论文部分内容阅读
摘要：高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外高炉炼铁技术发展的大趋势，也是我国钢铁工业发展的三大重要技术路线之一，所以，我们应当努力提高喷煤比。本文主要分析了如何通过技术措施来提高喷煤比，仅供参考。
关键词：高炉技术；炼铁；喷煤比
Abstract: The pulverized coal injection in blast furnace iron making system structure optimization is the central link, it is the trend of the domestic and international development of blast furnace iron making technology, one of the three important technical route, also is our country iron and steel industry development. So, we should strive to raise coal injection ratio. This paper mainly analyses how to improve the pulverized coal injection rate through technical measures, for reference only.
Keywords: blast furnace iron making PCI ratio; technology;
中图分类号：F416.1 文献标识码：文章编号
1.提高喷煤比的重大意义
1.1提高喷煤比，可以实现炼铁系统结构节能。据统计，2007年全国重点钢铁企业焦化工序能耗为123.1kgce／t，而喷煤工序能耗仅为20～35kgce／t。高炉多喷吹1吨煤粉，就可以节约炼铁系统工序约100kgce／t的能耗。
1.2多喷煤可减少高炉炼铁生产成本。目前，焦炭与喷粉一吨的差价在500～700元。多喷煤，可有效地降低高炉铁的生产成本。
1.3多喷煤可降低炼焦过程的环境污染。多喷煤，少用焦炭炼铁，就可以少生产焦炭。这样，焦化厂就会减少外排污染物质。
1.4多喷煤可缓解我国主焦煤的短缺。我国主焦煤储量约占煤炭储量的1／4，而生产冶金焦的配煤要用50％以上的主焦煤，对于年产3.28亿吨焦炭的中国煤炭资源是有限的。我们应当大力保护我国的煤炭资源，科学合理利用好煤炭。高炉喷吹用煤是十分广泛的，可以完全不用主焦煤，这就降低了我国钢铁企业采购煤炭的成本。
1.5多喷煤，可以降低企业建设投资。我国喷煤车间的单位投资仅是焦化J一单位投资的12％～16％，为冶金焦部分投资的15％～20％。所以，对于一些新建扩建高炉的钢铁企业来说，同时新建或扩建喷煤设施，不建设焦化厂，是会有较大的经济效益。
2.提高喷煤比的技术措施
2.1保持炉缸热量充沛技术。高炉炼铁正常生产需要炉缸有充沛的热量，以保证铁矿石还原，渣铁流动性好、易分离，炉渣脱硫率高和透气性好。炉缸热量是用炉缸理论燃烧温度来表示。炉缸热量充沛是要求炉缸的温度和热量要高。理论燃烧温度在2200±50℃视为合理值。煤粉喷进风口后需要吸收热量。首先是煤粉被加热，然后是挥发分燃烧和碳素燃烧。这样，每喷吹l0kg/t无烟煤会使炉缸温度下降15~20℃，l0kg/t烟煤会使炉缸温度下降20~25℃。喷煤量大于l00kg／t会使炉缸温度下降150~250℃以上。高喷煤比会使炉缸温度下降幅度更大。
为使炉缸温度保持在2200±50℃合理范围内，就需要采取保持炉缸温度的技术措施，具体办法是：①提高热风温度：热风温度升高l00℃，可使炉缸理论燃烧温度升高60℃，允许多喷30~40kg／t煤粉。②进行富氧鼓风：富氧率提高1％，炉缸理论燃烧温度升高40~50℃，允许多喷煤粉20~30kg／t。③进行脱湿鼓风：鼓风湿度每降低1g／m3，理论燃烧温度升高6~7℃，热风温度提高9℃，允许多喷3~4kg／t煤粉。
2.2提高煤粉燃烧率技术。
①提高热风温度：喷煤比在180~200kg／t需要有1200℃以上的热风温度。风温低于1000℃以下的高炉是不利于喷煤的。
②进行富氧鼓风：富氧率提高1%，煤粉燃烧率提高1.51%，风口前理论燃烧温度升高，可允许提高喷煤比12~20kg／t，提高产量4.79%，煤气热值提高3.4，%，煤气量减少，风口径要缩小1%-1.4%。既可提高炉缸温度，又提供了氧气助燃剂，喷煤比在180~200kg／t时需要富氧3％以上；在燃烧学理论上，要求要有1.15以上的空气过剩系数。
③提高煤粉的比表面积：要求一般煤粉粒度-200网目要大于50％。采用烟煤和无烟煤混合喷煤，煤粉粒度-200网目要大于60％(烟煤中的挥发分遇高温时要分解，致使煤粉爆裂，增加煤粉比表面积)。无烟煤煤粉粒度-200网目要大于70％-80%。煤粉水分控制1.5%±0.5%，最高不超过2.5%。
④进行脱湿鼓风：可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量的效果。湿分降低1%，理论燃烧温度升高45℃，焦比降低0.9%，产量增高3.2%。将鼓风湿度控制在6％左右。进行脱湿鼓风，可以实现四季如冬的风量鼓风(夏季要比冬季风量少14%左右)，鞍钢鲅鱼圈高炉就有脱湿鼓风装置，提高高炉效率。
⑤提高炉顶煤气压力，减小煤气流速，延长煤粉在炉内燃烧的时间，降低煤气压力差。据测算，煤粉在炉缸的燃烧时间在0.01~004s内，其加热速度103~106k／s。提高炉顶煤气压力还促进增产和冶炼低硅铁的作用.
2.3提高料柱透气性技术。
①提高高炉入炉矿含铁品位，减少渣量。高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带。特别是铁矿石刚开始熔化，还原成FeO和形成初渣，渣铁尚未分离，尚未滴落至炉缸。如果高炉入炉品位在60％以上，吨铁渣量小于300kg，煤气的阻力会大大缩小，也会减少炉渣液泛现象。
②提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能，会大大提高炉料柱透气性。焦炭在高炉内是五个起作用：骨架作用，还原剂，提供热量，生铁渗碳，填充炉缸。特别是在高喷煤比条件下，焦比低，焦炭的骨架的作用就更加重要了。可以说，焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比水平的高低。高喷煤比对焦炭质量的要求是：M40在80％以上，M10小于7％，灰分小于12.5％，硫分小于0.65％，热强度CSR>60％，热反应性CRI<30％。对于2000m3，以上容积的大高炉，喷煤比在160kg／t以上时，要求焦炭质量要更好一些：M40≥85％，M10≤6.5％，灰份≤12．0％，硫份≤0.6％，CSR≥65％，CRI≤26％。同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量要<3.0kg／t。
③炉料成分、性能稳定、均匀。炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。工业发国家要求烧结矿含铁波动范围是±0.05％，碱度波动0.03(倍)。我国炼铁企业要求是铁份波动±0.5％，碱度波动±0.05(倍)。烧结厂设计规范也是此要求。因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化(高硅铁和高碱度渣熔化温度高，流动性差)。炼铁原料（烧结、球团、块矿）的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件，提高烧结矿（碱度在1.8~2.0倍）的碱变，会使转鼓强度高、冶金性能好的优点。
④优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。大高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在0.5~0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。①优化布料技术（料批、料线、布料方式等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有提高炉料透气性的作用。合理的鼓风动能使炉缸活跃，布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤产生量。②稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度，活跃炉缸会给高炉的高产、优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。高炉生产需要稳定。稳定操作会创造出炼铁的高效益。减少人为因素，提高对高炉生产的现代化管理水平，会促进炼铁生产技术的发展。
2.4提高煤焦置换比技术。
①煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要实现均匀、稳定。高炉均匀喷吹煤粉，会使高炉每个风口的鼓风动能一致，并会使炉缸热量分配均匀，促使高炉生产顺行和喷煤量的提高，进而煤焦置换比得到提高。为保证各风口喷煤量均匀，建议将煤粉分配器高位安置，使各单只管路尽量长短相近，不让煤粉走捷径个别风口多喷的现象出现。
②采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。烟煤挥发高，且含有一定水分，进入风口后会爆裂，促进分解燃烧和残碳燃烧，燃烧效率高。建议烟煤配比在30%左右。配比太高后管路的安全措施要加强，并且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。无烟煤发热值高，煤焦置换比高，但燃烧性差特别是高喷煤比时，会影响炉料透气性和高炉顺行。煤种优化是提高置换比的重要措施。
3．结语
在当前能源紧张的形势下，必须采取措施大力节约和替代焦炭。炼铁生产降低焦炭的途径很多：如改进原料质量、提高风温、改善操作、降低铁水含硅量、加强管理等。但从效果上看扩大高炉喷吹煤粉，以煤代焦乃是降低焦炭消耗的最有效措施。因此，擴大高炉喷煤是当务之急，符合钢铁工业长远规划。
关键词：高炉技术；炼铁；喷煤比
Abstract: The pulverized coal injection in blast furnace iron making system structure optimization is the central link, it is the trend of the domestic and international development of blast furnace iron making technology, one of the three important technical route, also is our country iron and steel industry development. So, we should strive to raise coal injection ratio. This paper mainly analyses how to improve the pulverized coal injection rate through technical measures, for reference only.
Keywords: blast furnace iron making PCI ratio; technology;
中图分类号：F416.1 文献标识码：文章编号
1.提高喷煤比的重大意义
1.1提高喷煤比，可以实现炼铁系统结构节能。据统计，2007年全国重点钢铁企业焦化工序能耗为123.1kgce／t，而喷煤工序能耗仅为20～35kgce／t。高炉多喷吹1吨煤粉，就可以节约炼铁系统工序约100kgce／t的能耗。
1.2多喷煤可减少高炉炼铁生产成本。目前，焦炭与喷粉一吨的差价在500～700元。多喷煤，可有效地降低高炉铁的生产成本。
1.3多喷煤可降低炼焦过程的环境污染。多喷煤，少用焦炭炼铁，就可以少生产焦炭。这样，焦化厂就会减少外排污染物质。
1.4多喷煤可缓解我国主焦煤的短缺。我国主焦煤储量约占煤炭储量的1／4，而生产冶金焦的配煤要用50％以上的主焦煤，对于年产3.28亿吨焦炭的中国煤炭资源是有限的。我们应当大力保护我国的煤炭资源，科学合理利用好煤炭。高炉喷吹用煤是十分广泛的，可以完全不用主焦煤，这就降低了我国钢铁企业采购煤炭的成本。
1.5多喷煤，可以降低企业建设投资。我国喷煤车间的单位投资仅是焦化J一单位投资的12％～16％，为冶金焦部分投资的15％～20％。所以，对于一些新建扩建高炉的钢铁企业来说，同时新建或扩建喷煤设施，不建设焦化厂，是会有较大的经济效益。
2.提高喷煤比的技术措施
2.1保持炉缸热量充沛技术。高炉炼铁正常生产需要炉缸有充沛的热量，以保证铁矿石还原，渣铁流动性好、易分离，炉渣脱硫率高和透气性好。炉缸热量是用炉缸理论燃烧温度来表示。炉缸热量充沛是要求炉缸的温度和热量要高。理论燃烧温度在2200±50℃视为合理值。煤粉喷进风口后需要吸收热量。首先是煤粉被加热，然后是挥发分燃烧和碳素燃烧。这样，每喷吹l0kg/t无烟煤会使炉缸温度下降15~20℃，l0kg/t烟煤会使炉缸温度下降20~25℃。喷煤量大于l00kg／t会使炉缸温度下降150~250℃以上。高喷煤比会使炉缸温度下降幅度更大。
为使炉缸温度保持在2200±50℃合理范围内，就需要采取保持炉缸温度的技术措施，具体办法是：①提高热风温度：热风温度升高l00℃，可使炉缸理论燃烧温度升高60℃，允许多喷30~40kg／t煤粉。②进行富氧鼓风：富氧率提高1％，炉缸理论燃烧温度升高40~50℃，允许多喷煤粉20~30kg／t。③进行脱湿鼓风：鼓风湿度每降低1g／m3，理论燃烧温度升高6~7℃，热风温度提高9℃，允许多喷3~4kg／t煤粉。
2.2提高煤粉燃烧率技术。
①提高热风温度：喷煤比在180~200kg／t需要有1200℃以上的热风温度。风温低于1000℃以下的高炉是不利于喷煤的。
②进行富氧鼓风：富氧率提高1%，煤粉燃烧率提高1.51%，风口前理论燃烧温度升高，可允许提高喷煤比12~20kg／t，提高产量4.79%，煤气热值提高3.4，%，煤气量减少，风口径要缩小1%-1.4%。既可提高炉缸温度，又提供了氧气助燃剂，喷煤比在180~200kg／t时需要富氧3％以上；在燃烧学理论上，要求要有1.15以上的空气过剩系数。
③提高煤粉的比表面积：要求一般煤粉粒度-200网目要大于50％。采用烟煤和无烟煤混合喷煤，煤粉粒度-200网目要大于60％(烟煤中的挥发分遇高温时要分解，致使煤粉爆裂，增加煤粉比表面积)。无烟煤煤粉粒度-200网目要大于70％-80%。煤粉水分控制1.5%±0.5%，最高不超过2.5%。
④进行脱湿鼓风：可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量的效果。湿分降低1%，理论燃烧温度升高45℃，焦比降低0.9%，产量增高3.2%。将鼓风湿度控制在6％左右。进行脱湿鼓风，可以实现四季如冬的风量鼓风(夏季要比冬季风量少14%左右)，鞍钢鲅鱼圈高炉就有脱湿鼓风装置，提高高炉效率。
⑤提高炉顶煤气压力，减小煤气流速，延长煤粉在炉内燃烧的时间，降低煤气压力差。据测算，煤粉在炉缸的燃烧时间在0.01~004s内，其加热速度103~106k／s。提高炉顶煤气压力还促进增产和冶炼低硅铁的作用.
2.3提高料柱透气性技术。
①提高高炉入炉矿含铁品位，减少渣量。高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带。特别是铁矿石刚开始熔化，还原成FeO和形成初渣，渣铁尚未分离，尚未滴落至炉缸。如果高炉入炉品位在60％以上，吨铁渣量小于300kg，煤气的阻力会大大缩小，也会减少炉渣液泛现象。
②提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能，会大大提高炉料柱透气性。焦炭在高炉内是五个起作用：骨架作用，还原剂，提供热量，生铁渗碳，填充炉缸。特别是在高喷煤比条件下，焦比低，焦炭的骨架的作用就更加重要了。可以说，焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比水平的高低。高喷煤比对焦炭质量的要求是：M40在80％以上，M10小于7％，灰分小于12.5％，硫分小于0.65％，热强度CSR>60％，热反应性CRI<30％。对于2000m3，以上容积的大高炉，喷煤比在160kg／t以上时，要求焦炭质量要更好一些：M40≥85％，M10≤6.5％，灰份≤12．0％，硫份≤0.6％，CSR≥65％，CRI≤26％。同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量要<3.0kg／t。
③炉料成分、性能稳定、均匀。炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。工业发国家要求烧结矿含铁波动范围是±0.05％，碱度波动0.03(倍)。我国炼铁企业要求是铁份波动±0.5％，碱度波动±0.05(倍)。烧结厂设计规范也是此要求。因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化(高硅铁和高碱度渣熔化温度高，流动性差)。炼铁原料（烧结、球团、块矿）的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件，提高烧结矿（碱度在1.8~2.0倍）的碱变，会使转鼓强度高、冶金性能好的优点。
④优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。大高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在0.5~0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。①优化布料技术（料批、料线、布料方式等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有提高炉料透气性的作用。合理的鼓风动能使炉缸活跃，布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤产生量。②稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度，活跃炉缸会给高炉的高产、优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。高炉生产需要稳定。稳定操作会创造出炼铁的高效益。减少人为因素，提高对高炉生产的现代化管理水平，会促进炼铁生产技术的发展。
2.4提高煤焦置换比技术。
①煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要实现均匀、稳定。高炉均匀喷吹煤粉，会使高炉每个风口的鼓风动能一致，并会使炉缸热量分配均匀，促使高炉生产顺行和喷煤量的提高，进而煤焦置换比得到提高。为保证各风口喷煤量均匀，建议将煤粉分配器高位安置，使各单只管路尽量长短相近，不让煤粉走捷径个别风口多喷的现象出现。
②采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。烟煤挥发高，且含有一定水分，进入风口后会爆裂，促进分解燃烧和残碳燃烧，燃烧效率高。建议烟煤配比在30%左右。配比太高后管路的安全措施要加强，并且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。无烟煤发热值高，煤焦置换比高，但燃烧性差特别是高喷煤比时，会影响炉料透气性和高炉顺行。煤种优化是提高置换比的重要措施。
3．结语
在当前能源紧张的形势下，必须采取措施大力节约和替代焦炭。炼铁生产降低焦炭的途径很多：如改进原料质量、提高风温、改善操作、降低铁水含硅量、加强管理等。但从效果上看扩大高炉喷吹煤粉，以煤代焦乃是降低焦炭消耗的最有效措施。因此，擴大高炉喷煤是当务之急，符合钢铁工业长远规划。