高炉喷吹煤粉燃烧率的分析

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1、高炉喷吹煤粉燃烧率的分析作者:顾爱军　王世达　浏览次数:11宣钢炼铁厂摘　要:喷吹煤粉的利用效果是由煤粉在高炉内的燃烧率决定的，喷吹煤粉的燃烧率越高，煤粉置换比就越高，降低焦比就越多，煤粉利用效果就越好。关键字:喷煤量燃烧率置换比1、概述　　扩大喷煤量，提高风口前煤粉燃烧率一直是高炉喷煤的重要研究课题。然而，通过大量的理论和实践研究发现，煤粉在风口前燃烧带有限的空间和时间内完全燃烧是不可能的，喷吹量越大，未燃煤粉的绝对数量相应增大。未燃煤粉在炉内少量被有效利用，大量未被利用的煤粉给高炉冶炼带来了一定困难。　　因此，为了提高煤比及煤粉的有效利用，了解煤粉在高炉风口回旋区的燃烧情况及煤粉

2、燃烧率、煤粉的置换比具有重要意义。2、燃烧率　　高炉增加喷煤量后，操作中会出现以下问题：　　⑴随着喷煤比的增加，风口和炉内的压力损失上升；　　⑵随着边缘煤气流的发展和热流比的降低，炉身的热损失增加；　　⑶由于煤粉燃烧率下降，在炉内存在未燃煤粉。　　⑷高炉内未燃煤粉无论分布于何处，都会恶化料柱透气性。虽然留在炉内，但起不到应有的作用，反而抵消了一部分在回旋区有效燃烧带来的节能效果。　　⑸较低的软熔带位置，焦炭夹层较薄的软熔带结构，较大的鼓风动能都使煤粉易于向中心分布，因而使进入炉缸的未燃煤粉增多。　　⑹边缘煤气流发展，不仅增加煤粉吹出量，而且煤粉在炉墙处与炉渣接触，会使炉渣变稠，并导致

3、炉墙增厚或结瘤。　　高炉操作表明，喷吹量在80～120kg/t范围内变化时，炉内透气性变化很小，煤量再增加时，炉体下部碎焦量急剧增加。　　日本神户钢铁公司3号高炉采用水平和垂直探头测量了喷煤后炉内温度的变化，研究发现，喷煤量增加时高炉热贮备区上升，热流比下降。炉内压差的增加主要是由于气体温度的上升引起的，与矿焦比关系不大；炉内未燃煤粉与CO2发生了气化反应。并且，当煤粉量由150kg/t增加到170kg/t时，碳的熔损反应量降低，碎焦增加，且炉内还原能力增加，使得直接还原度降低。　　国外高炉在风口和风口以上700mm处取样，研究了煤粉在焦炭中的燃烧性能。结果表明：　　⑴喷煤后，CO2

4、含量最高点和氧消失点离风口近了，说明煤粉在风口前的燃烧速度比焦炭快；　　⑵不同喷吹量的煤粉到达风口以上700mm处时，燃烧率均达到95%以上；　　⑶虽然煤粉粒度的增加降低了风口前煤粉的燃烧率，但即使喷吹3mm以下的粒煤，在喷吹量达到200kg/t时，风口以上700mm处的煤粉燃烧率也达到90%以上。　　以上说明高炉大量喷吹煤粉时，大部分煤粉在风口前回旋区燃烧气化，小部分以残炭状态随煤气进入料柱。进一步研究表明：未燃煤粉通过软熔带时，粘附在矿石和焦炭上。由于这种炭粒反应性高，能与矿石中的FeO发生直接还原反应而被消耗，同时使烧结矿的熔滴温度升高，使其高温冶金性能得到改善；附着在焦炭表面

5、的炭粒则优先与CO2和水蒸气反应，由于其气化速率是焦炭气化速率的7倍，故减少了焦炭的熔损反应，抑制了焦炭的粉化，保持了焦炭的高温强度；还有一部分炭粒会被滴落的铁液吸收，参加渗碳反应。　　国外高炉将喷煤量增加到200kg/t以上时，高炉采取了以下措施，效果很好。　　⑴进一步提高煤粉的燃烧率，为此应采取强化煤氧燃烧的喷吹技术；　　⑵采取加重边缘的布料制度，抑制边缘煤气流；　　⑶为确保焦炭层厚度减少时软熔带的透气性，应提高矿石的还原性，使其在高温下才开始软化，从而使软化-熔融区域变窄；　　⑷使用高强度焦炭以确保高炉下部的透气、透液性，维持正常的煤气流分布；　　⑸增加鼓风中氧气浓度，使等温线

6、下移，以降低炉顶温度，并通过降低炉腹煤气量，使高炉下部的压损降低。3、喷煤量　　关于高炉喷煤的极限问题，各国专家从不同角度出发，发表了很多观点。据有关文献经简单的推理，得出了喷煤的第一极限和第二极限，即：在氧化气氛下，高炉煤粉完全燃烧，氧过剩系数需要40%，高炉喷煤的基本作用是代替风口前焦炭，而入炉焦炭在风口前燃烧，大约占总入炉料的70%左右，因此煤粉的最大限度应在70%左右，此为第二极限；为保证风口前碳的完全燃烧的煤粉率应是70%÷1.4=50%，此为第一极限。　　德国钢铁公司在喷煤实践中研究了各种因素对高炉喷煤量的影响以后表明：煤焦置换比与喷煤量的关系不大。当前,煤粉喷吹期间的不

7、完全燃烧是限制喷煤工艺的主要因素,各种煤的燃烧极限O/C原子比是2:1,喷煤量大于150kg/t时,O/C开始低于极限值,导致了煤粉的不完全燃烧。随着喷煤量继续加大，限制喷煤量的决定性因素将是软熔带的形状和范围，煤粉在燃烧带内达到100%的燃烧,最低燃料比应为500kg/t,煤比应小于170kg/t,煤粉最大粒度应小于0.7mm。荷兰艾莫伊登高炉实践表明，当喷煤量在100kg/t以下时，高炉操作没有任何困难，各种操作制度变化不大；喷煤量由100kg/t增加