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13.87%、17.7%及12.01%，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1.35t，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1~1.25t,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1.83C，煤粉只需要1.41C；（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0.8计算，价差为1200-568/0.8=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48X490=23520万元，合计每吨生铁成本降低47.04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（C0+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C0+H2量大于焦炭产生的量，所以尽管焦比降低（C0+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C02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C02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，而煤的置换比一般在0.8 左右。

（2）喷吹燃烧在风口前的气化程度。

（3）鼓风参数。

通过对比高风温、高压、富氧和喷吹燃料对高炉冶炼的影响，可以看出它们的作用和影响有相反之处。

因此，风温的高低是否富
氧都影响置换比的高低。

（4）煤气气流利用程度。

既然喷吹煤粉主要是改善高炉煤气的还原能力。

操作上改进煤气流和矿石的接触，是发挥喷吹作用的重要方面，各高炉的
置换比的差异与这一点有很大关系。

因此在一定的冶炼条件下，保持合理的置换比，扩大喷吹量是炼铁行业的目标。

众所周知，焦碳在高炉内起的作用为：热源；还原剂；生铁渗碳的碳源；作为料柱透气性的骨架。

人们普通认为喷吹煤粉可以代替焦炭除骨架以外的作用。

所以最大喷吹量亦即最低焦比应由焦碳骨架作用决定。

但实际生产中限制喷吹量的因素也有多方面：
（1）风口前喷吹燃料的燃烧速率是目前限制喷吹量的薄弱环节。

生产实践表明，喷吹的煤粉在风口燃烧带内的燃烧率保持在85%以上时，
剩余的未气化煤粉不会给高炉带来明显的影响，因为它们随煤气流上升
过程中能继续气化。

（2）高温区放热和热交换状况。

高炉冶炼需要有足够的高温热量保证炉子下部物理化学反应顺利进行。

因为喷吹煤粉将降低炉内的理论燃烧温度。

这
样允许的最低理论燃烧温度就成为喷吹量的限制环节。

而喷吹煤粉下限控
制在2000~2100C。

（3）流体力学因素也能成为限制喷吹量的环节。

它表现为上部料柱透气性变坏，下部软熔带急剧上升和滴落常出现液泛征兆。

（4）产量和置换比降低是限限制喷吹量的又一因素。

在风中含氧固定和综合冶炼强度一定的情况下，随着喷吹量的增加，置换比呈下降趋势。

例如，在高炉冶炼强度一定时，由于喷吹燃烧在焦比降低5%，产量
本应提高5%，但实际提高了2%，这就下降了3%。

要使产量不下降，就
得采用富氧鼓风。

富氧鼓风是经高炉鼓风中加入工业氧，使鼓风含氧量超过大气含氧量，其目
的是提高冶炼强度增加高炉产量。

并且富氧还能发挥高风温、喷吹煤粉降低焦比的作用。

因此综合鼓风成为高炉冶炼增产节焦的最有效的方法。

富氧鼓风的特点
（1）富氧与高风温都能提高理论燃烧温度，降低炉顶温度，但是决不能得出富氧可以代替加热鼓风的结论，因为加热鼓风是给高炉冶炼带入高温热
量，而富氧不但没有带入热量，而且还因富氧后风量减小，高炉冶炼的热
收入反而减少了。

（2）由于富氧鼓风降低鼓风的焓，用它冶炼生铁和铸造生铁时，焦比不会降低，风温在1000~1100C时，而还有上升的可能。

（3）由于富氧后燃烧焦炭消耗的风量减少，就可在不增加单位时间内通过炉子的煤气量，以及炉内压力损失的情况下，增加单位时间内燃烧的碳量，
亦可以提高冶炼强度。

（4）把富氧与喷煤结合起来，不论对高炉生产应用氧气还是扩大喷吹量都是有利的。

两者的结合1）增加焦碳燃烧强度，大幅度增产；2）促使喷入
炉缸的燃料完全气化，以及不降低理论燃烧燃烧温度而扩大喷吹量，从而
进一步降低焦比。

保证高炉煤粉大喷量的措施主要有：
（1）高风温；（2）高富氧；（3）广喷、匀喷；（4）炉况顺行。

通过对照上述标准和要求，我们华盛二分厂目前的状况是：风温可达1100C 左右，富氧一般可达3000m3/时。

通过对各炉座1#、14#风口喷煤管的改造，现已具备14个风口都能均匀喷煤的条件。

在原料条件，大渣量的条件下，保持炉况相对顺行的操作规程要点是下部采用高风速、长风口，以求“吹透中心” 。

因此，保证炉况顺行也是扩大喷煤量的一个先决条件。

要扩大量，除了必须要具备上述条件外，我认为还必须具有足够的制粉能力和喷吹煤粉的气压。

这两个条件也是保证大喷煤量缺一不可的条件。

我想只有把上述它们几个方面有机的结合起来，我们二分厂大喷量将不是一句空话，130kg/t 以上的煤比是完全有能力完成的。

随着喷煤技术和经济效益方面认识的深化，设备的完善，喷吹煤粉在我们炼铁行业发展中将发挥更大的作用，创造更大的经济效益。