关于高原地区高炉高比例烟煤喷吹实践问题的思考

李宏宾，蒋元禄，李万顺，裴承斌，毛连周

（西宁特殊钢股份有限公司，青海 西宁 810005）

随着我国钢铁冶炼及原材料市场的全面饱和，钢铁产能过剩，钢铁企业经济效益日趋低迷，亏损日益严重，高炉炼铁减产停产现象持续发生，使得各钢铁企业去产能、降成本、减亏损的任务更加繁重，压力更大。如何实行精细化操作管理，进一步提高产品质量和降低生产制造成本成为实现创新增效的主要任务。针对当前严峻的社会形势与生存挑战，本世纪高炉炼铁技术要实现健康稳定发展，必须要在节能减排、循环利用、低碳冶金、清洁环保等方面取得巨大突破升级，通过不断提高高炉风温、降低高炉燃料比，才能提升高炉炼铁技术与市场竞争力。

2015年9月份西宁特钢从热水地区发现宏昌烟煤并使用后，逐步将烟煤混喷比例提高，取得了较好的效果，有效降低了燃料成本，并且满足了高炉炉温要求。但由于西宁特钢地处高原地区，大气压强与空气含氧量均与国内华北及沿海地区的钢铁企业存在一定的偏差（青藏地区氧含量仅为15%~20%），因此，在挥发分较高条件下可能会对高炉喷煤系统的安全生产造成一定影响。从整个制粉系统的安全性来考量，爆炸极限压力提高，更有利于高比例烟煤喷吹实践，但西宁特钢将烟煤计划比例提高到70%以后没有再进一步提高。为此，通过分析国内其他厂家的宝贵实践经验及相关资料后认为西宁特钢完全有条件继续推进提高烟煤混喷实践。

1 西宁特钢近年来煤粉喷吹现状

高炉喷吹煤粉中两种原煤的化学成分及发热值情况如表1所示。

表1 原煤的化学成分及发热值

近年来西宁特钢高炉喷吹煤粉各原煤混合比例情况如图1所示。

图1 原煤混合比例情况图

近年来高炉喷吹煤粉固定碳及发热值的情况如图2和图3所示。

图2 喷吹混合煤粉固定碳含量变化图

图3 喷吹混合煤粉发热值变化情况图

可以看出，西宁特钢高炉喷吹煤粉中烟煤比例提高的空间还很大。从近年来高炉的喷吹效果可以看出，只要混喷煤粉的固定碳＞70%，发热值＞29 000 kJ/kg，即可满足高炉喷吹要求，为高炉提供保证炉缸活跃状态所需的热量。由于烟煤的燃烧性能比无烟煤要好，会使混喷煤粉在风口区的燃烧率大大提高，且烟煤的可磨性较好，在制粉过程中对磨机设备也是有益的，因此完全可以在目前工装设备条件下进一步提高烟煤混喷比例，优化燃料结构。

2 高比例烟煤喷吹的限制因素

通过具体实践研究表明，高比例喷煤导致煤气量增加、初渣黏度升高、焦炭料层空隙度降低，从而促使液泛的产生。无烟煤和烟煤的化学成分及发热值差异很大，高比例喷煤对炉况的影响因煤种的不同而不同，而宏昌烟煤的物化指标要远远好于前期所使用的烟煤，故提高喷煤量后对高炉顺行状况的影响也相对较小。

《高炉喷煤用煤煤质性能研究》有以下结论：通过界限氧浓度测定Vdaf22%、Vdaf25%、Vdaf28%三种混合煤样的爆炸压力Pmax发现，当氧浓度降低时，其Pmax也会随之出现不同程度的减小。当氧浓度降至10%时，Pmax减小了50%；当氧浓度小于10%时，三种挥发分的混合煤样的Pmax基本一致；当氧浓度降至6%时，三种挥发分的混合煤样都不具爆炸性。故而，从理论上来说，当氧浓度≤6%时，混合煤样是安全的。

八钢通过一系列的生产试验也得出这样的结果，高炉喷吹所用喷煤的挥发分超过28%，在制粉系统中的氧浓度≤6%的条件下，煤粉的Pmax爆炸压力就能无限接近于零。制粉系统中的氧浓度和着火温度是煤粉爆炸三要素中切实可控的两个因素。通过上述试验可得知：当喷煤系统的磨机入口温度≤300℃、布袋出中的口氧浓度6%时，即可实现全烟煤喷吹安全生产。

高炉喷煤量存在的极限条件是：①喷煤量的增加也同步增加了煤粉吹出量，换句话说，势必会增加煤粉随荒煤气进入布袋损失部分；②喷煤量的增加会降低风口回旋区煤粉的燃烧，进入料柱的未燃物增多，导致炉内透气性变差，高炉运行不顺，此时的喷煤量称为极限喷煤量，它的本质就是进入料柱的未燃物有极限值。根据生产实践经验，当喷煤比低于200 kg/t时，喷煤量的增加对料柱透气性带来的影响可以忽略。随着喷煤技术的提高，焦炭的粒度降解有逐渐增加的趋势，即风口焦与入炉焦粒度差逐渐增加，使高炉料柱透气性降低，导致炉况不顺。因此，保证入炉焦炭合适的冷热强度和适当的粒度是关键。

3 结语

（1）只要保证高炉喷吹煤粉的挥发分＜25%，制粉系统磨机的入口温度≤300℃，布袋出口中的氧浓度≤6%，可以实现在目前工装设备条件下进一步提高烟煤混喷比例，优化燃料结构的目标。

（2）通过优化炉内操作，保证入炉焦炭具有较好的冷、热态强度和较好的粒度组成，实现高比例烟煤均匀混喷可以改善风口区煤粉的燃烧性能、抑制焦炭反应性，提高煤气利用率，有利于高炉冶炼低硅生铁。

（3）西宁特钢高炉喷吹煤粉中烟煤比例提高的空间还很大，且由于无烟煤与烟煤之间存在着较大的价格差，推进高比例烟煤混喷工艺可以创造较大的经济效益，对目前钢铁行业困难局面下降低炼铁成本具有重要意义。

（4）应加强对煤粉在炉内行为的研究，推动炼铁喷煤工艺进步。