高爐噴吹煤粉燃燒性與反應(yīng)性的研究與應(yīng)用

范明雪

（山東壽光巨能特鋼有限公司，山東 濰坊 262700）

高爐噴吹煤粉能夠大大較小低焦比，對(duì)高爐冶煉操作進(jìn)行改善，進(jìn)而有助于高爐順利的工作。不僅如此，還能夠給提升高爐使用風(fēng)溫和富氧率帶來(lái)有利環(huán)境。在現(xiàn)階段焦炭資源非常缺乏以及價(jià)格越來(lái)越提高的背景下，提升噴吹量能夠得到比較大的而經(jīng)濟(jì)效益，然而，噴吹煤粉燃燒性敦豪反應(yīng)性對(duì)提升煤粉的噴出量發(fā)揮著重要效果，特別在高煤比的噴吹環(huán)境當(dāng)中，煤粉燃燒性、反應(yīng)性給高爐料柱的透氣性帶來(lái)比較大的影響[1]。煤粉在燃燒的過(guò)程中通過(guò)結(jié)焦、脫氣以及殘焦它燃燒等環(huán)節(jié)，然而煤粉在煤槍的出口到對(duì)燃燒帶離開(kāi)的時(shí)間比較少。在這個(gè)時(shí)間當(dāng)中，要讓全部的噴吹煤粉實(shí)現(xiàn)這些階段比較難，其需要帶來(lái)一些沒(méi)有燃燒的煤粉，其中一些沒(méi)有燃燒的煤粉進(jìn)入到了爐渣，提升了爐渣的粘度。這大大影響著高爐的冶煉，影響著噴煤量的提升[2]。煤粉反應(yīng)性體現(xiàn)出煤氣化、燃燒過(guò)程當(dāng)中關(guān)鍵指標(biāo)。高爐來(lái)大噴煤操作的過(guò)程當(dāng)中需要關(guān)乎未燃燒煤粉內(nèi)碳和二氧化碳之間的反應(yīng)水平研究。未燃燒的煤粉帶著焦炭的孔隙和表面代替焦炭?jī)?nèi)碳出現(xiàn)氣化反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)揮著對(duì)焦炭強(qiáng)度進(jìn)行保護(hù)的效果。在高爐當(dāng)中，反應(yīng)產(chǎn)物的一氧化碳還能夠起到了還原劑、氣流重新的分布效果。所以，此次深入研究高爐噴吹沒(méi)分燃燒性、反應(yīng)性，給優(yōu)化高爐噴吹用煤的種類(lèi)以及提升煤粉比減小煉鐵的成本帶來(lái)了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)支持。

1 相關(guān)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

在此次試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，原材料來(lái)源于某鋼鐵廠使用的六類(lèi)無(wú)煙煤、一類(lèi)煙煤。在試驗(yàn)之前，把噴吹的煤粉放到干燥的箱內(nèi)，在100攝氏度溫度下進(jìn)行2個(gè)小時(shí)的干燥，對(duì)水分進(jìn)行去除。

1.2 試驗(yàn)儀器和方法

噴吹煤粉燃燒性和反應(yīng)性測(cè)量要應(yīng)用熱重分析方法，試驗(yàn)儀器應(yīng)用了微機(jī)差熱天平，整套的試驗(yàn)一起含有差熱天平、溫度控制系統(tǒng)以及電腦實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)。

第一，燃燒性的試驗(yàn)。把16-18毫克的煤粉混入到差熱甜品的氧化鋁坩堝當(dāng)中，給差熱天平混入流量是每分鐘60毫升的空氣流，并且通過(guò)每分鐘20攝氏度升溫的速率來(lái)對(duì)煤粉進(jìn)行加熱，然后計(jì)算燃燒率。第二，反應(yīng)性的試驗(yàn)。把16-18毫克煤粉增加到差熱天平坩堝當(dāng)中，首先通入氣體氮?dú)?，通過(guò)每分鐘20攝氏度升溫的速率提高到900攝氏度，利用干餾對(duì)揮發(fā)物和水分進(jìn)行去除。等恒重的情況下，然后通入二氧化碳和煤粉進(jìn)行反映，并且將溫度不斷提升到1250攝氏度。煤粉在一定溫度當(dāng)中相對(duì)900攝氏度的時(shí)候失從率來(lái)對(duì)煤粉反應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 高爐噴吹煤粉燃燒性與反應(yīng)性的分析

2.1 單種的煤粉燃燒性

在不一樣的溫度當(dāng)中，煙煤燃燒率要比無(wú)煙煤要搞，在700攝氏度溫度下，燃燒率和完全燃燒進(jìn)行接近，整體的燃燒率比較好，并且初始的燃燒溫度比無(wú)煙煤初始的燃燒溫度要搞，容易發(fā)生燃燒。試驗(yàn)過(guò)程中選擇的煙煤在600攝氏度燃燒率是68.68%。六類(lèi)無(wú)煙煤的平均燃燒率是31.94%，僅僅是煙煤燃燒率47%。煙煤燃燒率比無(wú)煙煤燃燒率要高，其主要是因?yàn)槿紵龣C(jī)理所造成的。無(wú)煙煤為高煤化程度的煤，其存在比較嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)，燃燒是從外向內(nèi)進(jìn)行層狀的燃燒。煙煤存在比較好的揮發(fā)含量，熱分解過(guò)程中，存在比較多的揮發(fā)分，再起鏡質(zhì)構(gòu)成內(nèi)出現(xiàn)比較多的氣孔，燃燒反應(yīng)通過(guò)內(nèi)孔的燃燒為主，表面燃燒作為輔助。燃燒的過(guò)程當(dāng)中和空氣存在比較大的接觸面積。煙煤存在較高的揮發(fā)分，并且容易進(jìn)行燃燒，可以在一定的時(shí)間和空間當(dāng)中盡量氣化，有助于高爐提升噴煤量。在無(wú)煙煤600攝氏度的情況下，無(wú)煙煤燃燒率最低的為無(wú)煙煤E，最高的是無(wú)煙煤C。700攝氏度最高的燃料率是無(wú)煙煤C，800攝氏度最高的燃燒率是無(wú)煙煤D。我們從不一樣的溫度情況下無(wú)煙煤的燃燒率分析能夠看到，無(wú)煙煤C存在比較好的燃燒性能。在實(shí)際的生產(chǎn)提升高爐煤比操作的時(shí)候，需要提升噴吹用的無(wú)煙煤內(nèi)煤粉比例，進(jìn)而帶動(dòng)著噴吹沒(méi)分在風(fēng)口之前充分燃燒，進(jìn)而提升煤粉的利用率，實(shí)現(xiàn)減小煉鐵的成本效果。無(wú)煙煤E存在比較差的燃燒性能，往往造成煤粉在風(fēng)口位置存在比較低的燃料率，產(chǎn)生沒(méi)有燃燒的煤粉進(jìn)入到爐渣當(dāng)中，影響高爐的出渣。所以，在購(gòu)買(mǎi)噴吹煤粉的時(shí)候，需要對(duì)煤種的來(lái)源進(jìn)行優(yōu)化，盡量對(duì)無(wú)煙煤C進(jìn)行采購(gòu)。

2.2 不一樣煙煤配比當(dāng)中混煤的燃燒性

為了深入對(duì)不一樣煙煤配比環(huán)境下混煤燃燒特性，需要降煙煤分別和無(wú)煙煤C、無(wú)煙煤E和無(wú)煙煤F根據(jù)煙煤配比40%、50%以及60%來(lái)混合進(jìn)行燃燒試驗(yàn)。我們按照單種的煤粉試驗(yàn)結(jié)果能夠看到，煤粉的試驗(yàn)燃燒到700攝氏度的時(shí)候，燃燒進(jìn)入到了中后期，燃燒穩(wěn)定。因此，混煤燃燒到不一樣溫度的時(shí)候，加權(quán)燃燒率是通過(guò)構(gòu)成這個(gè)混煤兩個(gè)單類(lèi)試驗(yàn)燃燒率加權(quán)進(jìn)行計(jì)算得出。

2.3 噴吹煤反應(yīng)性

應(yīng)用差熱天平來(lái)研究無(wú)煙煤、煙煤的反應(yīng)，進(jìn)而得到了TG曲線，然后根據(jù)反應(yīng)性計(jì)算方法，然后根據(jù)反應(yīng)性計(jì)算手段，利用相關(guān)軟件來(lái)得到噴吹煤升溫到不一樣溫度的時(shí)候反應(yīng)性曲線。煙煤在900攝氏度溫度下存在比較多得失重。煙煤在不一樣溫度當(dāng)中反應(yīng)性將會(huì)比無(wú)煙煤要高，在1150攝氏度環(huán)境下，反應(yīng)性達(dá)到了94.36%，其接近完全反應(yīng)。在1150攝氏度當(dāng)中，無(wú)煙煤平均反應(yīng)性是43.09%，僅僅是煙煤反應(yīng)性45%。煙煤煤化度比較低，其存在比較高的煤氣孔率，存在比較大的有效表面積，有助于碳和二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)。無(wú)煙煤存在比較高的煤化度，煤內(nèi)碳變成了石墨結(jié)構(gòu)，氣孔率減小，進(jìn)而讓反應(yīng)性變低。高爐噴吹反應(yīng)性比較高的煤能夠?qū)固咳趽p進(jìn)行抑制，對(duì)焦炭高溫性能進(jìn)行了大大改善，減低了二氧化碳和焦炭的反應(yīng)。噴吹反應(yīng)性比較高的煤能夠?qū)?yīng)用低質(zhì)量焦炭存在更優(yōu)的高爐效果。所以，在對(duì)高煤比進(jìn)行操作的時(shí)候，需要更好的關(guān)注噴吹混煤反應(yīng)性。根據(jù)某鋼鐵廠當(dāng)前風(fēng)溫水平，需要使用都噴吹無(wú)煙煤C、煙煤混煤，進(jìn)而充分對(duì)未燃燒煤粉保護(hù)焦炭作用進(jìn)行發(fā)揮。

3 結(jié)論

第一，和六類(lèi)無(wú)煙煤相比較，在不一樣溫度下，煙煤燃燒性和反應(yīng)性都比無(wú)煙煤要高。第二，混煤燃燒率的實(shí)際測(cè)量值要高于加權(quán)值。應(yīng)用混煤能夠充分發(fā)揮煙煤、無(wú)煙煤優(yōu)勢(shì)，相互進(jìn)行帶動(dòng)著燃燒，加速燃燒的過(guò)程，提升混煤的燃燒率。伴隨混煤內(nèi)粒度比4微米小的煤粉占的比例越來(lái)越大，進(jìn)而增加了燃燒率。在高煤比的噴吹環(huán)境當(dāng)中，需要將粒度小于74微米的煤粉比例在75%左右進(jìn)行控制。第三，根據(jù)無(wú)煙煤燃燒性、反應(yīng)性試驗(yàn)的相關(guān)結(jié)果，在采購(gòu)噴吹煤粉的時(shí)候，需要盡量采購(gòu)無(wú)煙煤C，另外控制無(wú)煙煤E采購(gòu)量。在操作高爐提煤比的過(guò)程中，需要吧無(wú)煙煤C確定是噴吹用的無(wú)煙煤煤種，進(jìn)而提高混煤燃燒率的效果。