高炉喷吹

浅论高炉喷吹煤评价指标
高炉喷吹用煤的煤质对高炉冶炼过程及技术经济指标有重要影响。

在喷吹高挥发分、强爆炸性烟煤技术飞速发展的今天，选择煤源广阔、价格合理、喷吹性能优良的喷吹煤进行高炉混合喷吹，保证高炉生产技术指标，提高经济效益，是钢铁企业必须面临并予以解决的问题。

1.评价指标
1．1灰分％
灰分是有害成分。

喷入高炉的煤粉的灰分转变成炉渣，不仅增加石灰石的消耗，又增加吨煤渣量，使焦比升高。

喷吹煤的灰分越低越好。

喷吹煤灰分应比所用焦炭灰分低2％，即钢厂的焦炭灰分为13％，则喷吹煤的灰分应不高于11％。

1．2硫分％
硫分也是一种极为有害的物质。

喷吹煤粉中硫影响生铁和钢的质量（钢铁中含硫大于0.07％，就会使之产生热脆性而无法使用）。

为脱去钢铁中硫，就须在高炉和炼钢炉中多加石灰石，致使成本升高，生产能力下降。

硫分越低越好。

喷吹煤硫分应比所用焦炭硫分低0.2％，即钢厂焦炭硫分为0.8％，喷吹煤硫分应不高于0.6％。

1．3发热量
固定碳含量越高，挥发分含量越低，在风口前燃烧时放出的热量越多。

喷入高炉的煤粉是以其放出的热量和形成的还原剂CO、H2等来代替焦炭在高炉内提供热源和还原剂。

发热量越高越好。

在高炉内放出的热量越多，置换比越高。

1．4可磨性
它反映煤的耐磨特性。

可磨指数越大，越易粉碎，磨煤机出力越大，电耗越小，粉煤加工成本越低。

但可磨指数大于90时，在磨机内会有粘结现象。

实践证明，喷吹煤可磨指数为70－90时为最佳。

1．5反应性
煤对CO2的反应性即将CO2还原成CO的能力。

它是反映煤气化、燃烧的一个重要指标。

反应性的强弱直接影响炉子的耗煤量、耗氧量及煤气中的有效成分等。

高炉喷吹反应性强的煤，不仅可提高煤粉燃烧率，扩大喷吹量，而且风口区未燃烧的煤粉在高炉的其它部位参加了与CO2的气化反应，减少焦炭的气化反应，对焦炭强度起到保护作用。

1．6燃烧性
煤的燃烧性好，即其着火点低，反应性强。

这可使喷入高炉的煤粉能在有限的空间和时间内尽可能多地气化，少量未及气化的煤粉也因反应性强而与高炉煤气中的CO2和H2O反应而气化，不给高炉冶炼带来麻烦。

另外，燃烧性好的煤也可磨得粗一些，即－200目占的比例少一些，这为降低磨煤能耗和费用提供了条件。

1．7爆炸性
悬浮的煤粉与空气或其他氧化剂混合极易发生爆炸，最明显的规律是随挥发分增加，其爆炸性也增加。

一般认为煤粉Vdaf<10％为基本无爆炸性煤，10％<Vdaf<25%为有爆炸性煤, Vdaf>25%为强爆炸性煤。

爆炸特性主要采用长管式的测试装置来测定煤粉爆炸火焰返回长度确定煤粉有无爆炸性及其强弱。

一般认为，仅在火源处出现稀少火星或无火星的属于无爆炸性，如无烟煤；返回至喷入端的火焰长度小于400mm的为易燃有爆炸性煤，如贫瘦煤、不粘煤、弱粘煤；返回至喷入端的火焰长度大于400mm的为强爆炸性煤，如气煤等。

1．8煤灰熔融性
煤灰熔融性是指在规定条件下，随加热温度的变化，煤灰的变形、软化和流动特征的物理状态。

煤灰的熔融性取决于它们的化学组成。

在煤灰熔融时,Al2O3起“骨架”作用，能明显提高灰的熔融温度,当其含量超过40％时，煤灰的软化温度一般都会超过1500℃；SiO2起“助熔”作用，一般来说，SiO2大于40％的灰熔温度比低于40％的要高100℃左右，而SiO2含量在45％－60％范围内，熔融温度随其含量的增加而降低；在还原性气氛中，氧化铁以FeO形式存在，随其含量增加，煤灰熔融温度开始下降，当FeO摩尔百分数增加到40％时，下降至最低点，此后随着FeO含量的增加，熔融温度又升高。

在氧化性气氛中，氧化铁呈Fe2O3形式存在，它总是起升高熔融温度的作用；CaO起助熔作用，但其含量超过30％时，它又起升高熔融温度的作用。

其他MgO、Na2O、K2O在煤灰熔融中都起助融作用。

2、山西境内有代表性的喷吹煤指标
山西境内有代表性的喷吹煤1号、2号、3号、4号煤质指标和工艺指标见表1。

2．1无烟喷吹煤：2、3号喷吹煤
喷吹煤2号煤质好，灰分≤11%，硫分≤0.65%,可磨指数70～85,可磨性好,是国内最好的高炉喷吹煤之一，因而价格偏高。

喷吹煤3号可磨指数40～50，煤质较硬，磨煤电耗高，煤粉造价高，且对高炉喷嘴磨损严重。

从其反应性看，后者也不如前者，1250℃后，后者反应率只有59.80%，前者已高达90%以上，说明喷吹煤3号喷吹综合性能较差。

2．2贫瘦喷吹煤：1号喷吹煤
在喷吹烟煤技术日趋成熟的今天，贫瘦煤也是较好的高炉喷吹原料。

其挥发分适中，着火点较低，反应性好，燃烧性强，资源丰富，价格合理。

从煤灰成分看，喷吹煤1号煤灰中酸性氧化物（SiO2+ Al2O3）含量适中83.10%，碱性氧化物（Cao+MgO+ Fe2O3+K2O+Na2O）含量10.07%，有利于高炉造渣和脱硫。

但喷吹煤1号可磨指数偏高，煤粉在磨机内易粘结，易堵塞高炉喷嘴。

2．3不（弱）粘喷吹煤：4号喷吹煤
喷吹煤4号灰低硫低，着火点低，可磨指数适中，但其挥发分较高，火焰返回长度115mm，为易燃有爆炸性的煤。

从煤灰成分看，喷吹煤4号煤灰中Al2O3含量较低，仅为17.58%，在煤灰熔融时，“骨架”作用不明显，不利于提高灰的熔融温度。

SiO2含量高达65.18%，而在45%～65%范围内，熔融温度随其含量的增加而降低。

同时，起助熔作用的碱性氧化物（Cao+MgO+
Fe2O3+K2O+Na2O）含量也较高，致使喷吹煤4号灰熔点低，易熔融，有阻碍煤粒内部燃烧的倾向，由此要求粒度磨得越细越好，增加电耗。

由上分析知，任何一种煤都达不到喷吹煤性能的全部要求，只能满足其中的1-3项。

同时，各种煤源由于产地远近、开采方法、运输方式等不同，其单位价格也不同，为了获得较全面的喷吹和经济效果，应利用配煤达到：①磨煤机台时产量趋近理想的经济产量。

②尽量提高煤粉在风口前的燃烧率，扩大喷吹量。

③达到较高的置换比和高炉生产技术经济指标。

④原料煤的价格经济合理。

⑤综合利用各种煤资源，供煤、运输合理而且有保证。

3.结语
我国的高炉除了可喷吹优质无烟煤外，还可选用贫瘦煤、不粘煤、弱粘煤等。

为获得全面的喷吹和经济效果，高炉喷吹的煤以配成混合煤为最好，例如喷吹煤1号和2号各占一半，或喷吹煤3号和4号各一半，爆炸性消除了，渣量更低，磨耗更低，喷吹效果更好，经济效益更佳。

1
2
3
4
煤种
贫瘦煤
无烟煤
无烟煤
不（弱）粘煤
HGI
偏高
70-85
40-50
适中
Ad
≤11%
低灰
St.d
≤0.65%
低硫
爆炸性
有爆炸性
无爆炸性
无爆炸性
有爆炸性
可独立喷吹
混合
1、2号混合喷吹
3、4号混合喷吹
高炉喷吹煤产品基础知识
高炉喷吹煤粉技术在我国始于上世纪50-60年代之间，当时采用阳泉煤业集团（前身为阳泉矿务局）洗精无烟煤作为工业性试验对象，分别在北方鞍钢及首钢等地试验成功，其中阳泉煤业集团二矿洗煤厂即专门根据鞍钢对高炉喷吹煤产品的需求而设计的，煤炭洗选质量指标也一直沿袭了试验取得成功后由阳泉矿务局统一制定的系列产品标准（无烟煤）。

高炉喷吹煤产品在得到工业性、大面积推广应用的半个世纪以来，随着国内钢铁产能的日益增大及高炉煤粉喷吹关键技术的不断进步和完善，市场需求逐渐扩大，特别是近年来随着中国优质炼焦煤资源的日渐匮乏，高炉喷吹煤在钢铁冶炼工艺环节的地位日益提高，在节约钢铁行业冶炼成本等方面，正在扮演着越来越重要的角色。

其实高炉喷吹煤作为冶金用途而问世的初衷即决定了这样的趋势：（1）以煤粉部分替代冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成本下降；（2）调剂炉况热制度及稳定运行；（3）喷吹的煤粉在高炉风口前气化燃烧降低理论燃烧度，为维持T理，需要补偿，这就为高炉使用高风和富氧鼓风创造了条件；（4）喷吹煤粉替代部分焦炭，一方面可节约焦化投资，少建焦炉，减少焦化引起的空气污染；另一方面可大大缓解炼焦煤供求紧张的状况。

高炉煤粉喷吹技术的发展路径为：起初全部采用无烟煤做喷吹燃料，因为喷吹替代焦炭主要用到的是煤炭中的固定碳元素，100%采用无烟煤喷吹正好迎合了这样的需求和想法。

后来，由于无烟煤供给的有限性及其原煤储量不断减少，市场价格也逐渐攀升，采用更廉价、蕴更丰富的长焰煤与无烟煤混合喷吹成为钢铁企业进一步降低冶炼成本的追求目标。

经过许多研究和试验，在混合煤炭磨粉及喷吹过程中采用氮气惰化技术，从而为系统增加安全性、防止煤粉爆，是取得混合喷吹的关键技术。

氮气保护系统的试验成功使烟煤作为喷吹燃料进入实质阶段。

近年来，根据各厂系统运转的不同状况，北方多数钢厂已经将烟煤混合的比例提高到30%-50%之间，而且烟煤喷吹的加入可以活化高炉还原气氛，为高炉还原铁提供更多的氢元素。

再后来也就是最近两年，由于无烟煤资源的再度紧缺，贫瘦洗精煤也逐渐走入市场，南方武钢、马钢等将三种煤的混合比例一度稳定在1：1：1，且取得了较好的经
济效应。

可以预见，未来作为节约成本的关键技术，采用三种煤炭资源混合喷吹，是发展方向。

高炉喷吹煤煤比呈现逐年上升的趋势，并且逐渐成为钢铁企业不可缺少的炉料之一。

基于这样考虑的因素是，钢铁业经过最近几年的快速扩张，国内炼焦煤资源及冶金焦的供给正在成为“瓶颈”因素。

不象前些年，高炉喷吹煤资源不足，可以多用焦炭、少喷煤（当然指的是有喷吹设施的钢厂），而现在变得可调整的空间和余地越来越小。

按照钢铁工业协会最近几年的统计数据，国内重点大中型钢铁企业平均喷煤比2005年为114KG/吨，2006年达到126KG/吨，2007年可达130KG/吨以上，同时，入炉焦比呈逐年下降的趋势。