喷吹煤粉对高炉冶炼的作用

喷吹煤粉对高炉冶炼的作用

传统的高炉炼铁燃料是焦炭，但良好的焦炭资源有限，炼焦对配煤的品种与质量要求又很严格，焦炉设备复杂，投资巨大，因此焦炭价格昂贵。多年来，人们企图从两个方面解决这个问题，一是改革炼焦工艺，如使用型焦、热压焦、煤预热、用黏结性煤代替部分或全部焦煤。这能缓和焦煤资源的不足，却使焦价格更加昂贵。二是寻找代用品，主要是风口喷吹燃料。

60年代初，国内的高炉开始试喷重油，但近年来，国内外的油价上涨、成本居高不下，重油喷吹量也在大量减少。与此同时，喷吹煤粉的技术显示了越来越大的生命力和优势，主要表现在以下几个方面：

（一）合理利用资源。以普通能源代替宝贵能源，在我国的煤炭资源中无烟煤和非炼焦煤占大部分，约三分之二。炼焦煤储量中，煤种很不平均，气煤占一半以上，肥煤、焦煤和瘦煤分别占%、%及%，加起来还不到一半，而且在地理上发布也不均匀。因此，虽然我国的煤炭资源十分丰富，但优质炼焦煤仍然是贵重的能源，而由风口直接向高炉喷吹无烟煤和非炼焦用煤，以煤代焦，以煤代油，就用普通的。大量存在的能源代替了比较稀缺和宝贵的能源。

（二）节约能源。炼1t焦炭需要洗煤，而洗出这些精煤需用原煤2t以上，而喷煤代替1t焦炭，只需用煤1~，用煤粉代替1t焦炭，可节约标准108kg。

（三）比重油有更大的喷吹量。这是因为（1）煤粉比重油分解热低，对炉缸理论燃烧温度的影响小，需要的补偿也少。喷吹每1kg重油需要热补偿930Kcal，而煤吹1kg煤粉只需要720Kcal。为了保持风口的理论燃烧温度不变，每吨铁喷吹1kg重油需要提高风温1.83℃，煤粉只需要1.41℃；（2）煤粉与重油相比，在炉缸生成的煤气量少，多喷煤粉不会影响顺行。每1kg重油在炉缺生成煤气5.98m3，每1kg无烟煤在炉缺生成的煤气4.46 m3；（3）煤粉燃烧需要的氧气少于重油，在同样供氧条件下，煤的燃烧要比重油完全，因此在高炉中的热利用率比重油高。

（四）能促进高炉顺利和使用高风温。高风温使高炉风口前产生过高的温度和使炉缸煤气体积膨胀，引起高炉不顺。从风口喷入燃烧，由于加热和分解需要热补偿，燃烧温度降低，使高炉能接受高风温而又不会破坏顺行。喷煤有许

多促进高炉顺行的因素。

（1）喷煤后炉缸活跃区扩大，喷煤率每提高10%，炉缺氧化带长度增长5%~8%，这是促进高炉顺行的因素。

（2）喷煤后随着料柱中焦炭比例的减少，矿石所占比例的增加，料柱重量增加，因而炉料下降的重力增加。一般喷煤率每提高10%，料柱

重量增加2%~4%，这是促进高炉顺行的又一因素。

（3）喷煤后煤气含H2增加，煤气黏度下降，也能促进高炉顺行。

（五）有效地降低生铁成本。按华盛总厂情况，焦炭单价1200元/t，原煤的单价568元/t，按煤-焦置换比为计算，价差为1200-568/=490元。按年产生铁500万t，每吨铁喷煤120kg计算，每年喷煤60万t，可代替焦碳48万吨。节约价值48×490=23520万元，合计每吨生铁成本降低元。

喷吹煤粉对高炉冶炼的影响

（一）喷吹煤粉在风口前的燃烧。喷吹煤粉在风口前的燃烧和焦炭在风

口前的燃烧相比，虽然它们最终的产物是CO、H2和N2，并放出一定的热量，这是它们的共同点，但也有许多不同之处。

（1）焦碳在炼焦过程已完成煤的脱产和结焦过程，风口前的燃烧基本是碳的氧化过程，而且焦炭粒度较大，在炉缸内不会随煤气气流上升。

而喷煤却不同，煤粉要在风口前经历脱产、结焦和残焦燃烧三个过

程，而且它要在喷枪出口处到循环区停留千分之几到百分之几秒内

完成，煤粉在这么短时间来完成气化的过程，煤粉则应细磨，使其

中小于80um的占80%以上，再加上富氧鼓风和高风温改善煤粉在

燃烧时的供氧和温度条件可促进喷吹煤粉的充分气化。

（2）炉缸煤气量增加，燃烧带扩大。喷吹煤粉因含碳氢化合物在风口前气化后产生大量的H2，使炉缸的煤气量增加，煤气量的增加，无疑

增大燃烧带，别外煤气中含H2量的增加也扩大燃烧带，因为H2的

粘度和密度均小，穿透能力大于CO。造成燃烧带扩大的另一原因是

部分煤粉在直吹管和风口内就开始燃烧。在管路内形成高温的热风

和燃烧产物的混合气流，它的流速和功能远大于全焦冶炼的风速和

鼓风动能。

（3）炉缸中的温度和两风口间的温度略有上升。原因1）煤气量及功能增加，燃烧带扩大使到达炉缸中的煤气量增多，中心部位的热量收

入增加；2）上部还原得到改善，在炉子中心进行的直接还原数量减

少，热支出减小；3）高炉内热交换改善，使进入炉缸的物料和产品

的温度升高。

（二）料柱阻损与热交换。喷吹煤粉以后，由炉缸上升到炉顶的煤气主要由三部分组成。喷吹煤粉燃烧形成的煤气，喷吹煤粉形成的煤气和直接还原形成的煤气。随着喷吹量的增大，风口前形成煤气和还原形成的煤气则降低，最终炉顶煤气量有所增加。与此同时，单位生铁的焦炭消耗量减少和炉料中矿与焦比的比例上升，这就造成料柱透气性变差。这两者的作用使炉内的压力升高。煤气和炉料的水当量比值增大，导致炉身温度和炉顶温度略有上升。

（三）直接还原和间接还原的变化。喷吹燃料以后，改变了铁氧化物还原和碳气化的条件，明显地有利于间接还原的发展和直接还原的降低。

（1）煤气中还原性组分（CO+H2）的体积分数增加，N2则降低。

（2）单位生铁的还原性气体量增加，因为等量于焦炭的喷吹煤粉产生的CO+H2量大于焦炭产生的量，所以尽管焦比降低（CO+H2）的绝对

量仍然增加。

（3）H2的数量和体积分数显著提高，而氢气、一氧化碳在还原的热力学和动力学方面均有一定的优越性。

（4）炉内温度的变化使焦碳中碳与CO2发生反应的下部区温度较低，而氧化铁间接还原地区域温度升高，这样前一反应速度降低，后一反

应速度则增快。

（5）焦比降低减少了焦碳与CO2反应的表面积，也就降低了反应速度。

（6）焦比降低和单位生铁的炉料容积减少使炉料在炉内停留的时间增长。置换比与喷吹量

喷吹煤粉的主要目的是用价格较低廉的煤粉代替价格昂贵的焦炭，因此，喷吹1kg或（1m3）煤粉能替换多少焦碳是衡量喷吹效果的重要指标。而提高置换比就取决于：

（1）喷吹燃烧的种类，含碳和氢高的燃料置换比就高，而煤的置换比一