高炉喷吹煤粉的现状以及如何提高煤比.doc

高炉喷吹煤粉的现状以及如何提高煤比高炉喷吹煤粉的现状以及如何提高煤比摘 要：综述了高炉喷吹技术的观状，结合典型高炉介绍了提高煤比的技术措施。采取了一系列技术措施主要是优化高炉操作，保持充足的炉缸温度，加强喷煤操作，保持合理的煤气流分布等，提高煤比后取得了良好的经济技术指标。关键词：高炉 喷吹 煤粉喷吹 高煤比 高炉操作Blast furnace of pulverized coal injection status quo and how to improve coal thanAbstract： Review the blast furnace injection technology, combined with typical view shape than blast furnace is introduced the technical measures of raising the coal. Adopted a series of technical measures. Mainly optimization of blast furnace operation, maintain adequate hearth temperature, strengthen the pulverized coal operation, to maintain a reasonable distribution of gas flow, improve coal than the latter achieved good economic and technical index.Key words : Blast furnace injection Pulverized coal injection High coal than Blast furnace operation一、序 言高炉喷吹煤粉始于1840年SMBanks喷吹焦炭和无烟煤的设想。世界最早的工业应用是根据这一设想在18401845年闻于法国博洛涅附近的上马恩省炼铁厂实现的。该项技术在1881年获得专利权，现在，已经成为谁都可以使用的技术。本世纪60年代在美国的喷煤技术，包括喷吹设备的研制颇为流行。但在当时因为供给煤粉设备是螺旋式给料机所以不能达到今天这样大的喷吹量。后来开发了气动方式，煤粉可以大量输送了，但还是被容易喷吹的重油取代了。在日本，喷吹技术是从喷吹COM(煤一油混合物)开始的。经过许多年，也改为喷油了。1973年和1979年由于石油危机，油价高涨，延缓焦炉老化的对策越发重要了。其中，降低焦炉产量，对于延长焦炉寿命是有效的办法。将煤作为焦炭的一部分直接喷入高炉的技术，80年代中期再次被人们认识。这次喷吹煤粉，由于煤和油的差价很大，为了降低生铁成本，在新崛起的欧洲和日本都投入了大量精力，展开喷吹量的激烈竞争。喷吹煤粉有许多优点，煤粉和氧气同时使用，可提高高炉生产率，由于排出的CO。减少，还可降低环境污染等。本文对大量喷吹煤粉时，高炉的炉内状况和操作状况进行整理，在介绍煤粉喷吹技术现状的同时，展望了将来。二、高炉内煤粉的行为21 回旋区内的燃烧一般认为尽可能使煤粉在回旋区内充分燃烧是大量喷吹煤粉的有效方法。通过许多基础试验研究了提高煤粉燃烧性的方法。在实验室研究中，发现高挥发分 低流动性的煤粉的燃烧性极佳l而随着煤粉喷吹量的增加，燃烧率下降。在实际高炉中这些现象也披斜行传感器的检测所确认回旋区内煤盼的燃烧性取决于鼓风温度，鼓风温度高(1 3051 320)，燃烧率也高。鼓风温度低时(1 2001 260 ，)通过加入水蒸气可将燃烧性提高到和高风温时同样的程度。另外，往煤粉里添加碳酸钙。或21O%的褐煤也可提高煤粉的燃烧性。据此验算后的结果，添加1O%低C的褐煤，煤粉喷吹量可以从155kgt提高到196kg/t。表1是高炉风口回旋区内不同特性煤粉气化状况的研究结果。高挥发分煤基本和重油一洋燃烧，圆旋区边界部位的燃烧率为2O65 。并弄清了喷枪直径和位置对燃烧速度技有影响。如图1所示，大量喷吹煤粉时，因为焦炭在高温区曝露时间长粉化量增大。22 适宜的喷吹位置高炉喷吹煤粉初期，一般认为喷枪前端位于直吹管内较合适。理由是和喷枪在风口前端比较，煤粉与热风接触时间长容易迅速燃烧。但是，大量碛吹煤粉时，喷枪前端位于直吹管内，会在风口前端上部生成附着物。为了防止这一点，如果将喷吹位置靠近风口前端，可以降低随喷吹量的增大而增加的送风压力和直吹管内的徽压震动。而且，将喷吹位置靠近风口前端时，因直吹管内煤粉的燃烧量下降，使炉壁侧焦炭消耗量和下降速度增加炉壁热负荷降低。该喷吹位置和煤粉粒径间的关系示于图2。图中效据是在风口前蝤温度定为1 600的条件下求出的。如果煤粉粒度适宜，喷吹位置即使靠近风口前端，也能确保煤粉充分燃烧。23 煤粉粒度租化的界限为了使煤粉在炉内完全燃烧并减少气流输送管路磨损，一直将其粉碎成数10m但是在10ms以内，效mm粒度的煤粉也能被加热燃烧。实际应用这种方法的是斯肯索普厂的高炉，喷吹最大粒度2mm的煤粉最高达到ll7kgt铁，并保持稳定操作。如果校正风口前端温度，这时的焦炭置换比大致为l。24 未燃烧煤粉的反应性喷入风口的煤粉迅速被加热燃烧，特别是高挥发分的煤， 因为煤粉的流态化和挥发分的挥发，形成如照片1所示的(略)多气化球状半焦。241 和CO 气体的反应(1)在风口和回旋区内的反应图3是风口和回旋区内煤颗粒燃烧状况的试验调查结果。开始约lOms，挥发分蒸发，然后80ms半焦不均匀燃烧。这种初期燃烧生成的半焦，热风温度越高燃烧越快，比焦炭容易反应。低挥发分的煤着火慢，在回旋区内的燃烧也慢，但是在回旋区内侧和风口上方700mm部位，燃烧变快，煤种间的差异很小。(图4) (2)在炉身部的反应到达炉身部仍未燃烧煤粉如图5所示，在l 0001200区域的反应速度比焦炭的反应速度大得多所以先行消耗。而且在1300不同煤种没有表现出差异。将灰分不同(挥发分一定)的未燃烧煤粉的气化速度作为单元反应速度，可用下式求得；式中R反应速度，1s;K2、Kl 速度常数，1(atm s)、atm;Pco、Pco2 ，CO2分压、平衡分压PcoCO 分压。其结果示于图6，与未燃烧煤粉气化反应速度成正比的参数K ，不因未燃烧煤粉的种类和灰分不同而变化，是个常数。决定气化反应速度的是CO气体反应参数K2。242 未燃烧煤粉与熔渣、铁水的反应未燃烧煤粉向铁水的渗碳速度，比石墨慢得多随着喷吹量(14gmin相当于实际高炉的煤粉喷吹量200kg/t铁)的增加渗碳速度加快，但是C浓度3%以上时，其速度变慢。该渗碳速度可以看作是未燃烧煤粉的供给限制速度。在煤比200kgt铁时，渗碳消耗的未然烧煤粉量非常少。另外，未燃烧煤粉的灰分很容易被炉渣吸收同化。为了调查煤粉在高炉滴下带的积蓄和滞留情况，堀尾等人进行了将液体一煤粉一充填层组合在一起的冷态模型试验。试验结果， 由于煤粉一液态的润湿性使滞留液的状况有很大差异，有时高炉内的压损可能变大。但是与实际高炉的关系还有待今后研究。243 喷吹煤粉时高炉内状况变化增加喷煤量时，炉内状况的变化所示，增加喷煤量后，一般认为在操作中出现以下问题t 随着煤粉的增加，风口和炉内的压损上升；随着煤气流边缘发展和热流比降低，炉身等热损增加；由于燃烧率下降，产生未燃烧煤粉。如果准确地把握了炉内这些情况，采取有效措施，可进一步加大煤粉喷吹量。三、提高煤比的措施31 精料(1)优化烧结工艺，尽可能提高烧结矿质量，使转鼓强度76 ，FeO稳定在70 90 ，TFe、R2、MgO成分波动 005 。(2)焦炭水分要严格控制在43 48 以内，避免因水分波动导致焦炭负荷波动。在现有条件下通过合理配煤，优化炼焦工艺，最大限度地降低焦炭的灰分、硫分、挥发分，使M4084 ；增加焦炭的反应后强度和反应性指标，争取焦炭的反应性(CRI)25 ，最高不超过28 ；力争焦炭的反应后强度(CSK) 65 ，最低不低于60 ，这对于保证焦炭的骨架作用，提高喷煤比至关重要。(3)减少粉末人炉，提高原燃料筛分效率，使人炉粉末由现在的5 下降至3 以下。人炉烧结矿中10 mm的比例控制在30 以下，人炉焦炭中2540 mm的比例控制在80 85以上。32 优化炉料结构针对烧结矿品位下降、焦炭质量降低的不利因素，进一步优化炉料结构，提高人炉熟料的配比，减少或不加硅石人炉，尽量提高综合人炉品位和降低吨铁渣量；选择好造渣制度，保证炉渣中MgO控制在80 100 ，保证炉渣具有较好的流动性和满足生铁质量的需要，保证炉缸工作均匀活跃，为进一步提高煤比创造有利条件。33 进一步改进增煤降焦措施(1)根据2 000 m高炉的实际送风参数，改进风口材质，采用渗碳耐磨风口，提高风口寿命；废除风口坏后立即更换制度，建立合理的风口定期更换制度，消除风口漏水对炉缸及焦比的影响。(2)改造顶压系统，使炉顶压力由原来的150kPa提高到159 kPa，既有利于间接还原发展，提高CO2的利用率，又使高炉压差降低、进一步提高煤粉的喷吹量。(3)优化热风炉操作，使鼓风温度1 100 提高到1 160 。提高风温可以快速加热煤粉和载气，提高煤粉热分解的吸热率，促使煤粉提前着火和快速燃烧，从而有助于煤粉燃烧率的提高，这是增加喷煤比、降低焦比的重要措施。(4)混合喷吹，提高煤粉发热值、燃烧率和置换比，降低煤粉的灰分和硫分。2005年9月份开始配人烟煤喷吹，正在逐步提高配比，大大提高了喷吹量， 由28 th提高到现在的33 th，顺行并没有受到影响。(5)均匀喷吹。加强喷枪管理，减少堵枪和磨风口，正常时保证全风口喷煤。(6)随着煤比的提高，高炉的抗干扰能力变差，高炉炉况需要更加稳定，要结合原燃料的化学分析及高温冶金性能，做到早调、微调、勤调，保证炉缸热量充沛，保证渣铁较好的流动性，保证炉况具有合理的透气性，保证高炉长期稳定顺行。34 优化高炉操作(1)上下部调剂。随着喷煤量增大，炉缸煤气发生量增大，从而矿焦比增加，焦层变薄，料柱透气性变差，中心不容易吹透，表现为中心煤气流不足，边缘气流发展，顶温高，上部气流不易稳定。采取增大矿批到435t和利用无料钟多环布料优势，摸索布料规律，调整煤气流合理分布，稳定上部气流，提高煤气利用率。(2)喷煤调剂。煤比提高后，必须保证煤粉的充分燃烧和置换比的稳定，减少进入渣中和煤气中的未燃煤粉。正常操作时，在负荷稳定的基础上用喷煤调剂可有效地稳定炉温，因此规定每班必须根据铁量和料速平衡煤比，连续料速过快或过慢时必须增减煤或调整焦碳负荷，保证综合负荷稳定。(3)坚持低硅冶炼。日常操作含硅量控制在02 035 ，同时严格控制硅素偏差，坚持标准化操作，杜绝炉况大的波动。(4)选择合理渣型。炉渣二元碱度控制在118123，A1 O 含量控制在15之内。(5)增加铁次。随着煤比的提高， 出渣铁前憋风现象增多，每天15次铁已不能满足高炉出铁需要。为此利用双出铁场优势缩小出铁间隔不大于20 min，增多出铁次数，及时出净渣铁保正透气性促进高炉稳定顺行。(6)做好高炉长寿工作。随着煤比的提高，高冶炼炼强度的持续，炉役进入后期，必须严格控制各段冷却壁温度，避免冷却壁损坏。参考文献：1钟顺思，王昌生轴承钢M北京：冶金工业出版社，2000： 4752王忠英，等轴承钢大方坯连铸工艺研究J钢铁研究学报，2002。(5)：16203周德光，等轴承钢连铸坯碳偏析的形成机理及影响因素J北