我国高炉喷煤技术的发展

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1、我国高炉喷煤技术的发展我国高炉喷煤技术的发展马继波，方贻留 （济钢集团有限公司生产部，山东济南 250101） 摘要摘要 论述了我国高炉喷吹煤粉技术的发展过程，分析了提高高炉喷煤的措施，通过提 高焦炭质量、改善鼓风质量、采用氧煤喷吹技术、混合喷吹等技术和工艺措施可有效提 高喷煤比。 关键词 高炉；喷煤技术；提高措施 Technical Development of Pulverized Coal Injection of Chinas Blast Furnaces MA Ji-bo，FANG Yi-liu (Produce Department of Jinan Iron Pulverized

2、 coal injection technical; increasing measures1 前言前言我国煤炭资源丰富（探明储量约 10023 亿吨） ，但炼焦煤资源只占其中的 25.28，而强 粘结性的主炼焦煤（焦煤+肥煤）又不到炼焦煤资源的 40。随着钢铁工业的迅猛发展，炼 焦煤供应日益紧张，焦炭和炼焦煤价格节节攀升，炼铁成本升高。发展高炉喷煤技术可以用 资源广泛的非结焦性煤（无烟煤、烟煤、贫瘦煤等）部分置换昂贵的焦炭，保护日益紧缺的 炼焦煤资源，有着巨大的经济效益和社会效益。2 我国高炉喷煤技术的发展我国高炉喷煤技术的发展S. M. Banks 于 1840 年提出高炉喷吹无烟煤粉的设

3、想，但直到 20 世纪 60 年代，世界上 一些国家才开始研发高炉风口喷吹煤粉的工艺，世界上首套现代化工业性煤粉喷吹装置在美 国 AK 钢公司的 Bellafonte 高炉 (容积 1488m3) 上投人使用。我国是开发高炉喷煤技术较早 的国家，1964 年 3 月，首钢 1 号高炉（容积 576m3）喷煤系统建成投产，这是我国第一套投 入生产的高炉喷煤装置；济钢于 1966 年建成一套简易喷煤装置并陆续实施喷煤；鞍钢也先 后在高炉上进行了工业性试验。但随后我国高炉的喷煤技术的发展出现了一段停滞期。目前， 我国先进企业的年均吨铁喷煤指标也已达到 200kg/t 以上，但整体上与国际先进水平相比

4、仍 有不小差距1,2。 2.1 无氧喷吹煤粉 我国早期喷煤大多是无氧喷吹无烟煤，虽然首钢曾创造过 150 kg/t(6 天平均)的记录，但 无氧喷吹时，高炉喷煤量一般低于 50kg/t。首钢高炉所喷煤种为阳泉无烟煤，初期煤粉粒度 较粗： 2 mm 者达 5%，1 一 2 mm 占 20%，其余为 1 mm 粒级；1965 年年末起开始细磨， 煤粉平均粒度0.2 mm，其中0.088 mm 的达 87%。与无烟煤相比，烟煤具有可磨性好、燃烧性能好、资源广泛、价格低廉等优点。鞍钢于1964 年 4 月进行了高炉试喷烟煤，但由于出现喷吹罐下部煤粉自燃导致爆炸，试验没有成功。 出于安全的考虑，大中型高

5、炉喷吹烟煤的进程停滞了很长一段时间。直到 1978 年 6 月，首 钢才在容积 23 m3实验高炉恢复了高炉喷吹烟煤的试验研究，试验共持续了 3 个月，选用了 挥发分高达 32.5%的烟煤，并取得吨铁喷吹 123 kg/t 烟煤的实绩3。70 年代末，马钢在 300m3以下的高炉上进行了 3 年多烟煤喷吹工业试验，并于 1981 年 10 将烟煤喷吹装置月正 式投人运行。 2.2 富氧喷吹技术 富氧鼓风可以提高理论燃烧温度，提高煤粉燃烧率，改善高炉透气性，这是广大炼铁工 作者在长期不懈的实践中得出的结论。1966 年 1 月，我国在首钢 1 号高炉首次进行了富氧鼓 风喷煤试验，富氧率从 1.9

6、%逐渐增至 4.2%，吨铁喷煤量最高达到了 333.2kg/t，最终取得了 喷煤 246 kg/t ( 5 个月平均值)、焦比 365 kg/t、高炉利用系数 2. 264 t/(d.m3)的辉煌成绩。单就 喷煤量而言，这样的成绩在今天也可与世界最先进的高炉相媲美。停滞了 20 年之后，鞍钢4 于 1986 年和 1987 在炼铁厂 2 号高炉上进行了两期富氧喷煤工业试验，最高富氧率 7.59%( 5 天平均)，最大煤比 170.2 kg/t，焦比 439.5 kg/t。 2.3 氧煤喷吹技术 氧煤喷枪喷煤技术的出现使喷吹煤粉的燃烧率进一步提高，煤粉利用率大幅度提升。在 国内几近停滞的十几年中

7、，国外的高炉喷煤技术有了长足的进步，氧煤喷枪喷煤技术已经非 常成熟并推广普及。而我国直到 1992 年 3 月才首次在包钢 1 号高炉(有效容积 1 513m3) 部分 风口(最多时有 14 个风口)应用氧煤喷枪喷煤技术。1993 年 6 月 26 日至 9 月 4 日在 1 号高炉 的 15、16 号风口再次试用了北京钢铁研究总院研制的新型氧煤喷枪，其单枪氧流量210225m3/h，通煤量 1.21.8 t/h，使用寿命 6075 天5。攀钢 1 号高炉(有效容积 1200 m3)和 鞍钢 3 号高炉(有效容积 831m3)于 1994 年先后试用过氧煤喷枪。攀钢 1 号高炉有 12 个风口

8、 使用氧煤喷枪，鞍钢 3 号高炉有 10 个风口使用了氧煤喷枪。2003 年，沙钢为 2 座新建 2500m3高炉引进了 Kuttner 型二手氧煤喷枪，这是我国引进氧煤喷枪技术的首次报道。 2.4 引进国外喷煤技术 引进国外比较成熟高炉喷煤技术具有较好的经济效益。1992 年 5 月中国宝钢 2 号高炉 引进日本川崎公司的主要技术和设备，其流程为双系列三罐串联多支管上料工艺，设计喷煤 能力 72 一 120 kg/t，这是中国大陆第一个从国外引进喷煤技术（1988 年 3 月台湾中钢 2 号 高炉(有效容积 2850m3)从美国阿姆科公司引进一套设计吨铁喷煤能力为 75 kg/t 的高炉喷煤

9、 装置） 。经过技术改造，宝钢 2 号高炉目前的实际喷煤指标约为 180kg/t。此后，技术引进加 快了步伐，沙钢、上钢、重钢等一批钢厂引进或部分引进采用了 90 年代以后的喷煤技术， 喷煤设计指标多为 200 kg/t 左右。武钢 4 号和 5 高炉设计喷煤指标高达 250 kg/t，但不易达 到设计值。3 提高喷煤比的措施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、采用氧煤喷吹技术、混合 喷吹等技术和工艺措施来提高喷煤比。 3.1 提高焦炭质量 焦炭质量的提高是提高喷煤比的基础。随着

10、入炉焦比降低、喷煤比提高及高炉利用系数 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融融铁的侵蚀，CO2溶损反应时间延长，溶损率提高， 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，CRI27，CSR66，为高炉进一步提高喷煤比打下了基础。 3.2 改善鼓风质量 提

11、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6。 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，因此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

12、，喷 煤量由零增加到 100kg/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 的同时又富氧可减少炉腹煤气量，有利于透气性的提高7。 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。 3.3 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。 3.4 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

13、分高，对安全措施要求高；无烟煤碳含量高， 挥发分低，但灰分高，不易燃烧，且煤质硬难粉碎。贫瘦煤介于二者之间，但价格高。三种 煤或两种煤混合后，可扬长避短发挥各自的优势，实现喷煤比的提高。4 结语结语目前喷煤技术开始从单独追求高喷煤量，向提高喷煤量同时追求高置换比发展，高炉喷 煤的最终目标是实现综合燃料比的降低，因此，研究回旋区条件下煤粉的燃烧过程，开发高 效喷煤助燃剂，最大限度地提高煤粉在风口区域的燃烧率和喷煤置换比，是当前喷煤技术攻 关的课题。实现吨铁 200kg 以上煤粉、综合燃料比 500kg 以下，是实现低能耗炼铁的最终目 标。参 考 文 献 1翁宇庆.我国冶金工业在新世纪最初几年的科

14、技进步.钢铁，2004,(1):1 一 8. 2王凤林.国内外高炉喷吹燃料的现状及动向.炼铁, 1983,(1):63 一 67. 3廖希贞, 王立声, 晏伟.高炉喷吹烟煤.钢铁, 1979,(4):11 一 17. 4成兰伯, 高光春, 马树涵.鞍钢 2 高炉富氧大喷吹冶炼试验.钢铁, 1988,(11):1 一 10. 5汪大宏, 徐守信, 杨天钧等.氧煤喷枪的研制和应用.炼铁, 1993,(2):7 一 11. 6孔凡朔.济钢喷煤技术进步.山东冶金, 2005,(1):9-11. 7王筱留.提高高炉喷煤量的措施.鞍钢技术, 2007,(1):1-6.作者简介：马继波（1976-） ，男，2008 年毕业于哈尔滨工业大学，硕士，工程师，从事煤焦工艺和生产管理工作。