鞍鋼高爐噴吹燃料的綜合特性分析

曾宇1，姜喆1，張建良2，張楠2，滕海鵬2，王廣偉2

(1. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠， 遼寧 鞍山 114021；2. 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院， 北京 100083)

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摘 要

為了充分掌握大噴煤條件下高爐噴吹不同燃料的可行性，對(duì)幾種可用于鞍鋼高爐噴吹的不同煤級(jí)煤種進(jìn)行了深入研究，主要包括噴吹煤種的工業(yè)分析、元素分析，灰成分、發(fā)熱量、可磨性、著火點(diǎn)和爆炸性、灰熔特性、燃燒性、反應(yīng)性分析等。同時(shí)，結(jié)合動(dòng)力學(xué)計(jì)算來表征不同煤種的化學(xué)反應(yīng)特性差異。結(jié)果表明，隨著煤級(jí)的升高，煤的軟化溫度逐漸提高，這主要和氧化鈣的作用相關(guān)；提質(zhì)煤和蘭炭具有優(yōu)異的燃燒和氣化特性，并且其價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，安全爆炸性和可磨性符合高爐噴吹要求，搭配混合燃料進(jìn)行高比例噴吹時(shí)有利于燃料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和噴吹成本控制。

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關(guān) 鍵 詞

高爐； 噴煤； 提質(zhì)燃料； 性能對(duì)比； 動(dòng)力學(xué)

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引 言

高爐噴吹煤粉技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，*今已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外各大鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐普遍使用的技術(shù)手段，高爐噴煤對(duì)減少焦炭入爐量、降低焦比和燃料比有著重要貢獻(xiàn)。目前全國(guó)范圍內(nèi)的焦炭?jī)?chǔ)量和供應(yīng)量正日趨緊張，這直接導(dǎo)致焦炭?jī)r(jià)格上漲、高爐冶煉成本增加，而高爐大噴煤可以一定程度上緩解這種狀況。然而隨著噴煤技術(shù)的發(fā)展和成熟，一些問題也隨之而來。為了優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)及控制成本，高爐噴煤常采用煙煤混合無煙煤的方式，混合燃料從風(fēng)口進(jìn)入高爐，在回旋區(qū)內(nèi)迅速發(fā)生反應(yīng)，這個(gè)過程中會(huì)有部分未燃?xì)執(zhí)歼M(jìn)入爐缸內(nèi)部，聚集在爐渣中或者隨煤氣流上升，以高爐煤氣形式從爐頂逸出，這會(huì)造成煤焦置換比的降低，并且其在上升過程中可能透過爐料附著在焦炭或爐料的孔隙中，導(dǎo)致料柱透氣性變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響高爐內(nèi)部穩(wěn)定順行。噴吹燃料的不充分燃燒也會(huì)降低能源利用效率，造成環(huán)境污染問題。因此，高爐噴煤技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向在于優(yōu)化噴吹燃料種類和結(jié)構(gòu)，降低混煤成本，并保證燃料在爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，減少高爐噴煤過程中可能出現(xiàn)的不利于高爐順行穩(wěn)產(chǎn)的各項(xiàng)因素。

高爐噴吹技術(shù)不局限于單個(gè)煤種，可用于高爐噴吹的固體燃料包括煙煤、貧瘦煤、無煙煤、提質(zhì)煤、蘭炭，甚*包括生物質(zhì)半焦和廢塑料等。隨著高爐噴吹技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，越來越多潛在的噴吹資源或被直接用于高爐噴吹，或經(jīng)過預(yù)處理之后再被噴入高爐。雖然不同噴吹燃料物理化學(xué)性能各不相同，但是*終目標(biāo)都是為了降低高爐煉鐵成本，替代部分焦炭起到提供反應(yīng)熱量和促進(jìn)還原的作用。中國(guó)煤炭資源種類繁多，尤其是低品質(zhì)煙煤，高爐噴吹燃料的多元化有利于高爐噴煤技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展。

本文選取了幾種潛在的可作為鞍鋼高爐噴吹用的燃料，系統(tǒng)地對(duì)它們的基礎(chǔ)性能、安全性能和工藝性能等進(jìn)行分析研究，對(duì)比不同噴吹燃料用于高爐噴吹時(shí)存在的差異和影響。

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精 選 圖 表

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結(jié) 論

(1)對(duì)不同噴吹燃料的物化基礎(chǔ)特性進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)提質(zhì)煤和蘭炭的揮發(fā)分基本不超過20%，并且由于成本優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行高爐噴吹時(shí)可以適當(dāng)?shù)靥娲鸁熋夯蛘邿o煙煤；但是蘭炭的發(fā)熱量低于貧瘦煤和提質(zhì)煤，在進(jìn)行高爐噴吹時(shí)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)操作參數(shù)以維持風(fēng)口前爐缸的熱穩(wěn)定。

(2)所有煤種的可磨性、爆炸性均符合高爐噴吹要求，不會(huì)對(duì)制粉和噴吹安全造成影響。按照煤級(jí)的不同，灰熔特性軟化溫度隨著煤化程度的降低而降低。從燃燒性和反應(yīng)性來看，提質(zhì)煤和蘭炭的燃燒和氣化反應(yīng)活化能與煙煤接近，因此在噴吹入爐后能夠增強(qiáng)混合燃料的化學(xué)反應(yīng)性能，起到保護(hù)焦炭的作用，有利于高爐實(shí)現(xiàn)提煤降焦的目標(biāo)。

(3)綜上所述，在實(shí)際進(jìn)行高爐噴吹時(shí)，煙煤由于促燃效果明顯，因此可以保持正常添加比例；蘭炭和提質(zhì)煤由于較好的燃燒反應(yīng)性能以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可以部分代替無煙煤來控制噴吹成本；考慮到安全問題，無煙煤的加入量應(yīng)保證混煤揮發(fā)分在20%左右。因此，混煤方案建議2種煙煤的配比應(yīng)在25%左右，3種無煙煤在混煤搭配時(shí)配比均控制在15%左右，而提質(zhì)煤或者蘭炭的添加比例在5%左右，這樣在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際噴吹時(shí)混煤配比可控制在22%左右，既可實(shí)現(xiàn)噴吹燃料結(jié)構(gòu)優(yōu)化，又可滿足高爐噴吹要求。

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引用本文

曾宇, 姜喆, 張建良, 張楠, 滕海鵬, 王廣偉. 鞍鋼高爐噴吹燃料的綜合特性分析[J]. 中國(guó)冶金, 2022, 32(5): 80-85. ZENG Yu, JIANG Zhe, ZHANG Jian-liang, ZHANG Nan, TENG Hai-peng, WANG Guang-wei. Comprehensive analysis on characteristics of injection fuel in Ansteel blast furnace[J]. China Metallurgy, 2022, 32(5): 80-85.

來源：《中國(guó)冶金》2022年第5期