高炉喷煤技术概述 
 摘  要 高炉喷煤是降低炼铁生产成本的有效途径。介绍了高炉喷煤的优点及喷煤的基本流程，对高炉大喷煤时应采取的技术措施作了分析，并介绍了目前高炉喷煤有待解决的问题。
1 引言
   高炉喷煤技术始于1840年s．m．banks关于喷吹焦炭和无烟煤的设想，目前，高炉喷煤已成为炼铁系统工艺结构优化、能源结构变化的核心，它的发展增强了高炉炼铁工艺与新型非高炉炼铁工艺竞争的力量，缓解了炼铁生产受到资源、投资、成本、能源、环境、运输等多方面限制的压力。
高炉喷煤技术，就是在采用高风温和富氧鼓风的同时，通过风口与鼓风一起向炉缸喷吹用煤。高炉喷煤系统由原煤贮运、煤料制备、煤料输送、喷吹设施、干燥气体制备和动力供气等组成。煤的喷吹系统通常采用喷吹煤粒和喷吹煤粉两个主要方法，均在炼铁生产实践中得到了成功应用。国内钢铁企业广泛使用的是喷吹煤粉的方法，其煤粉制备的工艺流程为：原煤经定量式给煤机均匀地给入磨煤机内，磨成的合格煤粉通过管道经高浓度袋式收尘器收集，收集的煤粉经螺旋输送机和叶轮给粉机送至煤粉仓内待用。
  近年来，高炉喷煤之所以发展迅速，主要因为它在冶金企业有着非常重要的地位，对竞争力有着重要影响，是钢铁联合企业生存发展的关键技术之一，高炉喷煤的优点有：
     (1)用价格低廉的煤粉部分替代价格昂贵且日趋匮乏的冶金焦炭，焦比降低，从而降低炼铁成本。
     (2)高炉喷煤是调剂炉况热制度的有效手段，使炉缸的工作状态得以改善，从而保证高炉生产的稳定顺行。
      (3)为高炉使用高风温和富氧创造了条件。
     (4)提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石还原和高炉操作指标的改善。
     (5)高炉喷煤替代部分冶金焦炭，既缓解了焦煤的需求，也减少了炼焦设施，可节约基建投资，并降低炼焦生产对环境的污染。
2 高炉喷煤的基本流程
     根据制粉装置到高炉距离的远近、煤粉仓、喷吹罐安放位置的差异、喷吹管路的粗细、喷吹压力的高低、输送浓度的大小以及喷枪形式的不同，高炉喷煤可以分为直接喷吹、间接喷吹；串罐喷吹、并罐喷吹；总管喷吹、多支管喷吹；高压喷吹、常压喷吹；浓相喷吹、稀相喷吹和氧煤枪喷吹、常规枪喷吹等各种形式的喷吹[1]。目前比较成熟的生产流程有以下几种。
2.1 德国küttner流程
     煤粉罐、中间罐、喷吹罐三罐串接→流化小罐→喷吹支管→喷枪；支管上装有流量计和二次风入口，安装位置前者靠近喷吹罐出口，后者靠近高炉。近十多年来，küttner公司又推出了一种新流程：煤粉仓→并列喷吹罐→流化小罐→总管→分配器→支管→氧煤喷枪，并得到了更多的推广。新流程为双罐、双总管和双分配器形式，仍然使用氮气加压、流化，采用浓相输送。
2.2 美国阿姆科(armco)流程
     煤粉仓→并列喷吹罐→总管→分配器→支管→常规喷枪。与新küttner流程不同的是armco流程使用3个喷吹罐，一根总管、一个分配器；总管既变径，局部还要变形，为确保足够的分配精度，分配器必须置于高炉炉顶，所有支管也必须等径、等长、等形状。加压、流化使用氮气，因为是稀相输送，所以还需添加压缩空气。
2.3 日本住友流程
     煤粉仓→并列喷吹罐→旋转给料器→喷吹小罐→总管→第一分配器→第二分配器→支管→喷枪。住友流程总管上装有压差式流量计与旋转给料器共同调节喷煤总量，控制和设备组成均较复杂。
2.4 日本川崎流程
     煤粉罐、中间罐、喷吹罐三罐串接→多支管→喷枪；喷吹罐上出料，底部设有搅拌器并在支管出口处接入二次风(压缩空气)稀释。
2.5 卢森堡paul wurth流程
     历史上pw公司与küttner公司曾有过一段较长时间的合作，因此无论新流程还是老流程，两家的差异都不大，基本上大同小异，仅在个别设备的选用上有出入。如老流程中pw用旋转给料器代替了küttner的流化小罐；新流程中用声纳管代替了阻损管、用流化喷嘴代替了流化罐、增设泄压气回收装置等。
2.6 混合型流程
     煤粉罐、中间罐、喷吹罐三罐串接→总管→分配器→支管→喷枪；这是在上述多支管流程基础之上的一种改良流程，也可以称作混合流程。
2.7 英钢联粒煤喷吹流程
     煤粉仓、中间罐、喷煤泵三罐串接→总管→分配器→支管→喷枪；主要特点是用喷煤泵代替了传统的喷吹罐，中间罐与喷煤泵之间使用圆顶阀联接，同样条件下，喷煤泵工作压力通常小于传统喷吹罐工作压力，喷煤泵出口设有由变频电机驱动的旋转给料阀。
3 高炉在大喷煤时所采取的技术措施
    当煤比为200kg／t左右时，由于高煤比条件下高炉煤气发生量和矿/焦比发生变化，因而高炉操作条件发生变化，需要进一步提高高炉原燃料质量和高炉操作水平[2]。
3.1 提高焦炭的质量
     高煤比时焦炭的热强度是非常重要的指标。大喷煤时，软融带透气焦窗随焦比的减小而变窄，焦炭的料柱骨架作用进一步加强；另一方面，由于煤粉代替部分焦炭在风口燃烧，使死料柱中的焦炭在高炉内停留时间延长而易粉化。因此，要求进一步提高焦炭的质量。宝钢高炉在200kg/t大喷煤期间，要求焦炭的cri(反应性)＜25％，实际为24％，csr(反应后强度)＞67％，实际达到69％；其入炉焦炭平均粒度保持在52mm以上。
3.2 提高烧结矿质量减少高炉渣比
     大喷煤时，矿/焦比升高，料柱焦层中炉渣积聚量增大，如不减少渣量，将会影响料柱的透气性；同时由于焦炭的粉化加剧和未燃煤粉及焦粉量的增加，在渣量较大时，炉缸死料柱的透液性也显著降低，对风口气体流向中心区的穿透和下部气流分布产生明显的不良影响，所以在大喷煤时应尽量减少渣量的产生，除了提高焦炭的质量外，还要提高烧结矿的品位和降低sio2含量。另外，烧结矿的强度也很重要，较高热态强度的烧结矿可减少其在高炉内粉化，可以提高高炉的透气性。
3.3 提高操作水平
     提高高炉操作水平，就是通过上下部调剂形成合理的煤气流分布，改善料柱和炉缸死料柱的透气性和透液性，从而提高高炉炉况的稳定性和对大喷煤的适应能力。
上部调剂方面，随着煤比提高，各高炉都采用了发展中心气流和抑制边缘气流的布料措施。下部调剂包括活跃炉缸，控制适宜的风速和鼓风动能，保持一定的循环区长度，发展中心气流。
3.4 采用高风温、适宜的富氧量等措施
     高炉喷煤增加炉腹煤气量，使风口前火焰温度降低；富氧可以减少炉腹煤气量，提高火焰温度，提高煤粉在风口的燃烧率，高风温可以增加热补偿和提高燃烧率。
4 高炉喷煤有待解决的问题
     目前，现场的煤粉生产及高炉操作上的一些习惯性认识和操作，直接影响到高炉喷煤的科学生产，且给高炉喷煤效益乃至生铁成本带来不良影响，应从以下几个方面加以改进[3]。
4.1 建立并科学管理储煤料场
     目前，诸多钢铁企业炼铁厂的煤粉制备车间，即使有储煤场也基本上是十分狭小且不规范，管理亦未受到重视；有的甚至直接用火车、汽车或皮带等将来煤送入制粉系统。这样，处理较大块度的原煤就需在制粉系统的源头增加破碎机，脱去原煤的过高水分就要增加烘干设备，冬季原煤冻块较多还要增加解冻设备。尽管添加这些设备是必要的，但由于其没有融入在一合理的原煤料场的综合管理中，则在生产管理上总给人以“临时、仓促、滞后、繁杂、无序”的感觉，更谈不上制粉用原煤的科学管理了。其解决的办法是建立一科学和合理的储煤场，只有这样，才能保证制粉系统和高炉喷吹操作建立在科学的基础上，才能保证高炉的稳定顺行、稳产高产和降低生铁成本。
4.2 建设并科学利用数据库
     目前，高炉喷煤系统基本没有建立数据库。认真搞好原煤及成品煤粉相关数据库的建设，并科学地加以利用，无论是制粉系统还是高炉喷吹及高炉操作系统都将受益匪浅。建设并科学利用数据库，不但方便了生产和管理，且为喷吹用煤采购对每一种原煤的煤质及往日加工利用的效果和运输成本等情况做出客观的评价，为日后的采购和定价做出科学的决策。
4.3 寻求最佳喷煤比
     在长期的炼铁生产实践中，高炉操作者往往认为只要高炉未出现异常，且制粉和喷吹系统能力足够，高炉喷煤比越高越好。实际上，它是单纯追求高煤比和降低入炉焦比，而忽略了燃料比的降低，即只注重喷煤的经济效果而忽略了喷煤的节能效果。因为高炉生产的一切活动都须服从一个目标，那就是追求高产、低耗和低成本。高的喷煤量若保证不了高的置换比，也就不可能在喷煤节能这一环节上使其在生铁成本中的份额降低。所以，应根据炉况的具体情况，提高操作水平，寻求适合不同炉况的最佳喷煤比。
5 结语
     提高喷煤比是降低炼铁生产成本的有效途径。通过理论研究和生产实践，认为喷吹煤粉的目标为：煤比250kg/t，焦比250kg/t，燃料比500kg/t。提高煤比的限制性因素很多，主要有炉缸的热状态、煤粉的燃烧情况、高炉顺行情况及煤焦置换比等。为有效提高喷煤比，应努力解决好精料质量、鼓风质量、喷吹工艺及高炉操作等问题。同时，不能一味盲目地追求高喷煤比，应根据高炉各自的条件，努力寻求最适宜的喷煤量，以达到低耗、高产、优质、长寿和高效益的目的。

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