在80年代后期,我国高炉平均喷煤比在50kg/t~60kg/t,这是因为受配煤设备、自动化计量手段以及煤炭质量较差等问题的影响。90年代以来,高炉喷煤技术被纳入国家科技攻关计划,大型高炉全部设置喷煤装置,喷煤高炉不断增加,喷煤工艺改造步伐加快,大喷吹成为我国高炉炼铁技术的主流。从1995年起,我国高炉喷煤比逐步提高,1995年重点企业平均喷煤比仅为58.5kg/t,到上世纪末已经达到118kg/t,2002年为125kg/t,2010年增加到了149kg/t。
目前,我国高炉喷煤总量约为5000万吨~7000万吨。
我国高炉喷煤技术研究现状
在上世纪末,我国钢铁企业一味加大喷煤比,从而使得环境污染日趋严重,而当前,炼铁企业已不再单纯追求高喷煤比的指标,讲究经济喷煤比、经济燃料比、最佳的经济效益,合理选择煤种,并对喷煤工艺做出了一些改进。
煤的质量要求及煤种的选择
质量要求。高炉喷吹用的煤粉,对其质量有如下要求:一是灰分含量低,固定碳含量高。二是含硫量低。三是可磨性好。四是粒度细:根据不同条件,煤粉应磨细至一定程度,以保证煤粉在风口前完全气化和燃烧。五是爆炸性弱,以确保在制备及输送过程中人身及设备安全。六是燃烧性和反应性好。煤粉的燃烧性表征煤粉与O2反应的快慢程度。在反应性上,人们希望煤粉的反应性好,以使未能与O2反应的煤粉能很快与高炉煤气中的CO2反应而气化。高炉生产实践表明,约有15%的煤粉是与煤气中的CO2反应而气化的。这种气化反应对高炉顺行和提高喷煤置换比都是有利的。
煤种的选择。目前,我国高炉对喷吹煤种的选择大致可以分为两种情况:一种是东部沿海地区的一些钢厂,由于当地的煤炭资源短缺,不论是烟煤还是无烟煤,都主要依赖于中西部地区的调入,烟煤和无烟煤比价关系不太明显,因此大都实行混煤,且烟煤比例低于无烟煤,例如宝钢混煤比例为烟煤∶无烟煤=6∶4。另一种是东北、华北地区的钢厂,所在地烟煤资源比较丰富,所以有掺加烟煤喷吹增长的趋势。这主要源于我国煤炭资源分布不均匀。从理论上讲,任何煤种都可用于高炉喷吹,但由于焦煤、肥煤是宝贵的炼焦煤,因此,高炉喷吹以无烟煤、贫煤、瘦煤和气煤为主。但无烟煤燃烧性差,尤其在煤比较高时,过多的未燃煤粉会影响高炉顺行,还会降低置换比。
鉴于上述情况,我国高炉在经过多年的实践之后,更倾向于混合喷吹,认为混煤的理论置换比等于单一煤种理论置换比的加权平均数,但燃烧率都比加权平均值高,与单独喷吹无烟煤相比,混煤在牺牲少量置换比的条件下获得了较高的煤比,降低了生产成本,因此混煤的效益要高于单一煤种,能达到较好的喷吹效果。
钢铁企业对喷煤工艺的改进
我国钢铁企业对高炉喷煤正在探索新的突破。2009年沙钢5800m3高炉建成,在风温1200℃~1250℃、富氧率7%~10%的条件下,取得煤比160kg/tHM、焦比300kg/tHM以下、燃料比500kg/tHM以下的成绩。首钢京唐公司5500m3高炉在2013年采用氧煤枪喷吹氧气,通过实践摸索氧煤枪配氧浓度逐步提高,已经稳定在60%,成功实现了向高炉兑入5%氧气,强化了富氧喷煤工艺。
有研究者对安阳钢铁2000m3级高炉喷煤系统做了进一步改进:一是根据“死煤层”形状,将平板流化器改为锥形流化器,仍保留下出料方式,保证了流化效果,解决了喷煤出煤量波动的问题,取得了显著成效,喷吹能力提高了一倍以上。二是在倒罐时为了彻底吹扫完输煤管道内的煤粉,防止出口管道堵塞,在喷吹出口管道上增加了吹扫管线和相关控制阀门,完善了倒罐工艺,并且优化了倒罐程序和相关参数,缩短了送煤罐停煤到备用罐出煤的时间。三是为了减少补气量的波动,在稳压球罐上单独引出了一条补齐管线,稳定了补气量,从而保证了喷煤量的稳定,另外,通过改变管径也提高了固气比。四是为了达到降低阻损的目的,采用了扩大喷枪内径的措施,进一步提高了喷煤能力。实践证明,系统喷煤能力和煤粉喷吹的稳定性都有了显著提高,同时也促进了高炉喷煤量的提高。
有研究者对安徽长江钢铁3号1080m3高炉喷煤系统应用了一些先进的技术:一是实现了对高炉热风炉废烟气的利用,这一方面有利于磨机内惰性气氛的控制,另一方面利用余热可减少高炉煤气的使用量。二是由于制粉系统在仓顶设置除尘器严密性不足、检修率高,给生产带来安全隐患,设计中采用泄压风机代替仓顶除尘器,从而保证了煤粉仓内极低的氧含量,有利于安全生产,设备布置和检修维护也方便了许多。三是采用3罐并列喷吹、全自动倒罐和喷吹技术,为3号高炉快速达到高产和节能降耗提供了有利的技术保证。
展 望
对于高炉炼铁来说,铁前工序承担着较大的降本和减排压力,无论从降低生产成本还是从节约能耗和减少污染物排放的角度来看,提高高炉喷煤比及降低焦比和燃料比都是高炉炼铁发展的必然趋势。
针对目前条件的考虑,喷煤工艺已趋于成熟,短期内恐不会出现新的喷吹工艺,故近几年高炉喷煤将继续采用现有的喷吹工艺流程,但是在控制系统和计量检测方面将有所改进。因此,应积极学习国内外先进技术,大胆创新。随着计算机技术的迅猛发展,数据储存容量的不断增加,以及近年来大数据技术方面取得的突破性进展,数据驱动技术的实现成为可能,这需要研究炼铁工艺的专家学者不断进行探索和进取,从而使喷煤工艺达到更加理想的效果。