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高喷煤比的关键技术

高喷煤比的关键技术 2011年12月04日 来源： 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。高炉喷煤的重大意义(1) 减少炼焦过程对环境的污染。高炉喷煤代替焦炭，就减少了高炉炼铁对焦炭的需求。减少焦炭的需求，就可以使焦炉少生产焦炭。焦炉少生产焦炭或少建焦炉，就可以减少对环境的污染。(2) 缓解我国主焦煤的短缺，优化炼铁系统用能结构。炼焦配煤一般需要配50％以上的主焦煤，以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。喷吹煤粉的煤种广泛，可以不使用主焦煤。这就缓解了我国主焦煤的短缺，同时也降低了炼铁系统的购煤成本。(3) 高炉喷煤可以实现结构节能。2006年我国重点钢铁企业焦化工序能耗为123.41kgce／t，喷煤的制粉和喷吹所需的能耗在20~35kgce／t。高炉每喷吹1t煤粉，就可以产生炼铁系统用能结构节约lOOkgce／t的效果。(4) 高炉喷煤可降低炼铁系统的投资。据统计，国外建设喷煤车间的投资是焦化厂单位投资的25％~30％，转换为冶金焦的单位投资是30％~40％；中国喷煤车间的单位投资是焦化厂建设单位投资的12％~16％，为冶金焦部分投资的15％~20％。所以，在新建和扩容高炉时，喷煤车间必须同步实施，这样会有较大的经济效益。(5) 煤粉代替焦炭会有巨大的经济效益。目前，焦炭和煤粉的每吨价差在400~500元。一个年产400万t的炼铁企业，如果喷煤比在130kg／t，就可以年喷吹52万t煤粉，代替的等量的焦炭，可以产生年降低208~260万元的炼铁成本。(6) 提高企业劳动生产率，降低生产运行费。喷煤车间的员工人数和生产运行费用要比焦化厂少，这样就可以产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、障低生产运行费用的效果。我国喷煤水平发展不平衡，与国际先进水平尚有差距据统计，2006年我国大中型钢铁企业高炉喷煤比135kg／t，比上年度提高llkg／t，全年重点钢铁企业喷煤总量为4046万t，创出我国历史最好水平。2006年全国有9个企业喷煤比超过150kg／t，他们是：宝钢股份(207)、长治(188)、武钢(179)、石钢(160)、新兴铸管(159)、江阴兴澄(155)、邢台(155)、天铁(154)和韶关(151)。我国炼铁企业喷煤技术发展不平衡，2006年在全国重点钢铁企业之中尚有一个企业没有喷煤，还有7个企业年平均喷煤比低于l00kgce／t。我国高炉喷煤水平与国际先进水平尚有较大差距，国际领先的高炉喷煤比是266kg／t，宝钢也曾达到过260kg／t的水平。国际先进水平的喷煤比为180~200kg／t。《中国钢铁工业科学与技术发展指南(2006~2020年)》中提出了高炉喷煤指标：2006~2010年全国重点钢铁企业喷煤量≥160kg／t，2011~2020年全国重点钢铁企业喷煤量≥180kg／t。高喷煤比的关键技术钢铁工业是个有条件组织生产的行业，其生产工艺、技术、装备运行是有一整套科学规律的。具备什么样条件，就会出现什么样的生产技术指标。这也就是说，高炉炼铁生产是要有一定条件的，提高喷煤比也是需要一些关键支撑技术。本人认为，高喷煤比的关键技术是：保持炉缸热量充沛技术，提高煤粉燃烧率技术，提高炉料透气性技术和煤焦置换比高的相关技术。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℃，允许多喷3~4kg／t煤粉。2 提高煤粉燃烧率技术煤粉在炉缸内的燃烧包括可燃气体(煤粉受热分解而来)的分解燃烧和固态碳(煤粉分解后残留碳)表面燃烧。这些燃烧情况取决于温度、氧气含量和煤粉的比表面积和燃烧时间。宝钢测定高炉喷煤比在170kg／t、205kg／t、203kg／t时，煤粉在风口回旋区的燃烧率分别为84.9％、72.0％和70.5％。这说明还要有30％左右的煤粉要在风口回旋区以上的炉料中进行燃烧和气化。高炉内未能燃烧的煤粉将会被高速的煤气流带出高炉，致使煤气除尘灰中的含碳量增多。所以说，除尘灰中含碳量多少，是煤粉燃烧率高低的重要标志。提高煤粉燃烧率的技术措施是：(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。(2) 进行富氧鼓风：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：要求煤粉粒度-200网目要大于85％。采用烟煤和无烟煤混合喷煤(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)。(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。将鼓风温度控制在6％左右。(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0.01~0 04s内，其加热速度103~106k／s。3 提高料柱透气性技术高炉正常操作要维持一个合理的煤气压差值，即热风压力减去炉顶压力的数值。一些高炉工作者采用炉料透气性指数来操作高炉。料柱透气性高低是由多方面因素所决定的，只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。(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。焦炭在高炉内是起骨架作用。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)。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)。铁矿石的软化温度、软化温度区间、熔滴温度和熔滴温度区是铁矿石冶金性能的重要指标，对于炼铁技经指标和炉料透气性有重大影响。所以要求炉料的冶金性能要稳定。要求炉料粒度要均匀，就是减少炉料在炉内的填充作用。如果炉料粒度大小不均且混装，就会使炉料空间减少。如同4个苹果之间夹着乒乓球，造成空间减小。我们希望炉料的空间有0．44，以利于煤气流的畅通。要求炉料中5~10mm粒度的含量要小于30%，一定不要超过35％，否则会对炉料的透气性产生重大影响。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。连篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能耗均比竖炉所生产的球团好。入炉的块矿要求是含水分低、热爆裂性差、还原性能好、粒度偏小。(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。优化布料技术（料批、料线、布料方向等）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，同时有增加炉料透气性的作用。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。稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度会给高炉的高产、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。4 提高煤焦置换比技术上述3个小节中所讲述的技术也均是提高煤焦置换比的技术。本节从喷煤管理角度来分析提高煤焦置换比的因素。(1) 提高喷吹煤的质量。因为喷吹煤粉的品种广泛，所以要求煤的质量应是好磨、含碳链高（要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量）、含硫低、流动性好等。煤粉中含有K2O +Na2O总量要小于3.0kg/t.因为K、Na在高炉内会造成结瘤和焦炭易产生裂纹，致使焦炭强度下降。(2) 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。(3) 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。(4) 关于高炉喷煤比高低的衡量标准。因各炼铁企业生产条件的不同，高炉极限的高喷煤比数值是不同的，但是，行业对于喷煤极限值的认识是一致的：在增加喷煤量的同时，高炉燃料比没有升高，这是个最佳喷煤值。验证的第二个方法就是：高炉煤气除尘会中的含碳量没有升高，洗涤水中没有浮上一层如油一样的碳粉。(end)

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