凌钢高比例褐煤喷吹工艺技术探析论文

2021-05-02 论文

　　原标题：凌钢2300m3高炉褐煤喷吹工艺及实践

　　摘要：为了降低凌钢炼铁成本，对凌钢2 300 m3高炉喷吹褐煤的工艺进行探讨，找出合理的配煤比例以及其爆炸性控制、着火点、挥发分和系统氧含量等关键技术参数。对凌钢2 300 m3高炉喷吹褐煤工艺进行改进，褐煤喷吹比例逐步稳定在30 %,达到降低炼铁成本的目的。

　　关键词：高炉；喷吹褐煤；配煤比例

　　凌钢高炉原设计采用的喷煤结构为无烟煤与烟煤混合喷吹模式，以期达到煤粉燃烧率高，充分发挥无烟煤与烟煤的相互促燃作用。随着降成本压力的增强，结合本地低品质褐煤资源较丰富，相对于常用的无烟煤和烟煤具有很大的价格优势，2015年凌钢第二炼铁厂决定优化喷煤结构，提高褐煤的喷吹比例，进一步降低炼铁成本。凌钢第二炼铁厂联合北京科技大学进行了喷吹高比例褐煤工艺技术的研究，并在凌钢第二炼钢厂进行实践，形成了1套经济安全的高比例褐煤喷吹工艺，最终实现了褐煤混合喷吹的目标。

　　1喷吹煤种的选择

　　高炉喷煤要综合考虑喷吹效果和经济效果。通过合理的配煤技术，实现对不同煤种的性能和成分优化，从而扩大喷煤的品种选择，更加有效地进行成本控制[1,2].

　　褐煤的煤化程度低，同焦煤和其他优质煤种相比，在含水量、热值、抗风化能力以及自燃特性方面具有相对的劣势，不利于工业长途运输和存储[3].但褐煤的优势在于价格低，因此在化工、动力和燃料使用方面具有广泛的应用。凌钢周边的褐煤资源丰富，含硫量比较低，喷煤中添加褐煤对于目前的冶炼成本控制具有关键的影响。

　　2煤粉的工业分析及性能分析

　　通过对各煤种取样化验，出具了相关煤粉工业分析（见表1）及性能分析（见表2）。

　　2. 1煤粉性能

　　高炉喷煤对煤粉的成分和性能要求较高，如高出粉率、高置换比、高燃烧率及高反应性等方面。高炉喷吹高反应性的煤粉，能够显着提高煤粉燃烧率，提高喷吹量，减少焦炭在炉内的气化反应，从而在一定程度上降低焦炭的消耗。电精煤挥发分较低，无爆炸性，固定碳含量较高，但着火点较高，燃烧率、反应性较低，单位热值最高，置换比低约为0. 75; 褐煤挥发分高，爆炸性强，固定碳含量较低，但着火点低，各温度下的燃烧率及反应性较高，在喷吹气化燃烧过程中，反应速度快、效率高。同其它的煤种相比，褐煤发热值最低，置换比较低约为0. 6,但是褐煤市场价较低，因此应用较广。

　　2. 2混合煤粉性能

　　煤粉的挥发分含量越高，煤粉爆炸性越强，如可燃基挥发分大于25 %的煤，具有强烈爆炸性能；可燃基挥发分小于10 %的煤，没有爆炸性能。在喷吹褐煤时控制混煤挥发分质量分数必须小于25 % .由表1可知，80 %电精煤加20 %褐煤、70 %电精煤加30 %褐煤混合煤粉的挥发分均小于25 % .另外，粒度越小，煤粉的比表面积就越大，煤和空气的接触面积越大，爆炸性能越强。实验室研究中小于0. 074 mm的粒度比率少于40 %时，爆炸性能大大降低。

　　从电精煤与褐煤的混合性能来看，随着褐煤比例的增加，混煤着火点逐渐降低，且2种比例的配煤均无爆炸性。显而易见，在80 %电精煤加20 %褐煤、70 %电精煤加30 %褐煤配比下，混合煤粉各项参数能够得到较好的优化。

　　2. 3安全参数

　　研究发现，界限氧体积分数测定为22 %,25 %,28 %的3种混合煤种的爆炸压力（Pmax）随着氧体积分数的'降低都有不同程度的降低。当氧体积分数降至10 %时，爆炸压力减少了50 %; 当氧体积分数大于10 %时，爆炸压力随挥发分的升高而升高；当氧体积分数小于10 %时，3种挥发分的混合煤样爆炸压力趋于一致；当氧体积分数降至6 %时，3种挥发分的混合煤样都不具备爆炸性，见图1.理论上只要氧体积分数小于6 %,不会发生爆炸。在煤粉爆炸的三要素中，控制制粉系统的含氧量和着火温度是关键。

　　3凌钢2 300 m3高炉喷吹褐煤工艺的设计特点

　　褐煤是在所有煤种中爆炸性最强的煤种。挥发分高造成煤粉爆炸性强，水分高会限制磨煤机的出煤能力和煤粉的输送。

　　采用目前普遍采用的方法，利用热风炉烟道废气作为磨机的干燥剂同时又作为抑制爆炸的保护性气体。当含氧体积分数低于6 %时，可以起到完全抑制爆炸的作用。凌钢第二炼铁厂对热风炉烟道废气进行实测的结果表明，废气氧体积分数的波动范围在0. 6 % ~ 2. 5 %,平均φ（O2）1. 5 % ~ 2. 1 % .采用中速磨煤机制粉单罐并列高压喷吹，磨机入口干燥剂设计温度小于300 ℃。热风炉烟道废气的低氧特性，对褐煤的易燃、易爆起到显着的抑制作用。

　　4凌钢2 300 m3高炉褐煤混合喷吹效果

　　试喷期间，高炉运行平稳，炉温稳定，煤气利用合理，各项指标完成较好，对高炉炉况未产生影响，煤粉结构优化，降低了燃料成本。表3列出了喷吹褐煤前后高炉技术经济指标对比情况。

　　5结语

　　1）高炉喷煤技术的目的在于通过合理的配煤，达到优化喷吹煤粉性能，降低高炉燃料成本，达到进一步降低炼铁工艺成本的目的，在目前严峻的钢铁市场形势下，配煤技术研究就显得尤为关键。

　　2）凌钢对自身的喷煤技术进行了优化，尤其是提高了褐煤的使用水平，褐煤最高使用比例达到30 %以上，在保证高炉顺行稳定的前提下，显着降低了高炉燃料成本。

　　3）以高炉顺行稳定为前提，不断提高褐煤的使用比例，同时保证整个喷煤系统的安全，才能不断体现降低炼铁成本的优势。

　　参考文献：

　　[1] 邢本策，王再义，王相力，等。高炉喷吹褐煤的可行性研究[J].鞍钢技术，2006（6） :21-24.

　　[2] 李晓芳。高炉喷吹烟煤中添加褐煤的可行性研究[J].金属材料与冶金工程，2010,38（4） :35-37.

　　[3] 邵俊杰。褐煤提质技术现状及我国褐煤提质技术发展趋势初探[J].神华科技，2009,7（2） :17-22.