萊鋼高爐噴吹用煤性能研究

周小輝，梁棟，李曉

（1萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪271104；2山東耀華能源投資管理有限公司，山東濟(jì)南250101）

試驗(yàn)研究

萊鋼高爐噴吹用煤性能研究

周小輝1，梁棟1，李曉2

（1萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪271104；2山東耀華能源投資管理有限公司，山東濟(jì)南250101）

提高高爐噴吹煤粉比率，是降低生鐵成本的重要措施。針對(duì)萊鋼高爐噴吹用煤，進(jìn)行了噴吹煤種爆炸性、著火點(diǎn)、燃燒性實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，萊鋼噴吹煤種中E性能最好；備選煙煤F和G中，煤種G無(wú)爆炸性，可直接進(jìn)行噴吹；煤種F具有強(qiáng)爆炸性，可少量混合配加噴吹。

高爐；噴吹煤粉；煤種性能

1 前言

隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，以煤代焦成為煉鐵降低成本的主要技術(shù)措施，高爐煤粉噴吹水平有了較大的提高。萊鋼目前1 080m3高爐粉煤噴吹煤比維持在170～180 kg/t，甚至達(dá)到過(guò)200 kg/t［1］。1 880m3高爐粒煤噴吹穩(wěn)定在170 kg/t以上［2］。噴吹用煤特性對(duì)高爐的順行有著重大的影響，而且直接影響噴吹煤粉在高爐內(nèi)的燃燒率，進(jìn)而影響高爐噴吹煤比。大噴吹煤比情況下，大部分煤粉在爐內(nèi)有效利用，少部分未燃煤粉隨著煤氣進(jìn)入爐塵［3-4］，因此研究噴吹用煤特性，合理選擇噴吹煤種，對(duì)進(jìn)一步提高噴煤效果，降低煉鐵生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。

2 試驗(yàn)煤種

萊鋼高爐噴吹煤種較多，主要是無(wú)煙煤和貧瘦煤，受煤場(chǎng)限制，噴吹方式也不固定，有時(shí)單種煤有時(shí)混合噴吹，尚沒(méi)有根據(jù)煤種性能進(jìn)行合理噴吹，并且由于煤種成份及冶金性能的波動(dòng)，對(duì)萊鋼高爐噴吹煤比的穩(wěn)定以及進(jìn)一步提高煤比產(chǎn)生不良影響?；诖耍囼?yàn)選用萊鋼主要噴吹煤種進(jìn)行可磨性、著火點(diǎn)、燃燒率及爆炸性性能研究。

本研究試驗(yàn)用煤樣共有7種，F(xiàn)和G煤為煙煤，是萊鋼準(zhǔn)備用于進(jìn)行煙煤無(wú)煙煤混噴的備選煤種。其余均為無(wú)煙煤或貧瘦煤，是萊鋼當(dāng)前主要噴吹煤種，其工業(yè)分析見(jiàn)表1。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 可磨性

可磨性代表磨煤的難易程度，它直接關(guān)系到磨煤的能耗和費(fèi)用。目前我國(guó)采用哈氏（哈德各羅夫）方法測(cè)定煤的可磨性指數(shù)—HGI，其物理意義是物料磨細(xì)后增加的比表面積與能量消耗之比。

表1 萊鋼主要噴吹煤粉工業(yè)分析

高爐噴吹用煤的可磨性指數(shù)應(yīng)在60～90。低于50的煤很硬，難磨；高于90的煤雖然易磨，但往往是粘結(jié)性強(qiáng)的煤，可能給磨煤和輸煤造成困難。從表2看到，萊鋼主要噴吹煤種中，B和E易磨，而A、C和D 3種煤可磨性相差不大，相對(duì)較難磨。備選煙煤F和G可磨性幾乎相同，在所取煤種中可磨性最差。因此，從磨煤能耗來(lái)考慮，選擇B和E更為經(jīng)濟(jì)。

表2 原煤可磨性

3.2 著火點(diǎn)

在有空氣和煤粉共存的條件下，把煤粉逐漸升溫到煤粉開(kāi)始燃燒的溫度，叫煤粉著火點(diǎn)或燃點(diǎn)，其高低與煤的變質(zhì)程度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)采用北京科技大學(xué)煤粉爆炸性及著火點(diǎn)綜合測(cè)定裝置，將煤粉試樣置于微型電爐的鉑片上，通電逐漸升溫，用攝象機(jī)、光電管和微機(jī)系統(tǒng)測(cè)定煤粉開(kāi)始燃燒的溫度。

對(duì)于高爐噴吹煤粉，著火點(diǎn)低，將在同樣的風(fēng)溫條件下提供更高的過(guò)熱度，有利于煤粉燃燒，但需要注意煤粉爆炸性，以確保噴吹煤粉的安全性。

從表3可以看出，萊鋼目前主要噴吹煤種A的著火點(diǎn)溫度最低，其次是E，C和D著火點(diǎn)溫度幾乎相同，且為最高。而備選煙煤比無(wú)煙煤和貧瘦煤著火點(diǎn)要低很多，F(xiàn)最低（僅為321℃），因而煙煤具有更好的燃燒性能。

表3 煤粉著火點(diǎn)溫度℃

3.3 爆炸性

采用長(zhǎng)管式煤粉爆炸性能測(cè)定儀測(cè)定煤粉爆炸性能。試驗(yàn)時(shí)將l g干燥煤粉試樣用壓縮空氣噴到安裝在玻璃管內(nèi)的約1 050℃的火源上，視其返回火焰長(zhǎng)度來(lái)判斷爆炸性。僅在火源處出現(xiàn)火星或無(wú)火星的屬無(wú)爆炸性煤；返回火焰長(zhǎng)度＜400mm為易燃有爆炸性煤；返回火焰長(zhǎng)度＞400mm為強(qiáng)爆炸性煤。

從表4中試驗(yàn)結(jié)果可以看到，萊鋼目前噴吹煤種都不具有爆炸性，備選煙煤中，F(xiàn)煤種具有強(qiáng)爆炸性，G煤種不具有爆炸性，因此，添加煙煤噴吹時(shí)，從安全性考慮，應(yīng)首選G煤種。

表4 煤粉的爆炸性（火焰長(zhǎng)度）mm

3.4 燃燒率

本次試驗(yàn)利用熱分析測(cè)定煤粉燃燒至600℃煤粉燃燒率。利用北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的WCT-2C微機(jī)差熱天平，首先需精確稱(chēng)量試樣重量，然后將所稱(chēng)量的一定量煤粉，加入試樣坩堝中，放置于差熱天平上，通入一定量的空氣流（60ml/min），依照一定的升溫速率（20℃/min）加熱煤粉。隨著溫度的升高，煤粉首先被快速加熱，隨后進(jìn)行脫氣和快速熱分解（即煤的熱分解和揮發(fā)分的二次分解），然后著火，揮發(fā)物進(jìn)行燃燒，最后殘?zhí)浚ɑ虬虢梗┡c氧氣進(jìn)行燃燒的多相反應(yīng)，直至煤粉燃燒完全。

表5 煤粉600℃燃燒率%

從表5中可看出，無(wú)煙煤燃燒率低于煙煤，這是由于煙煤揮發(fā)份含量高的緣故。對(duì)于萊鋼目前噴吹的無(wú)煙煤，B、D和E煤種具有較好的燃燒性能，而A和C的燃燒性較差。對(duì)于備選煙煤，F(xiàn)煤種比G煤種具有更好的燃燒性能。

4 煤種綜合評(píng)價(jià)

高爐噴吹工藝對(duì)于煤粉質(zhì)量的要求是：灰分低、含硫低、可磨性好、燃燒性好、反應(yīng)性強(qiáng)等。隨著高爐噴煤量增加，對(duì)于煤粉質(zhì)量的要求也不斷提高。因此，有必要對(duì)煤粉的煤質(zhì)特性進(jìn)行綜合分析，采用必要的評(píng)價(jià)方法，從中優(yōu)選出冶金性能比較好的噴吹煤，以進(jìn)一步提高噴煤的效果，降低煉鐵生產(chǎn)的成本。

按照煤粉的灰分、可磨性、著火點(diǎn)、燃燒率進(jìn)行分檔排序，灰分由高到低排序C＞A＞D＞B＞G＞E＞F，可磨性由高到低排序B＞E＞C＞D＞A＞G＞F，著火點(diǎn)由高到低排序D＞C＞B＞E＞A＞G＞F，燃燒率由高到低排序F＞G＞B＞E＞D＞A＞C。根據(jù)排序結(jié)果，從灰分及冶金性能上綜合考慮，煤種E是最優(yōu)煤種。萊鋼高爐噴煤應(yīng)該增加煤種E的噴吹。而備選煙煤F和G中，由于G煙煤無(wú)爆炸性，可以直接用來(lái)高爐噴吹。而煙煤F則需要考慮噴吹的安全性，進(jìn)行配加試驗(yàn)分析。

5 備選煙煤配加分析

對(duì)于高爐噴煤煤種選擇來(lái)講，無(wú)煙煤發(fā)熱量高、理論置換比高。盡管選擇煤種時(shí)必須考慮置換比，但是，無(wú)煙煤燃燒性較差，尤其是在噴煤量比較高時(shí)，過(guò)多的未燃煤粉不僅影響高爐順行，還會(huì)降低置換比?；烀簢姶档睦碚撝脫Q比等于單一煤種理論置換比的加權(quán)平均數(shù)，與噴吹無(wú)煙煤相比，混噴在犧牲少量置換比的條件下獲得了較高的煤比，降低了生產(chǎn)成本。

表6 混煤性能

煙煤配加、噴吹安全性是生產(chǎn)實(shí)踐的重中之重。前面爆炸性實(shí)驗(yàn)可知，煙煤G無(wú)爆炸性，是配加的首選煤種。而煙煤F雖有強(qiáng)爆炸性，但少量配加，噴吹安全性完全有保證。從表6中混煤性可知，少量配加強(qiáng)爆炸性煙煤F，混合煤粉燃點(diǎn)相對(duì)主體單種煤燃點(diǎn)有所降低，但混合煤粉仍不具有爆炸性。

6 結(jié)論

6.1 在萊鋼主要噴吹煤種中，從可磨性、著火點(diǎn)及燃燒率方面考慮，煤種E是高爐噴吹最優(yōu)選煤種，萊鋼高爐噴煤應(yīng)考慮增加煤種E的噴吹。

6.2 所選試驗(yàn)煤種中，只有煙煤F具有強(qiáng)爆炸性，其它煤種均無(wú)爆炸性，因此，萊鋼配加煙煤噴吹，從安全性能考慮，首選煙煤G。

6.3 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，煙煤具有更好的燃燒性能，煙煤F優(yōu)于煙煤G。

6.4 盡管煙煤F具有強(qiáng)爆炸性，但在配加10%煙煤F的混合煤粉實(shí)驗(yàn)中，混合煤相較主體單種煤粉的燃點(diǎn)有所降低，混合煤粉仍不具有爆炸性，萊鋼混煤噴吹可以考慮少量添加煙煤F。

［1］張故見(jiàn)，徐春玲.萊鋼1 080m3高爐大煤比噴吹技術(shù)［J］.山東冶金，2012，34（1）：17-19.

［2］郎達(dá)慧，胥長(zhǎng)城，蔣學(xué)健，等.萊鋼1 880m3高爐提高煤比生產(chǎn)實(shí)踐［J］.山東冶金，2011，33（5）：46-47.

［3］李家新，蒼大強(qiáng)，糜克勤.大噴煤量高爐冶煉的理論與實(shí)踐［J］.包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，18（2）：1-8.

［4］刁日升，胡賓生.噴煤未燃煤粉在高爐內(nèi)行為的研究［J］.鋼鐵釩鈦，2003，24（3）：17-21.

Research on Propertiesof Pulverized Coal for BF Injection in Laiwu Steel

ZHOU Xiaohui1,LIANG Dong1,LI Xiao2
（1 Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China; 2 Shandong Yaohua Energy Investment Management Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Increasingthe ratio of pulverized coal for blast furnace injection is an importantmethodto reducethe cost of pig iron. Experiments about explosiveness,ignition point and combustibility of coal used in Laigang have been done.The results showedthatthe coal E has a best property inthe pulverized coal,inthe coal F and Gthe coal G without explosiveness can be injected directly,butthe coal F can be be injectedmixed in a small amounts because of its high explosiveness.

blast furnace;pulverized coal;injection;property

TF521

A

1004-4620（2014）02-0026-03

2014-01-07

周小輝，男，1981年生，2005年畢業(yè)于江西理工大學(xué)冶金工程專(zhuān)業(yè)，北京科技大學(xué)工程碩士?，F(xiàn)為萊鋼技術(shù)中心工程師，從事鐵前工藝技術(shù)研發(fā)工作。