邯钢高炉喷吹煤的性能评价分析_

升高或降低 １％，加或扣 ０．２ 分；发热值每升高或降 低 １００ ｃａｌ，加或扣 １ 分；可磨每升高或降低 １，加或 扣 ０．３ 分。
依据表 ４ 设计评价的各指标基准和分值，对 ６ 种煤进行了一个综合得分计算，喷吹煤综合得分见 表 ５。
表 ４ 喷吹煤评分标准
指标 分值 无烟煤基准 烟煤基准
灰分 ２０ １２％ ８％
试验测得 ６ 种煤粉的哈氏可磨指数（ ＨＧＩ） 、着 火温度、爆炸性见表 ３。
图 ２ 煤粉爆炸性测试仪
表 ３ 煤粉的哈氏可磨指数（ ＨＧＩ） 、着火温度、爆炸性
煤种 １ 号无烟煤 ２ 号无烟煤 ３ 号无烟煤
４ 号烟煤 ５ 号烟煤 ６ 号烟煤
ＨＧＩ
着火温度 ／ ℃
爆炸性
６４
４４４
弱
６２
３７２
弱
５７
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ， ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｎｅｓｓ， ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｏｒｉｆｉｃ ｖａｌｕｅ ｅｔｃ ｗｅｒｅ ｅｘｐｅｒｉ⁃ ｍｅｎｔａｌｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ６ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ＰＣＩ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｏｆｔｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｈａｎｓｔｅｅｌ’ ｓ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ． Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ａｎｔｈｒａｃｉｔｅ ａｎｄ ｓｏｆｔ ｃｏａｌ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒａｄｉｓｔｉｎｃｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ． Ａｌｌ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ＰＣＩ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｎｅｓｓ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｌｏｒｉｆｉｃ ｖａｌｕｅ
１ 号无烟煤 １０．００ １１．３７ ０．４８ ７９．７７ １２．５６ ７ ６６３．６
２ 号无烟煤 １１．１０ １１．０９ ０．４０ ７９．０４ １１．０６ ７ ６１１．２４
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３ 号无烟煤 １１．０５ ９．８０ ０．４６ ８０．２３ １０．４８ ７ ４９７
４ 号烟煤 ６．６９ ３６．７７ ０．３０ ５９．００ １５．３６ ６ ７２５．８８
（２）从表 １ 和表 ３ 可以看出，无烟煤和烟煤的 挥发分有着较大的差异，其中无烟煤 Ｖｄ％在 １０％左 右，烟煤为 ３６％左右。 对于烟煤来说，挥发分高，加 热时挥发分大量的析出，当析出的挥发份达到一定 浓度和温度时，着火燃烧并点燃煤粒，这是造成烟煤 着火点低于无烟煤的主要原因，较低的着火点有利 于煤粉的快速燃烧，因此，挥发分高，着火温度低，在
一定范围内其燃烧性能越好。 另外，燃烧性能好的 煤制粉时还可以粒度粗一些，这也为降低能耗和费 用提供了有利条件。 一般而言，当煤的挥发分含量 低于 １０％时，煤粉基本无爆炸性；当煤粉的挥发分 含量高于 １０％ 时，煤粉就会有一定爆炸性；当煤粉 的挥发分 含 量 大 于 ２５％ 时， 煤 粉 具 有 很 强 的 爆 炸 性；因此，６ 种煤样中烟煤挥发分均大于 ３０％，具有 很强的爆炸性，喷吹时存在爆炸的可能性比较大，对 安全条件要求比较高，均不适合作为高炉单独喷吹 用煤。
煤粉的爆炸性试验上没有统一的标准。 我国广 泛采用长管式煤粉爆炸性测定仪。 邯钢目前的试验 设备为东北大学炼铁教研室设计制造的 ＦＢＹ－Ｉ 型 煤粉爆炸性测试仪如图 ２ 所示。 主要用于检测煤粉 引爆后产生的返回火焰长度来定性地探讨煤粉爆炸 性强弱，该长度随煤粉爆炸性的强弱而变化。 被测 煤粉引爆形成的返回火焰长度大于 ６００ ｍｍ 就可认 定煤粉具有强爆炸性，在 ４００ ｍｍ ～ ６００ ｍｍ 之间则 煤粉具有中强度爆炸性，小于 ４００ ｍｍ 则煤粉具有 弱爆炸性。
煤的可磨性标志着煤研磨成粉的难易程度。 煤 的可磨性与煤阶、水分含量和煤的岩相组成，以及煤 中矿物质的种类、数量和分布状态有关，煤种不同可 磨性也不尽相同。 煤的可磨性由可磨性指数 ＨＧＩ 来表征，可磨性指数越大，表示煤硬度越小、越容易 磨成粉，消耗的能量也越少。 试验室采用美国的哈 德格罗夫法测定煤粉的哈氏可磨指数。 哈氏可磨性 测定仪的结构如图 １ 所示。 试验按照 ＧＢＴ ２５６５ － ２０１４ 煤的可磨性指数测定方法规定原则测出 ６ 种 煤粉的 ＨＧＩ。
由上述检测结果，分别对 ６ 种煤分别进行性能 分析和综合得分计算，并最终相应得到了无烟煤和 烟煤的综合排序。 ２．１ 性能分析
（１）从表 １ ～ ３ 可以看出，１ 号无烟煤和 ３ 号无 烟煤的硫分略高于喷吹煤质量验收标准，高出的不 多，不影响煤粉质量，通常认为硫具有可加性［１］ ，煤
的燃烧是全国 ＳＯ２ 污染的主要排放源，其他指标在 验收范围内。 ２ 号无烟煤、４ 号烟煤、５ 号烟煤和 ６ 号烟煤性能指标则全部在验收标准内，因此，总体上 说这 ６ 种煤都符合质量验收标准；
硫分 ２０ ０．４％ ０．４％
固定碳 １５ ８０％ ５５％
发热值 １５
７ ５００ ｃａｌ ７ ０００ ｃａｌ
可磨指数 ３０ ５０ ４５
表 ５ 喷吹煤综合得分表
煤种
１号 无烟煤
合计得分 １１０．３８
２号 无烟煤
从表 １ 可以看出，无烟煤的着火温度比烟煤的 着火温度整体高出 １００ ℃ 以上，无烟煤的着火温度 都在 ４００ ℃ 左右，烟煤的却在 ２７０ ℃ 以下，差异明 显，生产中可以通过混煤工艺利用烟煤着火温度低 的特点提供热量点燃无烟煤煤粒，降低混和煤的着 火温度，有利于煤粉在风口区的燃烧，同时也将降低 混合煤的挥发分，提高喷煤的安全性。 无烟煤的选 取，在符合其他指标情况下可以优先考虑着火温度 低的无烟煤种。
图 １ 哈氏可磨性测定仪
煤释放出足够的挥发分与周围大气形成可燃混 合物的最低着火温度叫做煤的燃点 （ 也叫做着火 点），通俗的讲就是在氧气（ 空气） 和煤共存的条件 下，把煤加热到开始燃烧的温度，也叫着火温度。 着 火温度通常取决于煤质（ 灰分、挥发分） 和喷吹条 件。 挥发分高，则着火温度低；灰分高，则着火温度 高。 其高低还与煤的变质程度有关，着火温度按照 ＧＢ ／ Ｔ １８５１１—２００１ 煤的着火温度测定方法，依据着 火温度自动测定仪测得 ６ 组煤粉的着火温度。
３５６
弱
６８
１８５
强
４６
２６９
强
４７
２３５
强
从表 ３ 可以看出，烟煤和无烟煤在着火点、爆炸 性上有着明显的区别，整体上无烟煤的着火温度要 高于烟煤的着火温度，３ 种烟煤均为强爆炸性，３ 种 无烟煤则均为弱爆炸性；哈氏可磨指数（ ＨＧＩ） 烟煤 和无烟煤区别不明显，ＨＧＩ 整体排序为 ４ 号烟煤﹥ １ 号无烟煤﹥ ２ 号无烟煤﹥ ３ 号无烟煤﹥ ６ 号烟煤 ﹥ ５ 号烟煤。 ２ 分析讨论
Ｖｄ ≤１２ ≤１２ ≤１２ ≤３８ ≤３８ ≤３８
Ｓ ≤０．４ ≤０．４ ≤０．４ ≤０．４ ≤０．４ ≤０．４
Ｍａｄ ≤１１ ≤１１ ≤１１ ≤２０ ≤２０ ≤２０
从表 １ 可以看出，烟煤和无烟煤工业分析、发热 值差异很明显，在硫（ Ｓ） 、发热值（ Ｑ） 、灰分（ Ａｄ） 、固 定碳（ Ｃ） 方面无烟煤高于烟煤，而在水分（ Ｍａｄ） 和 挥发分（ Ｖｄ） 方面无烟煤小于烟煤。 １．２ 可磨性、着火温度及爆炸性
通过对喷吹煤的工业分析、发热值、可磨性、着 火温度和爆炸性等性能指标，依据表 ２ 喷吹煤质量 验收标准和喷煤工艺对煤粉 ＨＧＩ 和发热值的要求， 结合邯钢喷吹经验制定的喷吹煤评分标准（ 见表 ４） 进行综合得分评价。 评分方法为：灰分每升高或降低 １％，扣或加 ３ 分；硫分每升高或降低 ０．１％，扣或加 ３ 分；固定碳每
１．１ 工业分析、发热值
按照国标要求分别对 ６ 种煤进行了工业分析和
发热量的检测试验，测得了干基煤样的硫、发热值、
水分、灰分、挥发分和固定碳，试验数据见表 １，煤粉
验收标准见表 ２。
表 １ 工业分析和发热量
煤种
Ａｄ ／ Ｖｄ ／
％
％
Ｓｔ ／ ＦＣｄ ／ Ｍｔ ／ 发热值 ／
％
％
％ （ Ｃａｌ·ｋｇ－１ ）
笔者根据邯钢现有喷煤资源， 对比分析了 ６ 种 常用喷吹煤的物理化学性能，为邯钢选择适宜的混 煤喷吹煤种提供数据支持。
１ 试验
试验所用 ６ 种煤全部为邯钢高炉常用喷吹煤
种，其中 １ 号、２ 号、３ 号为无烟煤，４ 号、５ 号、６ 号为
烟煤。 对煤的性能研究测试具体包括：工业分析、发
热值、可磨性、着火温度和爆炸性等。
５ 号烟煤 ７．４９ ３７．５５ ０．３１ ５７．７７ １８．９８ ７ ０２８．１４
６ 号烟煤 ５．９４ ３５．２２ ０．３１ ６０．９３ １７．０９ ７ ０４０．０４
表 ２ 喷吹煤质量验收标准
／％
煤种 １ 号无烟煤 ２ 号无烟煤 ３ 号无烟煤
４ 号烟煤 ５ 号烟煤 ６ 号烟煤
Ａｄ ≤１２ ≤１２ ≤１２ ≤８ ≤８ ≤８
邯钢高炉喷吹煤的性能评价分析
∗
张红闯 刘晓明 魏琼花 贾文君
（ 河北钢铁集团邯郸公司）
摘要 通过对邯钢高炉常用的 ６ 种喷吹煤种分别进行了可磨性、着火温度、爆炸性、工业分析和发热值等试验研 究，对比分析了各煤种的性能，评价出无烟煤和烟煤的最优原料，为生产选择适宜的混喷煤种提供数据支持。 关键词 可磨性 着火温度 爆炸性 工业分析 发热值
高炉尽可能选择可磨性好的煤种作为喷吹用 煤，对于 ＨＧＩ 较差的煤，磨煤时一方面可以小幅度 的加粗煤粉粒度，提高磨煤机的产出率，另一方面可 以通过混合煤 ＨＧＩ 加和性研究，选择一定的煤种和 一定的配比可以提高混合煤的 ＨＧＩ，利用这一规律 提高混合煤的 ＨＧＩ，进而提高煤的制粉率［２］ 。 ２．２ 综合得分排序
０ 前言 高炉喷吹煤粉可以有效降低焦比，降低铁水成
本，改善高炉操作，同时为高炉使用高风温和提高富 氧率创造了条件。 喷吹煤粉还可以扩大风口的回旋 区，缩小呆滞区，增加煤气量，进而改善矿石的还原 过程，提高煤气利用率，从而进一步改善各项技术经 济指标，目前我国冶金企业多数高炉都采用喷吹煤 粉工艺。 然而，随着喷煤技术的飞速发展，一方面无 烟煤的煤源与煤质难以长期保证，另一方面单独喷 吹无烟煤不利于煤粉燃烧率提高，造成炉内未燃煤 粉的数量增加，当数量超过高炉可接受的范围时，给 高炉透气性带来十分不利的影响，限制了高炉喷煤 量的提高，单纯的无烟煤喷吹已不是企业十分合理 的选择。 出于铁前降低生产成本的要求，考虑到煤 粉价格等因素，国内外通常采用含碳量高和发热值 高的无烟煤和挥发分高和燃烧性好的烟煤配合进行 高炉混合喷吹工艺。 更多的过去不能喷吹的煤粉， 经过混煤之后得以喷吹，既充分利用了我国资源，又 提高了煤粉 燃 烧 率 和 置 换 比， 取 得 了 理 想 的 效 果。 邯钢从 ２００８ 年开始，所有高炉逐步由烟煤和无烟煤 混喷取代了单一的无烟煤喷吹工艺。
ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＯＦ ＴＨＥ ＰＣＩ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ ＡＢＯＵＴ ＨＡＮＳＴＥＥＬ＇Ｓ ＢＬＡＳＴ ＦＵＲＮＡＣＥ
Ｚｈａｎｇ Ｈｏｎｇｃｈｕａｎｇ Ｌｉｕ Ｘｉａｏｍｉｎｇ Ｗｅｉ Ｑｉｏｎｇｈｕａ Ｊｉａ Ｗｅｎｊｕｎ （ Ｈａｎｄａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＨＢＩＳ Ｇｒｏｕｐ）
（３） 从表 ３ 可以看出，ＨＧＩ（ 可磨指数） 无烟煤和 烟煤之间并没有明显的分界线，这是因为影响煤粉 可磨性的因素比较多，可磨性与煤阶、水分含量、煤 的岩相组成以及煤中矿物质的种类、数量和分布状 态都有关，可磨性指数越大，越易粉碎，一般来说，高 炉喷吹用煤的可磨性指数应在 ６０ ～ ９０，低于 ５０ 的煤 很硬、难磨；高于 ９０ 的煤虽然易磨，但往往是粘结 性强的煤，可能给磨煤和煤粉输送造成困难。 ６ 种 煤的可磨性普遍不高，而 ５ 号烟煤和 ６ 号烟煤在 ５０ 以下，ＨＧＩ 小，表示煤硬度大，会给制粉工艺带来困 难，动力消耗也会增加，喷枪的寿命也会降低，制粉 能力的不足制约了喷煤量的继续提高。