萊鋼高爐噴吹煤粉利用率研究

周小輝

（山鋼股份萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪 271104）

試驗研究

萊鋼高爐噴吹煤粉利用率研究

周小輝

（山鋼股份萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪 271104）

測定了不同高爐爐塵中碳含量及礦物組成，分析了不同煤比對高爐爐塵中碳質量分數和未消耗煤粉比例的影響，確定了萊鋼4座高爐在不同噴煤比時高爐爐塵中未消耗煤粉量、焦炭量和煤粉在高爐內的利用率。結果表明，取樣高爐爐塵（重力灰和布袋灰）中1#爐碳含量最高，都在50%左右；2#高爐重力灰和布袋灰中最低，含量在分別在20%～30%和10%～15%；爐塵中未消耗焦炭以鑲嵌結構為主，布袋灰中未消耗焦炭與煤粉面積比例遠低于爐塵；高爐噴吹煤粉利用率達到98.17%以上。隨著噴煤比增加，高爐噸鐵爐塵量、未消耗碳呈現增加的趨勢。高爐操作應根據原料條件合理控制噴吹煤比，降低爐塵碳含量。

高爐；噴煤；爐塵；含碳物質；煤粉利用率

1 前言

隨著高爐原料價格上漲，后續鋼鐵產品價格大跌以及庫存壓力加大，鋼鐵行業面臨巨大生存壓力。基于鋼鐵產品的價跌和滯銷，鐵前降低成本對于鋼鐵企業生存來說就顯得至關重要。提高噴吹煤比就是鋼鐵企業長期以來一直追求降低成本的重要舉措［1-2］，很多企業及高校針對爐塵進行了煤粉利用效果研究［3-6］，隨著高爐噴吹煤比的增加，勢必會影響到煤粉的充分燃燒，而且會導致高爐的爐塵碳含量增加。因此，深入研究高爐爐塵中碳含量的來源，確定未消耗焦炭及煤粉的比例，對于指導高爐高煤比操作提供了必要的參考依據。

本研究對萊鋼高爐重力灰和布袋灰取樣，通過礦相顯微分析方法，定量分析了高爐爐塵中的碳含量以及碳的來源，即分析爐塵中未消耗焦炭與未燃燒煤粉的比例以及含量，結合爐塵中碳含量，計算出高爐噴吹煤粉在高爐內的利用率，以期為高爐合理噴吹煤粉提供指導。

圖1 重力灰含碳量

2 檢測結果分析

2.1 爐塵碳含量分析

對萊鋼正常生產中的4座高爐連續3 d進行重力灰及布袋灰取樣，對所取樣品進行碳含量檢測，檢測結果如圖1、圖2所示。從圖中可以看出，萊鋼1#高爐重力灰和布袋灰的碳含量最高，在50%左右的水平。而2#高爐重力灰和布袋灰最低，含量在分別在20%～30%和10%～15%之間。不同高爐之間重力灰和布袋灰含碳量相差較大，這主要是與各高爐取樣時爐況、操作制度及冶煉強度不一樣有關。幾座高爐爐塵含碳量的平均值見圖3，從中可以看出，高爐重力灰中碳含量由高到低是1#高爐＞3#＞4#＞2#，而布袋灰則是1#高爐＞4#＞3#＞2#。

圖2 布袋灰含碳量

圖3 爐塵碳含量均值

2.2 爐塵礦相分析

礦相分析是通過顯微鏡，借用煤相分析中統一標準的數點法，將試樣劃分為576（24×24）格，在相交點（包括邊線上的點）測定500個以上（或有效點300個），放大倍數為500倍，得到不同礦相面積的比例。通過巖相分析，發現在重力灰與布袋灰中均含有未消耗的焦炭和煤粉。未消耗焦炭顆粒巖相組成可分成類絲碳（A）、各向同性（B）、完全纖維（C）、絲質破片（D）、微粒鑲嵌（E）、中粒鑲嵌（F）、粒狀鑲嵌（G）及殘碳顆粒結構（H）。未燃煤粉顆粒巖相組成可分成微變原煤顆粒、未變形顆粒、變形顆粒和殘碳顆粒。表1和表2分別給出了萊鋼4座生產高爐重力灰和布袋灰的巖相分析結果。從重力灰和布袋灰巖相分析的組分表面積可以看出，重力灰未消耗焦炭中主要是以鑲嵌結構為主，而未燃煤粉則主要含有未變形顆粒、變形顆粒及殘碳，微變原煤顆粒幾乎沒有，礦物及雜質面積為55%～70%。布袋灰未消耗焦炭與未燃煤粉各巖相組成均有所減少，而礦物及雜質含量有明顯提高，面積均＞85%。

表1 萊鋼高爐重力灰巖相分析礦物表面積%

表2 萊鋼高爐布袋灰巖相分析礦物表面積%

各高爐重力灰與布袋灰中未消耗焦炭與未燃煤粉面積的均值見圖4和圖5。從圖4中可以看出，1#高爐重力灰中未消耗焦炭面積比例最高，達到35.19%，4#高爐最小，為21.66%。而布袋灰中則相差不大，在8.33%～10.1%之間。從圖5中可以看出，1#高爐和4#高爐重力灰中未消耗煤粉面積幾乎相同，3#高爐最低，只有2.55%，而布袋灰中1#高爐最高，為8.68%，2#高爐最低，只有2.39%。

萊鋼每座高爐使用原料幾乎相同，但爐塵中碳含量差別較大。應尋找高爐操作制度的差異，提高操作水平，在高噴吹煤比情況下，減少爐塵碳含量。

2.3 噸鐵爐塵量和未消耗的含碳物質

高爐的爐塵量與高爐操作制度、原料條件及噴吹煤比有很大關系。圖6為萊鋼高爐爐塵中（重力灰和布袋灰）未消耗焦炭和煤粉質量分數與噴煤比的關系。圖7給出了爐塵中未消耗焦炭和煤粉的總量與噴煤比的關系。

圖4 未消耗焦炭面積

從圖6可見，重力灰中未消耗焦炭的質量分數比布袋灰要高，而未消耗煤粉的質量分數比布袋灰要低。隨著噴煤比的增加，重力灰和布袋灰中未消耗焦炭的質量分數增加，在布袋灰中增加的速度比在重力灰中要快。未消耗煤粉的質量分數也增加，兩者增加的速度基本相同。

圖5 未消耗煤粉面積

圖6 未消耗焦炭及煤粉與噴煤比的關系

圖7 噸鐵爐塵量與噴煤比的關系

在圖7中隨著噴煤比增加，高爐噸鐵爐塵量、未消耗碳、焦炭和煤粉量多呈現增加的趨勢。在高噴煤比時，爐塵量的變化較大，這與高噴煤比時高爐爐況易波動有關，另外與萊鋼爐塵量不是計量而是估量也有關。

2.4 煤粉利用率

煤粉中的揮發分在高爐風口前全部揮發，絕大多數灰分進入爐渣。假定未消耗煤粉中灰分比例與煤粉中的相同，可以計算出煤粉在高爐中的利用率。利用發明專利（ZL 02131238.9）方法，確定了萊鋼高爐噴吹煤粉在高爐內的利用率，數據采用各高爐的平均值，結果見表3。

從表中可以看出，4座取樣高爐煤粉利用率都較高，達到98.17%以上，但隨著噴吹煤比的增加，煤粉利用率有所降低。因此，在萊鋼當時原料條件下，高爐噴吹煤比近190 kg/t時，煤粉利用率保持在了較高水平，但爐塵碳含量較高，高爐燃料比會有所升高，造成煉鐵成本增加。高爐操作者應綜合考慮噴吹煤比與燃料比的對應關系，找到最為經濟的高爐冶煉制度。

表3 萊鋼高爐噴吹煤粉在爐內的利用率%

3 結論

3.1 通過爐塵含碳量分析，4座取樣高爐爐塵（重力灰和布袋灰）中1#高爐碳含量最高，都在50%左右；2#高爐重力灰和布袋灰最低，含量分別在20%～30%和10%～15%。重力灰中碳含量由高到低是1#高爐＞3#＞4#＞2#，而布袋灰則是1#高爐＞4#＞3#＞2#。

3.2 礦相顯微分析顯示，爐塵中未消耗焦炭以鑲嵌結構為主，未燃煤粉含有未變形顆粒、變形顆粒及殘碳。布袋灰中未消耗焦炭與煤粉面積比例均比重力灰中有較大幅度降低，礦物及雜質面積比例大幅升高。

3.3 隨著噴煤比的增加，噸鐵爐塵量增加，重力灰和布袋灰中未消耗焦炭及煤粉的質量分數也增加。

3.4 4座取樣高爐煤粉利用率達到98.17%以上，但隨著噴吹煤比增加，煤粉利用率有所降低。

3.5 高爐操作應綜合考慮原料條件狀況，關注高爐操作制度、爐塵碳含量以及冶煉成本之間的變化關系，經濟合理地噴吹煤粉。

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

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

［3］鄭濤，吳鏗，徐萬仁，等.高爐爐塵中未消耗煤粉和焦炭比例的研究［J］.鋼鐵，2006，41（3）：20-24.

［4］吳鏗，陳洪飛，徐萬仁，等.高噴煤比時高爐爐塵灰中含碳物質研究［J］.北京科技大學學報，2008，30（6）：664-668.

［5］Keng Wu,Rucai Ding,Wen Pan,et al.Research on unconsumed fine coke and pulverized coal of BF dust under different PCI rates in BF at Capital Steel Co［J］.ISIJ International，2010，50（8）：390-395.

［6］Kentaro Nozawa,Akito Kasai,Youshiyuki Matsui,et al.Combustion behaviors of fine coal and its impact on gas permeability at lower part of blast furnace under high pulverized coal rate operation［J］.ISIJ International，2011，51（8）：1 336-1 343.

Research on Utilization Rate of Pulverized Coal to Blast Furnace in Laiwu Steel

ZHOU Xiaohui

（The Technology Center of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

The mass fraction of carbon and mineral composition were investigated.The effect of different coal ratio on the mass fraction of carbon and unconsumed pulverized coal ratio were analyzed,and the amounts of unconsumed pulverized coal and coke particles as well as the utilization rate of pulverized coal were tested in the four blast furnace(BFs)in Laiwu Steel.The results showed that the mass fraction of carbon is highest in the BF1,and the value is around 50%.The content lowest in BF2 is 20%-30%and 10%-15% respectively in gravitational dust and bad dust.The texture of unconsumed coke in dust is mosaic texture mostly and the area percentages of unconsumed pulverized coal and coke particles in bag dust are lower than that in dust.The utilization rate of pulverized coal was above 98.17%.The dust and unconsumed carbon have a increasing trend with the rising of pulverized coal ratio. We can reduce the carbon content by controlling the pulverized coal ratio on the basis of raw material.

blast furnace;pulverized coal injection;BF dust;carbonaceous substance;utilization rate of pulverized coal

TF538.6+3

A

1004-4620（2015）01-0023-03

2014-10-20

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。現為山鋼股份萊蕪分公司技術中心工程師，從事鐵前工藝技術研發工作。