萊鋼高爐噴吹用煤性能研究

周小輝，梁棟，李曉

（1萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪271104；2山東耀華能源投資管理有限公司，山東濟南250101）

試驗研究

萊鋼高爐噴吹用煤性能研究

周小輝1，梁棟1，李曉2

（1萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪271104；2山東耀華能源投資管理有限公司，山東濟南250101）

提高高爐噴吹煤粉比率，是降低生鐵成本的重要措施。針對萊鋼高爐噴吹用煤，進行了噴吹煤種爆炸性、著火點、燃燒性實驗研究，研究結果表明，萊鋼噴吹煤種中E性能最好；備選煙煤F和G中，煤種G無爆炸性，可直接進行噴吹；煤種F具有強爆炸性，可少量混合配加噴吹。

高爐；噴吹煤粉；煤種性能

1 前言

隨著煉鐵技術的發展，以煤代焦成為煉鐵降低成本的主要技術措施，高爐煤粉噴吹水平有了較大的提高。萊鋼目前1 080m3高爐粉煤噴吹煤比維持在170～180 kg/t，甚至達到過200 kg/t［1］。1 880m3高爐粒煤噴吹穩定在170 kg/t以上［2］。噴吹用煤特性對高爐的順行有著重大的影響，而且直接影響噴吹煤粉在高爐內的燃燒率，進而影響高爐噴吹煤比。大噴吹煤比情況下，大部分煤粉在爐內有效利用，少部分未燃煤粉隨著煤氣進入爐塵［3-4］，因此研究噴吹用煤特性，合理選擇噴吹煤種，對進一步提高噴煤效果，降低煉鐵生產成本具有十分重要的意義。

2 試驗煤種

萊鋼高爐噴吹煤種較多，主要是無煙煤和貧瘦煤，受煤場限制，噴吹方式也不固定，有時單種煤有時混合噴吹，尚沒有根據煤種性能進行合理噴吹，并且由于煤種成份及冶金性能的波動，對萊鋼高爐噴吹煤比的穩定以及進一步提高煤比產生不良影響。基于此，試驗選用萊鋼主要噴吹煤種進行可磨性、著火點、燃燒率及爆炸性性能研究。

本研究試驗用煤樣共有7種，F和G煤為煙煤，是萊鋼準備用于進行煙煤無煙煤混噴的備選煤種。其余均為無煙煤或貧瘦煤，是萊鋼當前主要噴吹煤種，其工業分析見表1。

3 試驗結果

3.1 可磨性

可磨性代表磨煤的難易程度，它直接關系到磨煤的能耗和費用。目前我國采用哈氏（哈德各羅夫）方法測定煤的可磨性指數—HGI，其物理意義是物料磨細后增加的比表面積與能量消耗之比。

表1 萊鋼主要噴吹煤粉工業分析

高爐噴吹用煤的可磨性指數應在60～90。低于50的煤很硬，難磨；高于90的煤雖然易磨，但往往是粘結性強的煤，可能給磨煤和輸煤造成困難。從表2看到，萊鋼主要噴吹煤種中，B和E易磨，而A、C和D 3種煤可磨性相差不大，相對較難磨。備選煙煤F和G可磨性幾乎相同，在所取煤種中可磨性最差。因此，從磨煤能耗來考慮，選擇B和E更為經濟。

表2 原煤可磨性

3.2 著火點

在有空氣和煤粉共存的條件下，把煤粉逐漸升溫到煤粉開始燃燒的溫度，叫煤粉著火點或燃點，其高低與煤的變質程度有關。實驗采用北京科技大學煤粉爆炸性及著火點綜合測定裝置，將煤粉試樣置于微型電爐的鉑片上，通電逐漸升溫，用攝象機、光電管和微機系統測定煤粉開始燃燒的溫度。

對于高爐噴吹煤粉，著火點低，將在同樣的風溫條件下提供更高的過熱度，有利于煤粉燃燒，但需要注意煤粉爆炸性，以確保噴吹煤粉的安全性。

從表3可以看出，萊鋼目前主要噴吹煤種A的著火點溫度最低，其次是E，C和D著火點溫度幾乎相同，且為最高。而備選煙煤比無煙煤和貧瘦煤著火點要低很多，F最低（僅為321℃），因而煙煤具有更好的燃燒性能。

表3 煤粉著火點溫度℃

3.3 爆炸性

采用長管式煤粉爆炸性能測定儀測定煤粉爆炸性能。試驗時將l g干燥煤粉試樣用壓縮空氣噴到安裝在玻璃管內的約1 050℃的火源上，視其返回火焰長度來判斷爆炸性。僅在火源處出現火星或無火星的屬無爆炸性煤；返回火焰長度＜400mm為易燃有爆炸性煤；返回火焰長度＞400mm為強爆炸性煤。

從表4中試驗結果可以看到，萊鋼目前噴吹煤種都不具有爆炸性，備選煙煤中，F煤種具有強爆炸性，G煤種不具有爆炸性，因此，添加煙煤噴吹時，從安全性考慮，應首選G煤種。

表4 煤粉的爆炸性（火焰長度）mm

3.4 燃燒率

本次試驗利用熱分析測定煤粉燃燒至600℃煤粉燃燒率。利用北京光學儀器廠生產的WCT-2C微機差熱天平，首先需精確稱量試樣重量，然后將所稱量的一定量煤粉，加入試樣坩堝中，放置于差熱天平上，通入一定量的空氣流（60ml/min），依照一定的升溫速率（20℃/min）加熱煤粉。隨著溫度的升高，煤粉首先被快速加熱，隨后進行脫氣和快速熱分解（即煤的熱分解和揮發分的二次分解），然后著火，揮發物進行燃燒，最后殘炭（或半焦）與氧氣進行燃燒的多相反應，直至煤粉燃燒完全。

表5 煤粉600℃燃燒率%

從表5中可看出，無煙煤燃燒率低于煙煤，這是由于煙煤揮發份含量高的緣故。對于萊鋼目前噴吹的無煙煤，B、D和E煤種具有較好的燃燒性能，而A和C的燃燒性較差。對于備選煙煤，F煤種比G煤種具有更好的燃燒性能。

4 煤種綜合評價

高爐噴吹工藝對于煤粉質量的要求是：灰分低、含硫低、可磨性好、燃燒性好、反應性強等。隨著高爐噴煤量增加，對于煤粉質量的要求也不斷提高。因此，有必要對煤粉的煤質特性進行綜合分析，采用必要的評價方法，從中優選出冶金性能比較好的噴吹煤，以進一步提高噴煤的效果，降低煉鐵生產的成本。

按照煤粉的灰分、可磨性、著火點、燃燒率進行分檔排序，灰分由高到低排序C＞A＞D＞B＞G＞E＞F，可磨性由高到低排序B＞E＞C＞D＞A＞G＞F，著火點由高到低排序D＞C＞B＞E＞A＞G＞F，燃燒率由高到低排序F＞G＞B＞E＞D＞A＞C。根據排序結果，從灰分及冶金性能上綜合考慮，煤種E是最優煤種。萊鋼高爐噴煤應該增加煤種E的噴吹。而備選煙煤F和G中，由于G煙煤無爆炸性，可以直接用來高爐噴吹。而煙煤F則需要考慮噴吹的安全性，進行配加試驗分析。

5 備選煙煤配加分析

對于高爐噴煤煤種選擇來講，無煙煤發熱量高、理論置換比高。盡管選擇煤種時必須考慮置換比，但是，無煙煤燃燒性較差，尤其是在噴煤量比較高時，過多的未燃煤粉不僅影響高爐順行，還會降低置換比。混煤噴吹的理論置換比等于單一煤種理論置換比的加權平均數，與噴吹無煙煤相比，混噴在犧牲少量置換比的條件下獲得了較高的煤比，降低了生產成本。

表6 混煤性能

煙煤配加、噴吹安全性是生產實踐的重中之重。前面爆炸性實驗可知，煙煤G無爆炸性，是配加的首選煤種。而煙煤F雖有強爆炸性，但少量配加，噴吹安全性完全有保證。從表6中混煤性可知，少量配加強爆炸性煙煤F，混合煤粉燃點相對主體單種煤燃點有所降低，但混合煤粉仍不具有爆炸性。

6 結論

6.1 在萊鋼主要噴吹煤種中，從可磨性、著火點及燃燒率方面考慮，煤種E是高爐噴吹最優選煤種，萊鋼高爐噴煤應考慮增加煤種E的噴吹。

6.2 所選試驗煤種中，只有煙煤F具有強爆炸性，其它煤種均無爆炸性，因此，萊鋼配加煙煤噴吹，從安全性能考慮，首選煙煤G。

6.3 從實驗結果可知，煙煤具有更好的燃燒性能，煙煤F優于煙煤G。

6.4 盡管煙煤F具有強爆炸性，但在配加10%煙煤F的混合煤粉實驗中，混合煤相較主體單種煤粉的燃點有所降低，混合煤粉仍不具有爆炸性，萊鋼混煤噴吹可以考慮少量添加煙煤F。

［1］張故見，徐春玲.萊鋼1 080m3高爐大煤比噴吹技術［J］.山東冶金，2012，34（1）：17-19.

［2］郎達慧，胥長城，蔣學健，等.萊鋼1 880m3高爐提高煤比生產實踐［J］.山東冶金，2011，33（5）：46-47.

［3］李家新，蒼大強，糜克勤.大噴煤量高爐冶煉的理論與實踐［J］.包頭鋼鐵學院學報，1999，18（2）：1-8.

［4］刁日升，胡賓生.噴煤未燃煤粉在高爐內行為的研究［J］.鋼鐵釩鈦，2003，24（3）：17-21.

Research on Propertiesof Pulverized Coal for BF Injection in Laiwu Steel

ZHOU Xiaohui1,LIANG Dong1,LI Xiao2
（1 Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China; 2 Shandong Yaohua Energy Investment Management Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Increasingthe ratio of pulverized coal for blast furnace injection is an importantmethodto reducethe cost of pig iron. Experiments about explosiveness,ignition point and combustibility of coal used in Laigang have been done.The results showedthatthe coal E has a best property inthe pulverized coal,inthe coal F and Gthe coal G without explosiveness can be injected directly,butthe coal F can be be injectedmixed in a small amounts because of its high explosiveness.

blast furnace;pulverized coal;injection;property

TF521

A

1004-4620（2014）02-0026-03

2014-01-07

周小輝，男，1981年生，2005年畢業于江西理工大學冶金工程專業，北京科技大學工程碩士。現為萊鋼技術中心工程師，從事鐵前工藝技術研發工作。