高炉喷吹固体燃料物化结构与燃烧性能关系研究

高炉喷吹煤粉技术是现代钢铁企业降本增效的主要技术措施,喷吹固体燃料的燃烧性能是提升煤焦置换比的关键。为明确影响高炉喷吹固体燃料燃烧性能的关键因素,系统分析了不同固体燃料的物化结构与其燃烧性能的关系。结果表明,高炉喷吹固体燃料中碳结构的有序化程度对其燃烧性能有显著的影响,有序化程度越高的样品,在燃烧反应过程中需要更高的能量破坏芳香环的结构,造成其着火温度升高,燃烧速率降低。高炉喷吹煤粉技术在喷吹燃料选择和使用过程中,选取固定碳含量高、发热值高、孔隙结构发达、富含有机官能团和碳结构有序化程度较低的固体燃料进行高炉喷吹,可以有效改善混合煤粉在风口前的燃烧状态,提升高炉喷吹煤粉在炉内的利用率。

高炉炉尘中未消耗煤粉和焦炭比例的研究

测定了宝钢高炉炉尘的粒度组成和分布，二次灰的粒径主要以小于149μm的为主，占85％左右，重力灰的粒度主要以74～297μm的为主，占60％左右。通过岩相显微分析确定了炉尘中未消耗煤粉和焦炭存在的不同结构形态。根据炉尘中煤粉和焦炭中碳的消耗程度，给出了由显微分析结果计算出的宝钢高炉大喷煤时炉尘中未消耗煤粉碳所占的百分比的定量表达式。

高炉大喷煤时煤粉利用率的研究

根据岩相显微分析和化学分析的结果,计算了宝钢高炉不同煤比操作条件下,炉尘中未消耗煤粉中的碳含量。给出了在正常生产情况下,炉尘碳含量与未消耗煤粉碳含量的关系式。确定了高炉喷煤比与炉尘碳含量和未消耗煤粉碳含量与喷煤比的关系式,进而计算了宝钢高炉在不同喷煤条件下煤粉在高炉内的利用率。为高炉大喷煤提供了必要的分析手段。

喷吹煤粉中氯元素在高炉风口区域的反应

对煤粉中氯元素在高炉内反应进行了热力学分析,模拟高炉风口环境,研究了喷吹煤粉中的氯元素在风口区的反应和分配规律.结果表明,煤粉中氯在燃烧过程中以HCl形式析出.与常规燃烧过程不同,煤粉中氯元素在风口区的析出率仅为40%～60%,剩余的氯元素残留在未燃煤粉中.喷吹煤粉带入高炉的氯元素不论去向如何,均不利于高炉冶炼过程的顺利进行.建立生产现场煤粉氯含量检测制度,减少高炉煤气中氯元素的危害,提高炉渣的排氯能力是今后努力的方向.

高炉炉尘中含碳物质来源

宝钢1#高炉二次灰粒径主要以小于149μm为主,约为80%,粒度分布是2个正态分布曲线的组合.重力灰粒径主要以74～297μm为主,约为65%,粒度分布是3个正态分布曲线的组合.通过岩相显微分析确定了高炉炉尘中未消耗煤粉和焦炭存在的不同结构形态.根据炉尘中煤粉和焦炭中碳的消耗程度,由显微分析结果进行计算,给出了在常村煤工业试验炉尘中未消耗煤粉碳所占比例的公式.

煤粉热分解特性及添加助燃剂的影响

研究了煤粉在氮气氛和空气气流中的热分解特性及添加助燃剂的影响。结果表明，煤粉在燃烧条件下挥发分的析出量超过在氮气氛下的产率，煤粉燃烧过程中挥发分的析出燃烧碳与残碳的燃烧并存。助燃剂的种类和加入量对煤粉热分解的催化作用有很大影响，浸渍６％左右的Ｆｅ（ＮＯ３）３可使双鸭山烟煤和阳泉无烟煤的挥发分产率分别增加１０．７％和５．２％

高炉喷吹煤粉添加助燃剂的研究

为了改善煤粉燃烧性能,实现节能降焦,将助燃剂加入高炉喷吹用煤粉后进行燃烧试验,根据高炉生产特点,选择不同比例的活性石灰、石灰石、硫酸铜、氯化铁以及二氧化锰作为助燃剂。实验结果表明,添加不同配方的助燃剂均能使燃煤的着火温度降低、燃尽温度提前以及失重率增加,其中以2号配方的效果最佳。同时采用计算放热面积法对比分析助燃剂加入量对粉煤燃烧效率的影响,表明2号配方的加入量为3%时效果最佳。

宝钢高炉喷吹常村贫煤的工业试验

测定了常村煤工业试验中原煤的基础特性和主要成分，分析了喷吹常村贫煤工业试验前后的生产数据，研究了工业试验中煤粉在高炉内的利用率。结果表明：常村贫煤配入量为20％～40％，采用新的常村贫煤配比后，综合燃料比低于500kg／t，焦比低于300kg／t，煤比达到200kg／t的水平；高炉生产保持稳定，取得了较好的经济效益，为高炉开拓新煤种和进行经济喷煤奠定了基础。

首秦1号高炉不同喷煤比条件下炉尘灰中含碳物质的研究

通过矿相分析高喷煤比时高炉炉尘(重力灰和布袋灰)中岩矿相的组成,给出了在不同喷煤比条件下未消耗煤粉和焦炭颗粒的面积比.分析了不同喷煤比对高炉炉尘中碳质量分数的影响和碳质量分数对未消耗煤粉比例的影响.给出了首秦1号高炉在提高喷煤比的过程中,高炉炉尘中未消耗煤粉和焦炭颗粒的量及煤粉在高炉内利用率的变化.

高炉喷吹常村贫煤时煤粉的利用率

根据岩相显微分析和化学分析的结果,计算了宝钢1#高炉在进行常村贫煤工业实验时炉尘中未消耗煤粉中的含碳量,确定了常村煤的加入量在20%～40%的条件下炉尘中的含碳量和未消耗煤粉含碳量.给出了宝钢高炉在不同喷煤条件下煤粉在高炉内的利用率.

高炉喷煤催化燃烧研究

研究了不同类型添加剂及其加入量对煤粉燃烧性能的影响。燃烧产物的燃烧率测定、扫描电镜观察和Ｘ射线衍射分析表明，ＣａＣＯ＿３类和Ｃａ（ＯＨ）＿２类添加剂对煤粉燃烧有较强的催化作用，可使烟煤、无烟煤燃烧率分别提高１％～３％和１０％～１７％左右，其最佳加入量为煤粉量的５％～７％左右。以少量ＣａＣｌ＿２或ＦｅＣｌ＿３处理的石灰石粉可以作为实际高炉喷煤的有效助燃剂。煤粉催化燃烧反应遵从氧化－还原的氧传递机理。

高炉瓦斯灰与煤粉混合喷吹的研究

高炉瓦斯灰是高炉冶炼过程中产生的副产品之一,其中含有大量有益的铁和碳。目前,国外有些钢铁企业对其采用填埋方式处理,国内则基本上采取返回烧结再次造块的处理方式。将其与煤粉混合后从风口喷入高炉是利用高炉瓦斯灰的一项很有发展潜力的技术。混合喷吹不仅可有效利用灰中的有用物质,还可达到降低焦比、提高产量、利于炉况稳定顺行的目的。结合国内外高炉瓦斯灰与煤粉混合喷吹的现状,对其与煤粉混合喷吹进行了初步研究。

煤岩显微组份对高炉喷煤燃烧特性的影响

从分析煤粉的燃烧过程和未燃尽煤粉的来源出发，采用煤岩学方法研究了煤粉的燃烧特性。实验研究表明，煤粉的燃烧性与煤岩显微组份的燃烧特性密切相关。稳定组、镜质组燃烧形成的残炭燃尽性好，而惰质组形成的残炭很难燃尽。变质程度参数Ｒｍａｘ和岩相组成参数ＩＶ是评价和选择高炉喷吹用煤的标准。喷吹低变质度、高活性组份含量的煤可以获得较高的燃烧率和较大的喷煤量。

煤粉-菱镁石混合喷吹对安钢高炉操作的影响

对安钢7号高炉的造渣制度进行了分析,提出从风口添加含MgO物料是改善炉渣性能的有效途径.在安钢7号高炉进行了添加轻烧菱镁石的煤粉喷吹工业试验.结果表明:风口喷煤中添加轻烧菱镁石可以有效地解决w(Al2O3)升高对炉渣冶金性能和高炉冶炼的影响,有利于优化高炉生产指标.对安钢7号高炉,煤粉中添加轻烧菱镁石的适宜比例为3%;炉渣中w(MgO)/w(Al2O3)为0.60～0.65时,高炉铁水物理热明显改善、硫的分配系数有所提高.在实施混合喷吹措施时,应适当调整高炉的热制度、造渣制度、焦炭负荷,控制适宜的高炉"炉缸煤气热量的平衡点"等参数.

首钢京唐高炉煤粉粒级优化试验研究

对首钢京唐1号高炉喷吹煤粉的粒度组成和不同粒度煤粉燃烧特性进行了研究,并在京唐1号高炉进行放宽煤粉粒径的工业试验。结果表明,在高炉生产保持稳定和顺行,原燃料条件基本不变的条件下,放宽煤粉粒径后磨煤机生产能力增加10%左右,高炉内煤粉利用率基本上没有大的变化。认为在进行烟煤和无烟煤混合喷吹的条件下,完全可以降低小于75μm煤粉的比例,不必按传统的做法将该比例控制在80%左右。

鞍钢高炉喷煤优化搭配研究

为了优化鞍钢高炉喷吹燃料结构,进行了烟煤和无烟煤的配煤实验。通过研究各实验方案中混煤的基础性能和工艺性能,得出烟煤和无烟煤都不宜单独喷吹;无烟煤的配加能够有效提高混煤的发热值,烟煤中挥发分的析出会促进无烟煤中固定碳燃烧,提高烟煤添加比例可以有效降低混煤着火点,并提高混煤燃烧性能。兼顾发热值和燃烧性能,选择最优化搭配60%金帛湾烟煤+40%阳泉无烟煤和53%金帛湾烟煤+47%张台子无烟煤两种方案进行高炉喷吹,其中前者进行高炉喷吹时的效果要优于后者。

喷吹煤粉粒度对燃烧性能影响的研究

笔者利用等离子燃烧炉 ,研究了高炉喷吹煤粉粒度对燃烧性能的影响 ,结果表明 :平均粒径增大而燃烧率呈明显下降 ,粒度细化有助于燃烧 ;随粒度细化无烟煤燃烧率提高较大 ;粒度 - 0 0 75mm的含量在 1 0 %～ 4 0 %区域内 ,燃烧率趋势线上升较明显 ,在大于 4 0 %区域内对燃烧率影响不大 ;煤粉中如没有 +0 30mm的粒度 ,有助于燃烧率提高。

宝钢高炉200kg/t以上喷煤比的实践

高炉喷煤能大幅度降低入炉焦比,减少对日益匮乏的焦煤资源的依赖,是炼铁降低成本的最有效手段,已成为高炉炼铁技术进步的重要一项内容。宝钢高炉喷煤始于1992年5月的2号高炉,虽然起步较晚,但经过多年来的不断努力、科学探索和生产实践,从优化喷吹煤种、控制混合煤成分、改善喷煤设备性能和操作参数、制订原燃料质量标准和重新设计高炉操作制度等方面着手,高炉喷煤比一年上一个台阶。1998年以来,高炉喷煤比持续稳定在 200kg／t,1号高炉与此同时还在高产能、低燃料消耗下取得了月均喷煤比260kg／t的好成绩。

宝钢4高炉设计采用的新技术及其特点

宝钢4高炉在设计过程中,吸收以往的经验,跟踪国际大型高炉先进技术和发展趋势,采用了许多新技术,主要有紧凑的总图布局、串罐式无料钟炉顶、炉缸耐材的选择、冷却壁、炉身冷却系统、国内集成的喷煤技术、热风炉技术、新英巴法转鼓水渣处理工艺、环缝洗涤煤气系统、平坦化出铁场系统等新型实用技术。论述了这些新技术及其设计原理和技术特点,从而为今后大型高炉的设计提供参考意见。

首钢矮胖高炉喷煤生产实践

1996年,首钢炼铁厂的平均焦比为466.6kg/t,平均煤比为79.6kg/t与上年相比,焦比降低了32.6kg/t,煤比提高了28.9kg/t。能取得这个成绩,是由于采取了以下主要措施:做好精料工作;改造喷煤系统;探索矮胖高炉合理的操作制度;加强技术管理。