济钢喷煤技术进步.doc

济钢喷煤技术进步 孔凡朔 （济南钢铁集团总公司 技术中心，山东 济南 250101） 摘 要改善炉内透气性、保证高炉良好的热状态是提高喷煤量的关键，济钢350m3高炉通过采取设备改造，优选喷吹用煤，改善炉渣性能, 调整操作参数，提高风温及富氧率等措施，煤比大幅度提高。2003年6月350m3高炉平均煤比153kg/t，4高炉煤比达到181kg/t，入炉焦比降低到330kg/t。 关键词高炉；喷煤；技术进步；煤比 中图分类号TF538.6 文献标识码Ａ 文章编号1004－4620（2005）01－0009－03 Technical Progress of Pulverized Coal Injection in Jigang KONG Fan-shuo （The Technology Center of Jinan Iron and Steel Group Co., Jinan 250101, China） AbstractThe key to increase the PCI rate is to improve the permeability and keep good heat condition. The PCI rate of 350m3 BF in Jinan Iron and Steel Corporation has made great progress by taking such measures as reconstructing equipment, optimizing selection of injection coals, improving BF slag characteristics, adjusting operational parameters, the increasing oxygen content and blast temperature. In June 2003, the average PCI rate for 350m3 BF reached 153kg/t while the pulverized coal rate for No.4 BF reached 181kg/t and the coke ratio reduced to 330kg/t. Key wordsblast furnace; pulverized coal injection; technical progress; PCI rate 1 前 言 随着世界性焦煤资源的减少、焦炉的老化、环保意识的增强及国内高炉数量的巨增，焦炭供求矛盾越来越突出，燃料市场煤、焦炭差价越来越大，在此条件下，积极开发高煤比相关技术，不仅具有巨大的经济效益，还具有重要的资源战略意义及生态效益。 大幅度提高煤比是一高技术含量的系统工作，改善炉内透气性、保证高炉良好的热状态是提高喷煤量的关键。济南钢铁集团总公司（简称济钢）通过采取一系列技术措施，利用系数、煤比等指标得到明显的提高。2003年6月，6座350m3高炉平均煤比达到153kg/t，其中4高炉煤比达到181kg/t，入炉焦比降低到330kg/t。 2 济钢喷煤技术进步的主要措施 2.1 喷煤系统改造 改造前350m3高炉喷煤系统不能满足煤比150kg/t的需要，主要表现在制粉能力不足，3台球磨机公称生产能力仅34t/h，且能耗高、效率低、噪音大、运行成本高；制粉工艺流程长、环节多、控制难度大、三级收分不均衡；原有制粉系统难以保证煤粉粒度合格，经常有超标粗煤粉进入管道，导致管道堵塞、喷吹出现脉动现象。为此，对磨机、收粉器、流化装置、分配器等进行了改造。 2.1.1 磨机改造 拆除原1球磨机制粉系统，在其空间建立HRM1900型立式中速磨制粉系统，该型立式磨具有粉磨效率高、电耗少、入料粒度大、煤粉粒度易于调节、设备工艺流程简单、占地面积小、噪音低、扬尘小、使用维护简单、运行费用低、耐磨材料消耗少等优点。 2.1.2 收粉器改造 原有球磨机不具备粗细分离功能，存在煤粉容易堆积自燃的缺陷。为此，去掉一次陶瓷多管除尘器，采用高浓度、高温型一次布袋除尘器。收尘面积增加到1680m2，改造后，不仅收尘率大幅提高，而且系统的安全性提高。 2.1.3 输送系统改造 匀喷是提高煤比的一项重要措施，为此，进行了以下改造 （1）采用了新型14头分配器，解决了原有7头分配器分配不均匀的缺陷，使得14个风口区输送的煤粉量相对比较均匀。 （2）采用了流线型漫弯管线型式，并去掉了原有煤粉盒，改旋塞阀为球阀，在管道的联接处采用外套管焊接，阀管相连处采用法兰连接，从根本上克服了由于煤粉盒、旋塞阀的物理特征本身缺陷而导致的管道堵塞的现象，使喷煤过程变得正常化。 （3）把原有进风口区橡胶管更换成耐磨金属软管进行实验，再加之流线型漫弯管结构，使得煤粉在管道中接近层流形式浓相输送的理想状态。 （4）引进了陶瓷复合新材料耐磨管，同时加厚了输送管管壁，延长了管道的耐磨周期。 2.2 改善炉内透气性 随喷煤量及利用系数提高，炉内发生以下变化 （1）焦炭在高炉内的裂化加剧。一是因为在高炉块状带因负荷加重使块度变小，二是因为喷煤后焦炭在炉内滞留时间延长，在软溶带及其以下区域受熔融FeO侵蚀和碱金属催化，CO2溶损反应作用的时间显著增加，溶损率提高，气孔增多变大，孔壁变薄，引起结构破坏和强度下降，粉化加剧。 （2）未燃煤粉增多。 （3）随着矿焦比升高，焦窗数目减少。 （4）高利用系数下煤比增加，在风口前气化后产生大量H2，使炉缸煤气量增加、煤气膨胀压力增大、流速加快。 上述因素不仅导致焦炭粒度减小、料层空隙率降低，还导致炉内煤气量增加，导致炉内透气性进一步恶化，成为提高喷煤量的限制因素。为此，采取了以下措施 2.2.1 坚持精料入炉 针对烧结矿转运过程中的粉化现象，实施了料仓滑梯防摔碎项目，尽可能减少烧结矿摔碎。同时，将烧结筛筛面间距由原来的5mm调整为4mm；干焦和湿焦分筛进料，并采用XBSF-150*300型高效悬臂自清理陶瓷棒条筛，焦炭筛的筛分效率由原来的50左右提高到80以上。每天对原燃料进行测定、取样分析，并及时将信息反馈给高炉及供料系统和调度室。 2.2.2 优选喷吹用煤 由于煤粉从喷枪出口到离开风口前燃烧带的短暂时间内不可能完全气化，部分煤粉不仅不能完成气化的三个阶段，而且已经气化的煤粉在气化过程中还不可避免地产生有很高抗氧化能力的碳黑微粒，这些未燃煤粉和产生的碳黑微粒随煤气离开燃烧带上升进入滴落带、软熔带，甚至块状带。尽管少量的煤粉和碳黑在上升过程中，有可能被冶炼过程所吸收或进一步气化，但是喷吹煤粉中有大量煤粉不能气化而进入料柱会产生许多不利影响。 进入高炉的未燃煤粉主要积聚在气流流动缓慢和气流发生转折的区域部位，在块状带，主要滞留在矿石层中，在煤气流主通道未燃煤粉难以积聚，对料柱的纵向透气性和压差影响不大。未燃煤粉积聚的不均匀性造成了局部横向压差增大，从而导致了煤气流的重新分布，特别是回旋区前方和前上方透气性恶化，使中心气流难以发展，促使软熔带向平底的倒V形和倒W形转变。同时，大量未然煤粉和碳黑滞留在软熔带和滴落带，降低了它们的透气性和透液性，造成液泛现象的提前出现、下部难行或悬料 。因此，优选喷吹用煤、改善煤粉燃烧性能已经引起越来越多炼铁工作者的关注。 济钢一直喷吹无烟煤，有10多家供货厂，大部分无烟煤的燃烧性、可磨性、与CO2的反应性较差，严重制约了济钢喷煤水平的提高。为此,结合喷吹用煤资源情况以及不同煤的性能,适当减少了部分燃烧性较差、可磨性较差的无烟煤用量,将贫瘦煤配比提高到50。优化前后喷吹用煤指标见表1。 表1 喷吹用煤主要指标 项 目 喷吹用煤结构 水分 S含量 灰分 挥发分 吨煤粉成本/元 优化前 全无烟煤 8.63 0.57 10.86 7.5 366.14 优化后 50贫瘦煤50无烟煤 7.7 0.48 10.73 10.08 352.19 2.2.3 改善炉渣性能 高煤比条件下，过量未燃煤粉以悬浮状存在于渣中，会增加炉渣的粘度，严重时造成滴落带渣流不顺利和炉缸堆积，这就对炉渣性能提出了更高要求。济钢高炉渣由于原料条件的限制，炉渣中Al2O3水平一直较高，炉渣流动性较差，制约着济钢煤比的进一步提高。为此，采用RTW熔体物性测定仪，以济钢现场高炉渣样为基准，通过配加高纯度的CaO、SiO2、Al2O3粉、Mg砂和MnCO3粉，调整渣中的成分。研究了Al2O3、MgO含量和碱度以及MnO含量对炉渣流动性的影响。结果表明，炉渣中Al2O3含量控制在15.5 ,二元碱度控制在1.22以下，控制MgO含量在10左右，其1450℃时的粘度为0.4～0.6Pa.s，熔化性温度在1350～1365℃之间。炉渣仍能保持正常的流动性。 在实验室研究的基础上，将烧结矿中的MgO含量由1.8提高到2.2，将炉渣中MgO含量提高到10以上。在Al2O3高达17的不利条件下， 炉渣1450℃时的粘度在0.55Pa.s，熔化性温度在1355℃左右，保证了炉渣的流动性。 2.2.4 高炉操作制度的调整 通过上下部合理调节，保证煤气流合理分布，将边缘、中心煤气中CO2差值控制在3～5。 （1）适当扩大高炉风口面积，如1炉风口直径由105.5mm逐步扩大到107.43mm。 （2）适当降低料线。当料线过深，炉料在下炉身角范围内受热膨胀时，由于膨胀受炉型限制过大，透气性恶化，引起高炉不顺；料线浅，料柱高，煤气阻损大，在同量的风压、顶压条件下，风量偏少，边缘气流容易发展；实践中将料线逐步调整为1.6m。 （3）改变装料制度。采用PPPKKK正分装装料顺序，批重由12t逐步提高到15t。 实践证明，高煤比条件下炉内透气性变差是影响煤比提高的重要原因，随着煤比的提高，焦炭负荷加重，软熔区焦窗数目减少，为此，适当扩大矿批、焦批，以尽可能减少对炉内透气性的影响非常重要。 2.3 保证高炉良好的热状态 喷吹煤粉使理论燃烧温度降低。原因在于（1） 燃烧产物的数量增加，用于加热产物到燃烧温度的热量增加；（2） 喷吹燃料气化时因碳氢化合物分解吸热，燃烧放出的热值降低；（3） 焦炭到达风口燃烧带已为上升煤气加热（约达到1500℃），可为燃烧带带来部分物理热。为此，采取提高富氧率及提高风温的措施，进行热补偿。 2.3.1 提高富氧率 富氧不仅可以提高风口前理论燃烧温度、减少单位生铁的煤气量，减缓大量喷吹煤粉时因焦炭负荷加重而导致的压损上升和透气性变坏、有利于降低炉顶煤气温度，部分缓解喷吹煤粉后炉料水当量减少而导致的炉顶温度升高、提高煤气中CO的含量，改善间接还原、提高煤气的热值，有利于提高风温、提高冶炼强度、而且富氧是提高氧过剩系数的有效手段，有利于煤粉燃烧率的提高。随着2万m3制氧机的投入运行，炼铁生产用氧有了较大的改善，富氧率由1提高到2.5。 2.3.2 坚持使用高风温 提高风温是提高炉缸温度和煤粉燃烧率的主要措施。提高风温不仅可以促进煤粉的预热、脱气、热分解等反应，而且能增大氧的扩散速度。煤粉的燃烧动力学研究结果表明尽管在高炉风口区，对于提高煤粉的燃烧率而言，提高风温的作用不及富氧鼓风的作用大，但从热力学角度分析，煤粉燃烧前的预热、脱气、热分解对于煤的燃烧过程的影响也是很大的，且这一过程需要热量补偿。通过采取优化热风炉送风制度，加强风温使用管理，高炉风温由1000℃提高到1080℃。 3 结 语 大幅度提高喷煤水平是一系统工作，解决喷煤量提高所带来的透气性恶化、以及保证高炉良好的热状态是关键。通过采取设备改造，优选喷吹用煤，改善炉渣性能,调整操作参数等技术措施，济钢350m3高炉煤比大幅度提高。2003年6月，350m3高炉平均煤比153kg/t，4高炉煤比达到181kg/t，入炉焦比降低到330kg/t。