高炉综合喷吹辟新径

高炉喷煤技术自20世纪60年代开始大规模应用于钢铁工业生产，为现代高炉广泛采用，是以煤代焦、降低成本的主要措施，也是调节炉况和改善冶炼过程的重要手段。

　　鞍钢作为国内最早研究和采用喷煤技术的企业，高炉喷吹工艺已较为成熟，在喷吹煤种选择、煤粉性能、混合配煤、喷吹操作等传统研究方面积累了丰富的经验，同时为实现进一步节能减排、低碳炼铁的发展目标，对一些新的综合喷吹技术思路也积极探索和实践，如喷吹褐煤、喷吹高炉除尘灰、煤粉中添加助燃剂、喷吹焦炉煤气等，并在这些领域进行了大量研究工作。

　　喷吹褐煤———降本增效的可行手段  

　　通过合理混合配煤，可以扩大喷煤资源，降低成本，并综合各煤种的优点，达到喷煤最佳性能配置。一些煤源广泛、价格合理，而性能指标较差的煤种在采用混合喷煤时也可适当应用，其中价格相对低廉的褐煤逐渐被研究者们关注。褐煤属于煤化程度最低的煤种，含水量高，热值低，易风化和自燃，不利于长途运输和贮存，因此价位较低，多用作化工、动力、民用燃料。鞍钢周边东北和内蒙古地区褐煤资源比较丰富，具备一定的地理优势，而且褐煤普遍硫含量偏低，如果不影响喷煤工艺性能，适当添加褐煤可以有效降低喷煤成本，为此在实验室对添加褐煤的影响进行了基础研究。

　　试验使用的褐煤取自离鞍钢地理位置最近的某矿区，重点考察了添加褐煤对燃烧性能的影响，因为只有燃烧性能好的煤粉才能在风口有限的空间、时间内充分燃烧，避免或减少未燃煤粉进入料柱，使料柱透气性不易恶化，进而最大限度地提高煤焦置换比、增强以煤代焦效果。燃烧性能使用煤粉静态燃烧法检测，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥分析煤样(100±2)mg，均匀平铺在灰皿内，在1200℃恒温条件下置于燃烧炉内燃烧，使用红外气体分析仪在线检测抽取的燃烧尾气CO2成分含量，根据CO2含量变化判断煤粉的燃烧性能差异。

　　由燃烧性试验可知，随着褐煤配比增加，CO2含量曲线峰值逐渐前移，燃尽时间缩短，燃烧速度明显加快。这是因为褐煤煤化度低、挥发分高、含氧高、化学反应性强、燃烧温度低，所以添加到无烟煤中必然能起到助燃的作用，与烟煤一样能提高喷吹煤粉的燃烧率。同时，褐煤含硫较低，灰熔点较高，可磨性较好，可以满足高炉喷吹用煤的工艺要求。添加褐煤的不利因素是褐煤水分较大、发热量低，尤其是灰分高，使配入量有限。综合利弊，若能找到灰分较低的稳定褐煤资源，可以在配煤中较多使用，因其价格低廉，将起到显著的降本增效作用。

　　高炉除尘灰综合喷吹———简单高效回收Fe

　　鞍钢高炉除尘灰主要来源于炉前出铁过程中产生的粉尘与炉顶主皮带料头处放料时产生的粉尘，炉前与炉顶的粉尘量比例大致为7∶3。鞍钢将两种粉尘分别收集、集中排放，通过各自的布袋系统经斗提后收集在同一集粉罐中外排。鞍钢高炉除尘灰中含铁近70%，回收价值极高，此前也采用传统的返回烧结配料方法，但当成分波动较大时往往配料困难，而且由于除尘灰粒度极细（小于0.09mm的比例达70%），理化性质也与精矿等存在较大差异，实际并不利于烧结矿/球团矿强度和其他指标的稳定和提高。鉴于这些问题，同时结合除尘灰的细粉特性，如果能将其添加到高炉喷吹煤粉中，在保证喷煤效果的基础上一起喷入高炉，无疑是最简单、有效的回收方式。

　　基于这种思路，研究人员对添加除尘灰后的混合煤粉进行了相关试验，评价了混合煤粉灰熔点、发热量和燃烧性能变化。因为除尘灰绝大部分物质都作为灰分引入了煤粉，所以直接导致了混合煤灰分增加，固定碳含量降低。由试验可知，当除尘灰添加到10%时，试样灰分含量增加了9%，挥发分减少了2%，固定碳减少了7%，发热量降低了约5MJ/kg。有利的方面是，混合煤的灰熔点有所升高，并且燃烧性试验表明添加除尘灰后煤粉燃烧性能得到改善。随着除尘灰配比增加，CO2含量曲线到达峰值前越来越陡，燃尽时间明显缩短，分析认为主要原因是除尘灰中铁氧化物的引入量逐渐增多，起到了催化煤粉燃烧的作用。这种效果要大于灰分增加等造成的不利影响。

　　综上可知，将高炉除尘灰添加到喷吹煤粉中可以改善煤粉燃烧效果，最重要的是能非常简单高效地回收Fe资源，考虑到喷煤灰分一般不超过15%，最好控制除尘灰混入量小于7%。在实验室研究基础上，2009年鞍钢在2号高炉（3200m3）进行了喷吹除尘灰工业试验。试验期间，高炉生产正常，燃料比基本不变，铁水与炉渣成分稳定，高炉产量有所增加，利用系数提高0.035t/m3·d。

　　喷吹煤粉中添加助燃剂———提高喷煤效率

　　鞍钢高炉喷煤工艺已较为成熟，在影响喷煤比的一些常规因素如入炉风温、原料条件、设备状况、操作水平等基本保持稳定的前提下，强化煤粉在风口回旋区的燃烧，加快燃烧速率，成为进一步提高煤比、改善高炉冶炼条件的新手段。结合国内外在煤粉助燃剂领域的相关研究，鞍钢于2010年在5号高炉（2580m3）进行了喷煤中加入助燃剂的工业试验，试验使用含锰系氧化物助燃剂（锰氧化物含量15%~20%，其余主要为钙、镁氧化物），添加比例为0.6%，并对高炉主要操作参数和生产技术指标进行了统计分析。

　　工业试验分为两个阶段：第一阶段为基准期，第二阶段为添加助燃剂的试验期，各为期一个月，基准期和试验期内配煤种类和配比保持稳定。整个试验期间高炉生产较为稳定，未出现大的炉况波动，试验期的生产情况明显好于基准期。试验期煤比波动相对平稳，较基准期有提高趋势，而焦比呈明显降低趋势。据统计，试验期喷煤比增加了8.10kg/t，焦比降低了10.30kg/t（校正后为9.67kg/t）。另外，试验期间高炉日产量增加，平均利用系数增加，综合焦比降低。总体而言，高炉喷吹煤粉中添加助燃剂取得了较好的效果，通过对煤粉燃烧率进行测算，试验期间平均煤粉燃烧率比基准期提高了5%以上，表明助燃剂对改善煤粉燃烧性能起到了重要作用。

　　高炉喷吹焦炉煤气———改进高炉能源结构

　　焦炉煤气中含有大量的H2（＞50%）及部分CH4等碳氢化合物。高炉喷吹焦炉煤气可以改进高炉的能源结构，为铁矿石的还原过程提供更好的还原剂，有效提高H和C的利用率，降低煤和焦炭的消耗，减少CO2排放。鞍钢鲅鱼圈分公司焦炉煤气过剩，之前用于烧石灰窑、供CCPP（燃气蒸汽联合循环发电机组）发电，剩余部分低价卖给电厂，造成高附加值能源的浪费，经过多次技术论证，确定在两座高炉(4038m3)上实施喷吹焦炉煤气工艺。喷吹工程在2011年底完工，先期进行压缩空气喷吹试验调试系统，从2012年7月首先在1号高炉开始喷吹焦炉煤气试运行。试验初期使用8根喷枪，喷吹量为3000m3/h～3500m3/h，压力0.55MPa～0.60MPa，之后根据运行效果逐渐扩展煤枪数量，加大喷吹量。

　　2012年6月份该系统没有喷吹焦炉煤气，作为基准期；9月份喷吹焦炉煤气（18根喷枪，喷吹量6000m3/h～6500m3/h，压力为0.55MPa～0.56MPa），作为试验期。结果显示，喷吹焦炉煤气以后，高炉的入炉燃料比明显降低，炉顶煤气中的H2含量略有升高趋势，但变化量不大。经统计，2012年9月份较当年6月份高炉燃料比降低了18kg/t，综合焦比降低了15.79kg/t。须要特别说明的是，与当年6月份相比，2012年9月份高炉原燃料条件有所恶化，焦炭强度下降，入炉品位降低，渣量增大，高炉顺行难度加大，但由于喷吹焦炉煤气，不仅保证了高炉顺行，而且还大幅度降低了入炉燃料比。这些都表明焦炉煤气在高炉内得到了较好的利用，并对改善炉缸工作状况、保持高炉顺行产生了良好的效果。