高炉喷煤 我国高炉喷煤发展现状与展望

徐庆微

高炉喷煤技术自20世纪60年代成功应用于工业实践后，近几十年发展迅速，目前已广泛应用于高炉炼铁生产中。高炉喷煤技术的出现是对钢铁冶炼发展的技术创新。高炉喷煤具有降低焦比、降低冶炼能耗、调节高炉条件、减少污染、改善环境、促进资源综合利用等优点。高炉喷煤可以充分利用储存量大的非炼焦煤替代部分价格相对较高的焦炭，不仅降低了对炼焦煤资源的需求，促进了资源的合理利用，而且降低了企业的生产成本。这些优势已被世界钢铁工业所公认，并成为现代高炉冶炼的重大技术进步。目前，世界上90%以上的生铁是在喷煤高炉中生产的。

高炉喷煤技术的发展

高炉喷煤技术始于1840年S.M.Banks的喷焦喷无烟煤思想，世界上最早的工业应用是1840-1845年在法国博洛尼亚附近的马恩炼铁厂实现的。但在随后的100年里，高炉喷煤技术的发展相对缓慢，基本没有进步。直到20世纪60年代初，欧洲、中国和美国的一些工厂陆续开始试验高炉喷煤。20世纪70年代末，第二次石油危机加速了高炉喷煤技术的研发，尤其是在欧洲和日本。到20世纪90年代初，欧洲和日本少数高炉的月平均喷煤比已经超过200公斤/吨大关。

从20世纪60年代到70年代，我国高炉喷煤技术以其资源广、喷煤量大、效率高而引起了国际钢铁工业的关注。高炉喷煤的普及率和喷煤量一度处于世界领先水平。80年代后期，我国高炉平均喷煤比在50kg/t ~ 60kg/t之间，受配煤设备、自动计量手段和煤质差的影响。20世纪90年代以来，高炉喷煤技术被列入国家科技攻关计划。所有大型高炉都配备了喷煤装置，喷煤高炉数量不断增加，喷煤技术改造加快。大喷吹已成为我国高炉炼铁技术的主流。自1995年以来，我国高炉喷煤比逐渐提高。1995年重点企业平均喷煤比只有58.5kg/t，到上世纪末达到118kg/t，2002年达到125kg/t，2010年增加到149kg/t。

目前，我国高炉喷煤总量约为5000万吨至7000万吨。

我国高炉喷煤技术的研究现状

上世纪末，我国钢铁企业盲目提高喷煤比，使得环境污染日益严重。目前，炼铁企业不再单纯追求高喷煤比指标，而是注重经济喷煤比、经济燃料比、最佳经济效益，合理选择煤种，对喷煤技术进行一些改进。

煤的质量要求和煤种选择。

质量要求。高炉喷吹用煤粉质量有以下要求:一是灰分低，固定碳含量高。二是硫含量低。三是可磨性好。四、细粒径:根据不同的条件，煤粉要研磨到一定程度，保证煤粉在风口前完全气化燃烧。第五，爆炸性能较弱，以保证在准备和运输过程中的人身和设备安全。第六，具有良好的可燃性和反应性。煤粉的可燃性表明煤粉与O2之间的反应速度。在反应性方面，希望煤粉的反应性好，使未能与O2反应的煤粉能与高炉煤气中的CO2快速反应气化。高炉生产实践表明，约15%的煤粉是通过与煤气中的CO2反应而气化的。这种气化反应有利于高炉的顺利运行，提高喷煤置换率。

煤种的选择。目前国内高炉喷吹煤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。由于当地煤炭资源短缺，烟煤和无烟煤都主要依靠中西部地区的转移，烟煤和无烟煤的比价关系不明显，所以大多实行配煤，烟煤的比例低于无烟煤。比如宝钢烟煤与无烟煤的比例是6: 4。另一个是东北和华北的钢厂，那里烟煤资源丰富，所以注入烟煤的趋势越来越大。这主要是由于我国煤炭资源分布不均。理论上任何一种煤都可以用于高炉喷吹，但由于炼焦煤和肥煤都是宝贵的炼焦煤，所以无烟煤、贫煤、贫煤和气煤是高炉喷吹的主要类型。但无烟煤的燃烧性能较差，尤其是当煤比较高时，过多的未燃煤粉会影响高炉的顺利运行，降低置换率。

鉴于以上情况，经过多年实践，我国高炉更倾向于混注。认为混煤理论置换率等于单煤理论置换率的加权平均值，但燃烧速率高于加权平均值。与单独注入无烟煤相比，混煤以少量置换率为代价获得了更高的煤比，降低了生产成本。因此，混煤的效益高于单一煤，可以达到更好的喷吹效果。

钢铁企业喷煤技术的改进。

中国钢铁企业正在探索高炉喷煤的新突破。2009年，沙钢5800m3高炉建成。在气温1200℃~1250℃，富氧率7%~10%的条件下，煤比160kg/tHM，焦比300kg/tHM以下，燃料比500kg/tHM以下。2013年，首钢京唐公司5500m3高炉采用氧煤枪喷吹氧气。通过实践，氧煤枪氧浓度逐渐提高，稳定在60%，并成功向高炉添加5%的氧气，强化了富氧喷煤工艺。

一些研究人员对安钢2000m3高炉喷煤系统进行了进一步改进。一是根据“死煤层”形状，将平板流化床改为锥形流化床，仍保留出料方式，保证了流化效果，解决了喷煤波动问题，取得了显著效果，喷煤能力提高一倍以上。第二，为了彻底吹扫输煤管道中的煤粉，防止出口管道堵塞，在喷吹出口管道上增加吹扫管道及相关控制阀，改善了罐换向过程，优化了罐换向程序及相关参数，缩短了从停给煤罐到从备用罐卸煤的时间。第三，为了减少供风量的波动，在稳压球罐上单独引出一条充填管道，稳定供风量，从而保证喷煤量的稳定。此外，通过改变管径来提高固气比。第四，为减少阻力损失，采用加大喷枪内径的措施，进一步提高喷煤能力。实践证明，系统的喷煤能力和喷煤稳定性得到了显著提高，同时高炉喷煤量也得到了提升。

安徽长江钢铁股份有限公司3号1080m3高炉喷煤系统应用了一些先进技术:一是实现了热风炉废气的利用，有利于控制磨内惰性气氛，二是利用余热可以降低高炉煤气消耗。第二，由于制粉系统顶部的除尘器缺乏密封性，维护率高，给生产带来安全隐患，设计中采用泄压风机代替制粉仓顶部的除尘器，保证了制粉仓氧气含量极低，有利于安全生产，设备布置和维护方便得多。三是采用了3罐平行喷吹、全自动浇注和喷吹技术，为3号高炉快速高产、节能降耗提供了有利的技术保证。

观点

对于高炉炼铁来说，预炼铁工艺承受着巨大的降本减排压力。从降低生产成本、节约能耗、减少污染物排放的角度来看，提高喷煤比、降低焦比和燃料比是高炉炼铁的必然趋势。

考虑到目前的条件，喷煤工艺已经成熟，短期内不会有新的喷煤工艺。因此，近年来，高炉喷煤将继续采用现有的喷吹工艺，但控制系统和测量检测将得到改进。所以要积极学习国内外先进技术，大胆创新。随着计算机技术的快速发展，数据存储容量的不断增加，以及近年来大数据技术的突破性进展，数据驱动技术的实现成为可能，这就需要我们研究炼铁技术的专家学者不断探索和奋进，使喷煤技术取得更理想的效果。

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