宝钢高炉大量喷煤时煤粉在炉内的利用状况

　　宝钢高炉大量喷煤时煤粉在炉内的利用状况徐万仁李荣壬钱晖（上海宝钢集团公司）量的变化；分析了影响炉尘及未燃煤粉吹出量的因素。利用碳平衡模型对煤粉在炉内不同途径的消耗量进行了解析，计算和实测结果表明煤粉在炉内基本全部被消耗利用。根据数据回归证明高风温是实现高煤比和强化燃烧的基础，而富氧率的高低只是充分条件。

　　1刖言1998年6月以来，宝钢高炉喷煤比连创新高截止到1999年10月，宝钢3号高炉喷煤比己连续17个月保持在200kg/t以上；1号高炉1999年卜3月稳定喷煤量为230kg/t，4月份和9月份还分别创造了252. 4kg/t和26Q6kg/t新纪录这些指标是在较高利用系数、较低富氧率下实现的，表明宝钢高炉喷煤技术达到了世界先进水平。在高煤比操作条件下，风口前煤粉燃烧状况炉尘未燃煤粉（残炭）逸出状况如何，是高炉操作者十分关心的问题本文通过对炉尘大量取样检测，分析了宝钢高炉大喷煤比过程中残炭吹出量的变化采用生产数据回归和炉内碳平衡分析方法对高喷煤比、残炭逸出与煤粉燃烧利用的关系进行了深入研究2炉尘灰及未燃煤粉吹出量的变化2.1炉尘灰比及其碳含量的变化3号高炉炉尘灰比随喷煤量加的变化趋势如由可见，3号高炉煤比由80kg/t加到150kg/t时，一、二次灰比（一次灰指重力除尘灰，二次灰指文氏清洗沉淀泥）下降；150~180kg/t煤比范围，一、二次灰比变化不大但煤比超过180kg /t后，一、二次灰量明显上升，200kg /t以上时灰量上升更加显著喷煤150kg/t以下时，一、二次灰比随喷煤比提高、入炉焦比降低而下降，未燃煤粉没有吹出或吹出很少，使总炉尘量减少。1号高炉喷煤系统投产后，其喷煤比提高迅速，炉尘灰量亦显著加。同3号高炉相比，1号高炉煤比超过220kg/t时，其二次灰量反而高于一次灰量，且随喷煤量提高，灰比大幅度上升。根据这些规律可以认为，在宝钢高炉喷煤条件下，180kg/t是喷煤**层次，200 /t为第二层次，220kg/t为第三层次，250kg/t则为更高的层次（台阶）传统认识和许多厂家把富氧喷煤150kg /t视为大喷煤比的**台阶，宝钢的实践使之推后30kg/t，表明宝钢高炉具有良好的接受大喷煤量的能力。

　　高炉一、二次灰碳含量随喷煤比大的变化规炉尘碳含量随喷煤比增加的变化1号高炉；（b）3号高炉C一一次灰，一二次灰律如3号高炉一次灰碳含量变化趋势与一次灰比相近，即小于180kg/t煤比时随喷煤量大一次灰碳含量下降，超过180kg/t和200kg/t则碳含量呈阶梯性上升。1号高炉一次灰碳含量变化与3号高炉规律相似，当煤比超过220kg /1时碳含量上升36 2号高炉一次灰和3号高炉二次灰中未燃煤粉及粉焦的含量随喷煤比加的变化如所示。显微镜下观察（在镜下根据颗粒形态、显微结构、光学特征等可明显分辨出焦末和未燃煤粉）测定表明，喷煤170kg/t以下时，一、二次灰中无未燃煤粉；170 ~220kg/t煤比时，一次灰中粉焦较二次灰中多；随喷煤量大，二次灰中未燃煤粉量加而粉焦量减少；当煤比超过200kg/t，尤其在220kg/t时，二次幅度大。这些规律与大煤比的层次性一致由看到，13号高炉二次灰碳含量均高于一次灰，而且1号高炉喷煤量大到220kg/t以上时二次灰碳含量显著升高2.2炉尘未燃煤粉的逸出量灰中未燃煤粉及粉焦量均明显上升，且粉焦量幅/t煤比以下时，随喷煤量大，炉尘灰量碳含量及其中粉焦量的下降主要是入炉焦比降低的结果。煤比超过200kg/t时，入炉煤粉不能在炉内全部消耗，而且焦炭因负荷加重和炉内停留时间延长所导致的粉化加剧，因而炉尘灰量碳含量上升，炉尘中未燃煤粉和粉焦比例加但即使煤比达到200kg/t以上，炉尘中未燃煤粉量仍较少，一次灰中2%~4%，二次灰中5% ~10%.镜下测定表为较细的焦末及未燃煤粉轻、粒度小，从炉顶逸出后明，一次灰中矿粉比焦末多，而二次灰中焦粉比矿粉需经文氏管洗涤才能捕获下来，主要进入二次灰中，多，且二次灰的颗粒尺寸比一次灰约小一半。二次灰故含量较高碳含量和其中未燃煤粉、粉焦量比一次灰高，这是因2.3煤粉在炉内的利用率喷煤量/kg-r1炉尘未燃煤粉及粉焦量随喷煤比增大的变化（a）2号高炉一次灰；（h）3号高炉二次灰粉焦量，一未燃煤粉量根据入炉煤粉量、焦炭量和炉尘逸出的未燃煤粉及粉焦量，可按下式计算未燃煤粉的吹出率和煤粉在炉内的利用率：一次灰比（kg/t）X―次灰中未燃煤粉量（％）+二次灰比（kg/t）<二次灰中未燃煤粉量（％））/（煤比（kg/t））1-未燃煤粉吹出率一次灰中总炭量（％）+二次灰比（kg/t）x二次灰中总炭量（%））/（燃料比（kg/t）））=1-总炭吹出率（％）上总炭为炉尘中未燃煤粉与粉焦的总和3号高炉不同喷煤比操作时未燃煤粉吹出率和煤粉利用率计算结果见表1由表1可见，当喷煤比由16化170kg/t增大到200-210kg/t时，未燃煤粉吹出率由0.5%~0.7%增加到1.3%~ 1.6%，煤粉利用率则由99.3%下降到98.5%.从总炭吹出率和总炭利用率看，随喷煤比增大二者变化不大，说明燃料比基本未有增加高炉操作实绩也证实了这一点喷煤200kg/t水平时未燃煤粉吹出量相对于入炉煤粉量仍很少，可以认为煤粉在炉内基本被消耗利用了。

　　3分析与讨论表1实际未燃煤粉吹出率和煤粉利用率高炉未燃煤粉吹出率总炭吹出率/%煤粉利用率/总炭利用率/ 2号3号高炉炉尘及其含碳成分的吹出量主要取决于原燃料质量、喷煤量大小、煤粉燃烧和未燃煤粉利用程度、高炉压差、炉况稳定性等。由可见，炉顶压力增加40kPa，一、二次灰比下降3.5~ 6kg/t这说明在增大喷煤比的操作中，适当提高顶压，降低炉顶煤气流速，对降低炉尘吹出量，减少矿粉和含碳燃料的损失，降低燃料比和生产成本是十分有利的表明，提高富氧率对减少炉尘灰量影响不显著3.2煤粉在炉内燃烧利用状况的解析煤粉在高炉内的行为和消耗利用途径，按其消耗比例，可大致划成如所示的几大部分。喷入高炉的煤粉大部分在风口前燃烧，未燃尽的残炭部分积存在炉缸（死料柱表面）内，参加铁水渗碳和非铁元素还原等；其余随煤气流上升，部分粘附在软熔带3.S炉M未燃煤粉1出凛的影响因teCCPubM的熔融德铁层上行应未燃煤粉在块状带主要通过气化反应消耗未在炉内消耗利用的煤粉将随炉顶煤气逸出炉外。可见，提高风口前煤粉燃烧率，改善未燃煤粉的消耗利用率，都会有效地降低未燃煤粉的逸出量碳输入炉内变化碳输出煤粉风口前燃烧（2）气化（H2O）炉顶煤气铁水渗碳（COC2）焦炭SiMnPTi等非铁元素还原生铁、炉渣中高炉下部FeO直接还原炉尘灰中高炉上部碳气化反应（C+高炉碳平衡示意图根据高炉内煤粉和焦炭燃烧、各种还原反应、气化反应、渗碳反应等消耗过程，及总输入碳和总输出（消耗）碳的平衡，用简单的模型对高炉不同喷煤比操作时碳在炉内以不同途径消耗利用的数量进行计算，结果见从中看出，风口燃烧碳量约250kg /t，直接还原为80~ /t，铁水渗碳约50kg /t随喷煤量增加，风口燃烧碳量减少，直接还原消耗碳量增加，一、二次灰中碳量上升。计算各途径消耗碳量占总输出（消耗）碳量的比例，可得到总碳燃烧率、总碳吹出率和总碳利用率，如表2所示。由表2可知，风口前碳燃烧率为60%~ 65%.喷煤200~210kg/t时模型计算的总碳吹出率为1.7% 21%，比实测结果略低宝钢高炉长期稳定喷煤/t左右的较低燃料比，缘于采用了合理煤气流分布控制技术和高煤气利用率操作方法。煤粉在高炉内能够被充分消耗利用，故未燃煤粉吹出量很少in宝钢炉高<煤比比操：作c中oh采用ul 3.3实现高煤比操作与风口燃烧条件的关系提高风口前煤粉燃烧率是实现高煤比操作和减少炉顶未燃煤粉吹出量的重要条件。过去国内外认为喷煤200kg/t需要富氧4%~ 6%，宝钢高炉能在喷吹较粗的煤粉（混煤挥发分20%~22%，煤粉粒度小于0.074mm比例为20%~30%）使用1.5%~20%的较低富氧率下实现喷煤200kg/t，且长期稳定，使用高风温起了关键作用。宝钢高炉」比与鼓风条件的愚关系如。由图洲显看表2高炉总碳燃烧率、吹出率和利用率模型计算结果Table2Calculatedresultsbycarbonbalance 2号高炉3号高炉煤比燃烧率％吹出率％利用率/%燃烧率/%吹出率/%利用率/%出，喷煤量与风温湿分直接相关，而与富氧率相关性小，说明高风温热补偿是实现高喷煤比的重要基础，而富氧率的高低不是必要条件。2号高炉1998年9月成功实现连续半个月无富氧喷煤160~170kg/t充分证明了这一结论2号高炉1998年9月16r28日因制氧系统限氧实施无富氧喷煤操作，富氧率由原1.5%降为零此时高炉采取提高风温（由1220 C提高到1250降低湿分（由18g/m3降到14g/m3施，使风口前理论燃烧温度维持2000C，炉缸仍很活跃，高炉顺行良好。从炉尘灰量及其碳含量看，与富氧1.46%、喷煤180~190kg/t时相比，仅一次灰量有所增加，一次灰和二次灰碳含量以及一次灰中未燃煤粉量基本相同说明风口前煤粉没有因无富氧而明显降低燃烧率，未燃煤粉量没有增加。可见高风温带入的物理热对保持一定的煤粉燃烧率起了重要作用。上述操作实践也说明喷吹较粗的煤粉、使用较低的富氧率同样可实现高煤比操作，而传统限制煤粉粒度小于0. 074mm占80%是不合算的。煤粉燃烧的**个阶段是热分解，此时热补偿或强化煤粉与热风混合极为重要，而氧气只对残炭燃烧阶段起主要作用，但到此阶段鼓风中的氧已被煤气流稀释了，其强化燃烧的作用不能充分发挥出不同富氧率时2号高炉炉尘灰量及其碳含量（未燃煤粉）的变化―碳含量；c-未燃煤粉碳含量表7精炼车轮钢力学性能分析性能指标抗拉强度/伸长率/%断面收缩率/%冲击功/常温平均值标准误差中值模式标准偏差样本方差峰值偏斜度区域*小值*大值求和计数置信区间得到进一步优化改善，完全符合新铁标的技术条求；B类夹杂控制级别全部小于等于1级，仍需进一件。步研究脱氧工艺和夹杂的变形处理。

　　（3）A类、C类D类夹杂控制级别满足标准要