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影响高炉喷煤比主要因素的探讨
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摘要：本文结合高炉操作实际，系统的阐述了影响高炉喷煤比的主要因素，提出了在一定原燃料条件和富氧条件下，为了保证炉况顺行并取得经济燃料比，高炉喷煤比的合理控制范围。 关键词：富氧率…
摘要：本文结合高炉操作实际，系统的阐述了影响高炉喷煤比的主要因素，提出了在一定原燃料条件和富氧条件下，为了保证炉况顺行并取得经济燃料比，高炉喷煤比的合理控制范围。
关键词：富氧率、喷煤比、理论燃烧温度、渣铁比、入炉焦比
1、前言：国内众多高炉由于焦炭质量、渣铁比、富氧率、风温水平差异较大，因此高炉的利用系数、喷煤比、燃料比、理论燃烧温度等主要技术经济指标和主要操作参数差异也很大，在理论依据和指导上存在很大的争议；本文结合高炉操作实际，系统的阐述了影响高炉喷煤比的主要因素，提出了在一定原燃料条件和富氧条件下，为了保证炉况顺行并取得经济燃料比，高炉喷煤比的合理控制范围。
2、影响高炉喷煤比的主要因素：
无数的高炉操作实践证明，焦炭质量、渣铁比、富氧率、风温水平、高炉操作管理水平是影响高炉喷煤比五大主要因素，其影响的程度列表如下：
表1、五大因素对喷煤比的影响
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条件因素
|
焦炭质量
|
渣铁比
|
富氧率
|
风温水平
|
操作水平
|
|
影响煤比
|
30%
|
30%
|
20%
|
5%
|
15%
|
2.1.焦炭质量的影响：
焦炭在高炉炼铁中是不可缺少的炉料，对高炉炼铁技术进步的影响率在30%以上，在高炉炼铁精料技术中占有重要的地位。
在高喷煤比条件下，随着喷煤比的显著提高，焦炭负荷显著升高、焦炭骨架的显著减少、焦炭在高炉内的滞留时间延长，焦炭的骨架作用会显得更加突出，相应对焦炭的质量要求也会越来越高。否则，是难以实现高喷煤比，高炉炼铁不能正常生产。
焦炭从料线到风口平均粒度减少20%～40%，劣质焦炭和热反应性高、反应后强度低的焦炭粉化率会很大。
焦炭的4种作用中，提供热源的主导作用不会改变，这就决定入炉焦比有一个最低值，低于这个最低值，高炉炼铁就难以正常生产，在各种条件下高炉炼铁中碳的还原作用和渗碳功能不会有较大的变化。
单纯从焦炭质量考虑，喷煤比要达到200kg /t而且燃料比又低于500kg /t，焦炭质量必须满足：M40＞89%，M10＜6%，CRI＜24%，CSR＞65%，焦炭的平均粒度达到50mm。
2.2.渣铁比的影响：
提高矿石入炉品位，降低渣量是高炉精料的主要内容之一，随着渣量的升高，不仅吨铁耗熱增加，而且煤气流通过软融带和滴落带的阻损增加，料柱整体的透气和透液性变差，势必会影响到高炉的顺行和煤比的提高。
单纯从渣铁比的角度考虑质量考虑，喷煤比要达到200kg /t而且燃料比又低于500kg /t，渣量必须小于280kg/t。
渣铁比与入炉焦比基本上是一一对应的，渣铁比的高低基本上决定了入炉焦比的范围，从而在一定程度上影响了喷煤比的高低；要使入炉焦比低于渣铁比，必须大幅度的提高喷煤比，这样就必然导致燃料比的大幅度升高，并对高炉顺行产生不利影响。
目前，国内很多高炉的渣铁比在350 kg/t左右，根据入炉焦比与渣铁比相对应的关系，在保持500 kg/t燃料比的先进指标情况下，入炉焦比的最佳值应该是350 kg/t左右，合理的喷煤比应该是150 kg/t左右；而实际上此种渣量条件的高炉不管是煤比低于或超过150 kg/t，其燃料比都远远的超过了500 kg/t。
2.3.富氧率的影响：
长期以来大多数高炉操作实践证明，在燃料比不升高和高炉顺行的前提下，不富氧喷煤比可以达到100~120kg /t；富氧率每升高1%，喷煤比可以提高2-0~30kg /t。
从理论上讲，富氧率每提高1%，理论燃烧温度提高约45℃；喷煤比每升高100 kg/t，理论燃烧温度降低200~250℃，富氧与喷煤相结合，相辅相成，富氧既可以弥补喷煤造成的理论温度下降的不足，又可以提高煤粉的燃烧率和置换比，改善了炉况顺行，既能提高产量又能为提高喷煤比创造条件。
单纯从富氧条件考虑，喷煤比要达到200kg /t而且燃料比又低于500kg /t，富氧率必须达到3.50%左右。
2.4.风温水平：
热风带入的热量占高炉全部热收入的21%左右，由于喷吹煤粉属于冷料，煤粉的预热、分解、燃烧都需要吸收热量，同时喷煤后炉缸煤气量增加(每喷吹100 kg/t煤粉，炉缸煤气体积增加4.6%)，影响了喷吹量的增加和喷吹效果。
风温水平每提高100℃，理论燃烧温度升高约80℃，采用高风温既增加了喷煤以后的热补偿，又可使燃烧带具有较高的温度水平，加速了煤粉的预热分解和燃烧，有利于喷煤后热能与化学能的充分利用。
单纯从风温水平考虑，喷煤比要达到200kg /t而且燃料比又低于500kg /t，风温使用水平必须达到1200~1250℃；我国大多数中小高炉风温水平只有1050~1150℃，多数大高炉风温水平只有1150~1200℃，平均风温超过1200℃的高炉为数很少。
2.5.高炉操作管理水平：
在原燃料、风温、富氧和装备条件一定的情况下，高炉的操作管理水平就显得至关重要，能否维持合理的上下部调剂，选择合理的装料制度、送风制度、热制度和造渣制度，对高炉能否长期稳定顺行并取得良好的经济技术指标起着决定性的作用。
操作管理水平高的高炉，对煤比和燃料比以及利用系数的影响基本上占到约15%的比例，但是操作管理水平低的高炉，对煤比和燃料比以及利用系数的影响甚至于超过了25%，也就是说同样条件下由于操作管理水平低，其技术经济指标会下降10%。
3、合理操作参数的选择：
3.1. 三座不同容积高炉主要操作参数和技术经济指标
表2、三座不同容积高炉主要操作参数和技术经济指标
|
主要参数和指标
|
利用系数t/m3.d
|
喷煤比
kg/t
|
燃料比
kg/t
|
富氧率
%
|
吨铁富氧量m3/t
|
氧煤比
m3/kg
|
T理
℃
|
渣铁比
Kg/t
|
风温水平℃
|
|
太钢4350
|
2.53
|
200
|
500
|
5.0
|
54.55
|
0.273
|
2200
|
280
|
1220
|
|
汉冶1530
|
2.42
|
140
|
510
|
2.20
|
34.35
|
0.245
|
2220
|
360
|
1130
|
|
唐山建龙450
|
4.05
|
165
|
540
|
3.0
|
49.38
|
0.299
|
2218
|
340
|
1130
|
3.2.选择合适的焦炭负荷和入炉焦比并努力控制理论燃烧温度、鼓风动能在合理范围之内。
根据高炉焦炭质量、渣铁比和富氧率风温水平，选择合适的焦炭负荷和入炉焦比 ，并努力控制理论燃烧温度、鼓风动能在合理范围之内；是控制合理喷煤比范围并保持较低燃料比的关键。
我国目前多数高炉原燃料条件并不理想，富氧率1.00~1.50%、渣铁比350 Kg/t的高炉占很大比例，制定略高于350 Kg/t入炉焦比、150 Kg/t喷煤比，力争使燃料比达到或者接近500 Kg/的目标，依然是高炉操作者的努力方向。
当然条件具备的高炉，进一步提高煤比，降低焦比也是非常必要的。
3.3.推荐几个高炉操作中常用的计算公式：
3.3.1.风口前燃烧1kg碳消耗的风量Qkg=0.9333/{（1-f）×（0.21+O2）+0.50f}
3.3.2.实际入炉风量计算：Q实=P日产×F燃料比×C燃料含碳率×η燃料燃烧率×Qkg/1440
3.3.3.实际风速计算：
3.3.4.富氧率O2=（富氧量/60）×0.785/（Q实-富氧量/60）
3.3.5.理论燃烧温度计算：t理=1580＋0.80t＋4500O2－2.25W-5.80f，式中t为风温，O2为富氧率（%），f为鼓风湿度（g/m3）
3.3.6.鼓风动能的计算：,式中Q实为实际风量，n为送风风口数目，V实为实际风速。
3.4.富氧过剩与不足：
实际操作中，按照不富氧煤比可以达到100~120 Kg/t，富氧率每升高1%，喷煤比可以提高20~30kg /t作为控制喷煤比的依据，经过检验行之有效。
按照中限作为参考，不富氧煤比按照110 Kg/t控制，富氧率1%煤比135kg/t，富氧率2%煤比160kg/t。
3.4.1.富氧率高于上限，喷煤比低于下限，属于氧过剩，此时过剩的氧主要有两个作用，一是提高理论燃烧温度，一般富氧率每过剩1%，理论燃烧温度升高约45℃。二是提高冶强增加产量，一般富氧率每过剩1%，增产约3.50%；只要理论燃烧温度在正常范围之内，富氧过剩对炉况无不良影响。
3.4.2. 富氧率低于下限，喷煤比高于上限，属于富氧不足，对炉况主要有两个影响，一是降低了理论燃烧温度，一般富氧率每不足1%理论燃烧温度降低约45℃。二是降低了煤粉的燃烧率，使喷煤置换比下降，燃料比升高；只要理论燃烧温度在正常范围之内，富氧不足对燃料比和顺行的影响不大，但长期低于下限值就必须引起足够的重视。
4、结语：
影响喷煤比、燃料比和高炉顺行的因素很多，但是毫无疑问，焦炭质量、渣铁比、富氧率、风温水平、高炉操作管理水平是影响高炉喷煤比、燃料比和顺行的五大主要因素，不断加强精料工作，提高焦炭热态性能指标，不断改善矿石高温冶金性能并降低渣量，是高炉提高喷煤比、降低燃料比的基础，提高操作管理水平是高炉提高煤比、降低燃料比的必要条件。
