通过下式求得所允许喷煤量 t理焦 1 x t理煤x t理min 2100 50 式中t理焦
6、全焦冶炼时的t理 t理煤 全煤时的的t理 两者都可由前面说的t理式计算出来 2 2煤粉燃烧煤粉燃烧是月前喷煤量多少的决定性因素 由于前面叙说的煤粉燃烧特点 风口前必然产生未燃煤粉 虽然未燃煤粉在高炉中可以通过以下反应消化 C未 FeO Fe COC未 MnO Mn CO2C未 SiO2 Si 2CO5C未 P2O5 2 P 5COC未 CO2 2COC未 S CaO CaS COC未 3 Fe Fe3C 但是实践表明 消化能力是有限的 过多的C未将产生以下后果 沉积于炉渣中 增加炉渣粘度而影响滴落带料柱透气性和透液性 沉积于料柱的炉料中 降低料柱空隙度而影响煤气流分布和顺行 被煤气带出高炉而进
7、入炉尘和灰袋灰或污泥及洗涤水中降低煤粉利用率和置换比 生产实践表明 中国的一些高炉 尤其是中小型高炉并未重视这一现象 造成过大的喷吹量使未燃煤粉带出高炉较多 有的布袋灰中含C高达45 以上 成为高灰分的煤粉 浪费了很多能量 2 3炉况顺行 流体力学因素决定高炉炉况顺行的条件是料柱中的r料要大于 P H 在一定的冶炼条件下r料相对稳定 因此决定炉况顺行的是 P H 高炉内不同部位的 P H规律常用厄根公式来描述的 很明显 在块状带起决定作用的事煤气流速 和燃料的空隙度 而在软熔带同样是 和焦窗内焦炭的空隙度 C 在滴落带中还有一个重要因素就是渣铁的滞留率ht 过量的喷吹煤粉 除了煤气量增加而增大
8、 更重要的是C未影响 C 使它们变小而使 P H升高 生产实践表明 过量的喷吹量造成炉况顺行程度变差 轻则中心打不开 边缘气流发展有时还形成管道 重则出现难行 塌料 悬料 这说明料柱承受上升煤气浮力的能力已经达到或者超过极限 炉况不接受这么高的喷煤量 2 4置换比生产中希望提高煤焦置换比 以取得更好的效益 煤粉置换焦炭主要靠煤中C置换焦炭中的C 在现代高炉上决定焦比的它的热源作用 也就是说现代高炉上直接还原仍然过高 需要风口前燃烧很多碳发出热量来供冶炼需求 基于这种情况 我们曾提出以煤粉和焦炭在高炉内放出的供冶炼需求的净热量来计算理论上的置换比 所谓放出的净热量是指煤粉和焦炭扣除在炉内灰分造渣
9、和脱硫后能提供给冶炼过程的多余热量qM和qK 其表达式为 理论值环比 式中 CM AM SM 煤粉中的出C 灰分和硫的质量含量CK AK SK 焦炭中固定C 灰分和硫的质量含量生产中常用差值和置换比来计算 式中 K1 K2喷煤量提高前后的焦比 Kg tM1 M2喷煤量提高前后的煤比 Kg t 对比R理和R差就可得到喷煤效果的差距 实际生产中这种差距有时是很大的 其原因 煤燃烧的煤粉多 带出高炉没被利用的煤粉多置换比本身服从递减规律 随喷煤量的的增加 置换比降低 但递减程度与冶炼条件的改善和操作技术水品的提高而减缓 在大喷煤180 220Kg t的高炉上 煤粉的置换比是下降的 尤其超过200Kg
10、 t以后 置换比下降很大 严重影响喷煤的效果 这时置换比成为限制喷煤量的决定性因素 目前 喷煤量提高导致置换比下降这一事实尚没有引起人们的重视 有些高炉 特别是追求高喷比的企业 喷煤量高达170Kg t 200Kg t 而焦比尚没有下降多少 燃料比升高 被所谓的综合焦比掩盖 即他没有明显升高 我们提高燃料比不升高的前提下 最求合适的喷煤量达到喷煤效果最好 而不是片面追求大喷煤量 我们倡导两个 合适 维持与与原燃料等冶炼条件相适应的 合适 冶炼强度 大力降低燃料比 维持在低燃料比下寻求 合适 喷煤量已达到节能减排 高炉生产实践和研究表明 两个 合适 并不是固定不变的 就是采取已经有成效的技术措施
11、来改善克服前面所说的限制因素来逐步提高 合适 的喷煤量 3 1精料精料是改善高炉冶炼生产条件的基础 是提高 喷煤量 的前提 3 1 1焦炭喷崔煤粉以后 焦炭作为热源和还原剂的作用 部分被煤粉所代替 料柱中焦炭的数量减少 其料柱骨架作用越来越大 现在人们普遍认为 焦炭质量成为 确定高炉炉融大小的重要因素之一限制喷煤量多少的因素之一炉缸工作状态的决定性因素之一喷吹煤粉以后 焦炭的工作条件恶化 承受更剧烈的热应力 碱金属和溶损反应的破坏作用 3 进一步提高喷煤量的技术 从表中数据可以看出 焦炭质量要特别重视其热态性能CRI和CSR 法国人的CSR与燃料比 煤比炉腹煤气量与炉内压力降 P风 P顶 的比
12、值关系 充分说明配煤后对焦炭热性能的要求 还要提出两点注意 焦炭的热态性能对滴落带内渣铁滞留率由很大的影响 研究表明风口焦粒度变小将增大渣铁在滴落带内的滞留率 影响滴落带焦柱的透气性和透液性和炉缸的活跃程度 控制焦炭和煤粉中的碱金属的数量和入炉总量 K2O NaO会破损焦炭导致滴落带和炉缸焦粉率增加 影响滴落带和炉缸工作状态 一般要求 燃料中的碱金属含量因小于1 最大不超过1 5 入炉总量控制在2 5 国外 3 国内 3 1 2煤粉一般地说 喷吹煤粉使用企业最易于获得的当地煤炭 但是要达到喷吹量150 200Kg t时 还需要提高煤粉喷吹的工艺性能 主要有 煤粉的灰分与硫要低于焦炭煤粉的胶质层
13、要薄Y 10mm 灰熔点要高于1500 防止喷吹时堵煤枪口和风口小套着火温度要低和反应性要高 以提高煤粉的燃烧率和在炉内消化煤粉的流动性要好 便于输送 不因输送困难而影响喷煤量煤的可磨性要好 降低制粉成本单一煤种难于满足上述工艺性能的需要 现在高炉上常采用混合煤 即将无烟煤和烟煤按一定比例制取挥发分20 2 的混合煤 3 1 3含Fe炉料含Fe炉料的精以适应高喷煤量的要求 建议从以下四个方面来衡量 1 渣量一般要求 300Kg t 灰分11 5 12 0 S0 5 0 7 时 矿石的入炉品位要达到58 5 以上 2 成分稳定TFe 0 2 不超过 0 5 烧结矿碱度 R 0 03 不超过 0
14、05烧结矿FeO FeO 0 5 不超过 1 0 粒度均匀天然矿8 30mm 5mm不超过4 烧结矿 50mm的 10 5mm的 3 球团矿9 16mm3 冶金性能强度烧结矿转鼓强度 70 对大型高炉要达到80 还原性900 的85 90 天然矿70 低温还原粉化国标 3 15mm 65 国标 3 0mm 35 软化性能尚无标准要通过实测判别4 充分发挥以针状铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿 SFCA 的优越性搭配一定数量的含MgO酸性球团矿或天然矿 3 2鼓风质量实质上 鼓风也是高炉炼铁的气态原料 也需要提高其质量以适应低燃料比高的适宜的喷煤量的要求 3 2 1高压高压操作指的是生产中炉顶煤气压
15、力超过0 03MPa时的冶炼操作 现代高炉的炉顶压力已达到0 25 0 30MPa 高压后炉内煤气的实际体积变小 煤气流速下降 从而s使炉内的也降低 其效果使冶炼强度提高 产量上升 焦比下降 相应的为 P2 3KPa 100KPa I1 0 2 0 平均1 5 10KPa H1 0 3 0 平均1 8 2 0 10KPa K0 2 1 5 平均0 8 1 0 10KPa当顶压超过0 12MPa时 可利用余压发电 TRT 技术 回收炉顶煤气的压力能 可回收30 50KWh t 应该强调的是提高顶压后 提高了高炉料柱中未燃煤粉的消化能力 有利于提高合适喷煤量 3 2 2高风温将入炉风温提高到120
16、0 可以达到节焦3 100 和补偿喷煤分解耗热 维持必要的炉缸热状态 每100 风温可提高t理喷煤量增加30Kg t在提高风温的问题上 需要重视两个方面的技术并大力推广这两项技术在热风炉拱顶温度1350 的条件下获得稳定的1200 1250 的风温的技术3 2 3富氧富氧后 由于鼓风中O2浓度增加 N2浓度减少 因而燃烧率单位燃料产生的煤气量减少 富氧成为了强化高炉冶炼 提高产量的重要手段 在富氧21 到25 的范围内增产率3 5 O2 对喷煤来说富氧是补偿喷煤后t理下降的措施 每1 富氧可提高t理45 50 可使喷煤量增加20 25Kg t 由于中国制约成本相对较高 富氧将提高生铁成本 所以一般将富氧平衡维持在3 0 3 5 不超过5 中国富氧的另一个问题是没有高炉炼铁专用制氧设备 大部分使用炼钢全氧 不仅价格贵 而且供氧不稳定 影响炉缸热状态的稳定性 3 2 4脱湿鼓风加湿还是脱湿争论了几十年 在现今的高炉炼铁条件下 富氧3 左右 风温1200 1250 喷煤150Kg t以上 可以肯定地说 鼓风应脱湿而不是加湿 中国沿海地区 南方湿度大而且波动大的地区 以及昼夜温差大的地区 应采
