鞍钢高炉喷吹燃料的综合特性分析

曾宇1，姜喆1，张建良2，张楠2，滕海鹏2，王广伟2

(1. 鞍钢股份有限公司炼铁总厂， 辽宁 鞍山 114021；2. 北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京 100083)

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摘 要

为了充分掌握大喷煤条件下高炉喷吹不同燃料的可行性，对几种可用于鞍钢高炉喷吹的不同煤级煤种进行了深入研究，主要包括喷吹煤种的工业分析、元素分析，灰成分、发热量、可磨性、着火点和爆炸性、灰熔特性、燃烧性、反应性分析等。同时，结合动力学计算来表征不同煤种的化学反应特性差异。结果表明，随着煤级的升高，煤的软化温度逐渐提高，这主要和氧化钙的作用相关；提质煤和兰炭具有优异的燃烧和气化特性，并且其价格优势明显，安全爆炸性和可磨性符合高炉喷吹要求，搭配混合燃料进行高比例喷吹时有利于燃料结构优化和喷吹成本控制。

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关 键 词

高炉； 喷煤； 提质燃料； 性能对比； 动力学

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引 言

高炉喷吹煤粉技术经过数十年的发展，*今已经成为国内外各大钢铁企业炼铁高炉普遍使用的技术手段，高炉喷煤对减少焦炭入炉量、降低焦比和燃料比有着重要贡献。目前全国范围内的焦炭储量和供应量正日趋紧张，这直接导致焦炭价格上涨、高炉冶炼成本增加，而高炉大喷煤可以一定程度上缓解这种状况。然而随着喷煤技术的发展和成熟，一些问题也随之而来。为了优化燃料结构及控制成本，高炉喷煤常采用烟煤混合无烟煤的方式，混合燃料从风口进入高炉，在回旋区内迅速发生反应，这个过程中会有部分未燃残碳进入炉缸内部，聚集在炉渣中或者随煤气流上升，以高炉煤气形式从炉顶逸出，这会造成煤焦置换比的降低，并且其在上升过程中可能透过炉料附着在焦炭或炉料的孔隙中，导致料柱透气性变差，严重时会影响高炉内部稳定顺行。喷吹燃料的不充分燃烧也会降低能源利用效率，造成环境污染问题。因此，高炉喷煤技术发展的关键方向在于优化喷吹燃料种类和结构，降低混煤成本，并保证燃料在炉内的化学反应充分进行，减少高炉喷煤过程中可能出现的不利于高炉顺行稳产的各项因素。

高炉喷吹技术不局限于单个煤种，可用于高炉喷吹的固体燃料包括烟煤、贫瘦煤、无烟煤、提质煤、兰炭，甚*包括生物质半焦和废塑料等。随着高炉喷吹技术的创新发展，越来越多潜在的喷吹资源或被直接用于高炉喷吹，或经过预处理之后再被喷入高炉。虽然不同喷吹燃料物理化学性能各不相同，但是*终目标都是为了降低高炉炼铁成本，替代部分焦炭起到提供反应热量和促进还原的作用。中国煤炭资源种类繁多，尤其是低品质烟煤，高炉喷吹燃料的多元化有利于高炉喷煤技术的进一步完善和发展。

本文选取了几种潜在的可作为鞍钢高炉喷吹用的燃料，系统地对它们的基础性能、安全性能和工艺性能等进行分析研究，对比不同喷吹燃料用于高炉喷吹时存在的差异和影响。

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精 选 图 表

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结 论

(1)对不同喷吹燃料的物化基础特性进行了综合分析，结果发现提质煤和兰炭的挥发分基本不超过20%，并且由于成本优势，在进行高炉喷吹时可以适当地替代烟煤或者无烟煤；但是兰炭的发热量低于贫瘦煤和提质煤，在进行高炉喷吹时需要适当调节操作参数以维持风口前炉缸的热稳定。

(2)所有煤种的可磨性、爆炸性均符合高炉喷吹要求，不会对制粉和喷吹安全造成影响。按照煤级的不同，灰熔特性软化温度随着煤化程度的降低而降低。从燃烧性和反应性来看，提质煤和兰炭的燃烧和气化反应活化能与烟煤接近，因此在喷吹入炉后能够增强混合燃料的化学反应性能，起到保护焦炭的作用，有利于高炉实现提煤降焦的目标。

(3)综上所述，在实际进行高炉喷吹时，烟煤由于促燃效果明显，因此可以保持正常添加比例；兰炭和提质煤由于较好的燃烧反应性能以及价格优势，可以部分代替无烟煤来控制喷吹成本；考虑到安全问题，无烟煤的加入量应保证混煤挥发分在20%左右。因此，混煤方案建议2种烟煤的配比应在25%左右，3种无烟煤在混煤搭配时配比均控制在15%左右，而提质煤或者兰炭的添加比例在5%左右，这样在现场实际喷吹时混煤配比可控制在22%左右，既可实现喷吹燃料结构优化，又可满足高炉喷吹要求。

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引用本文

曾宇, 姜喆, 张建良, 张楠, 滕海鹏, 王广伟. 鞍钢高炉喷吹燃料的综合特性分析[J]. 中国冶金, 2022, 32(5): 80-85. ZENG Yu, JIANG Zhe, ZHANG Jian-liang, ZHANG Nan, TENG Hai-peng, WANG Guang-wei. Comprehensive analysis on characteristics of injection fuel in Ansteel blast furnace[J]. China Metallurgy, 2022, 32(5): 80-85.

来源：《中国冶金》2022年第5期