Karl Langner

摘要 在高炉炼铁工艺中，喷吹煤粉是普遍采用的措施。氧-煤喷吹技术在前面已经介绍过。对气相输  煤条件进行改进后，在煤枪的前端便可依靠煤粉的自燃烧直接进行氧化反应。蒂森克虏伯钢铁公司的所有  高炉已全部采用了这种工艺，在保证高炉高利用系数的条件下，达到了焦比300kg/t、煤比175kg/t 的水平。 为促进氧化反应，煤粉在进入风口之前进行了预热，2000年 Schwelgern 公司1号高炉第20～40号风口的  煤粉喷吹采用了这种煤粉预热技术，其余的20个风口的煤粉喷吹于2004年底也采用了该技术。

1   前 言

蒂森克虏伯公司的喷煤操作具有20年持续 发展、进步和成功经验的历史。Schwelgern 公司最 新 一代的1号和2号高炉仍然采用这种喷煤技 术，见图1(略)。

作为德国的第一家钢铁公司，1983年蒂森钢 铁公司决定引进高炉喷煤技术。那时，蒂森、克虏 伯和赫施公司共有15座高炉，包括蒂森和克虏伯 公司在杜伊斯堡的12座高炉和赫施公司在多特 蒙德的3座高炉。

2  喷煤的必要性

1981年以前，高炉一直采用喷油操作，但由 于第二次石油危机期间石油价格上涨，喷油操作 成本很高。因此，需要寻找一种可替代的喷吹物如 焦油、天然气、焦炉煤气或煤浆等，最后选择了喷 吹煤粉技术，以期达到最低焦比、最高利用系数和 降低燃料成本的目的。

需要说明的是，哪些喷吹系统可以用煤替代 油。表1所示的系统(1983年)适用于这种替代。

蒂森钢铁公司选择了 Paul  Wurth 和 Küttner 提供的喷吹工艺，因为这些系统装备了煤粉单管

流量控制系统。

单管流量控制对于蒂森钢铁公司高炉喷吹系 统的重要性如下：

(1)使炉料和焦炭的分布更均匀；

(2)各风口间的风量分配均匀；

(3)各风口间的煤粉分配均匀；

(4)能够确保煤粉和热风之间的比例，这对 于获得高燃烧率来说是必须的，高燃烧率又是获 得低焦比、低燃烧比、低燃料成本和高利用系数的 基本条件之一。

1984年半工业试验成功后，1985年10月德  国第一座喷煤高炉，即Hamborn 的4号高炉开炉。 取得良好的开炉效果后，蒂森钢铁公司决定在两  个月内将其正在生产的高炉全部安装上喷煤装  置，见表2。

1986年，冶炼铸造铁的蒂森钢铁公司 Ham- born厂的6号小高炉配备了改造了的4号高炉中 间试验厂。该套系统为一套配备了静力分配器而 没有单管流量控制的并联系统。

1987 年 Schwelgern 公 司 的 1 号 高 炉 和 Rubrort公司的6号高炉开始喷煤。随后，克虏伯 的1号和2号高炉于1987年末开始喷煤，赫施公  司的4号和7号高炉于1988年实施了喷煤工艺， Hamborn 厂的9号高炉和Schwelgern公 司 的 2 号 高炉也分别于1991年和1993年安装了喷煤系 统。

由于德国钢铁工业的重组，蒂森钢铁公司和 克虏伯赫施公司合并后，将所有的炼钢生产都集 中在杜伊斯堡进行，那里有4座高炉(其中 Ham- born 两座，Schwelgern 两座)。

表2各公司喷煤操作实施的情况况

3   制 粉 能 力

对于第一座采用喷煤技术的Hamborn  4 号高 炉来说，那时候能源市场有足够的适于喷吹的煤  种，从无烟煤到褐煤都进行过喷吹试验。1987年， 在Duisborn 厂安装了3套具有90万t/a  生产能力  的制粉系统，为Hamborn,Ruhrort  和 Schwelgern 的  高炉提供煤粉。要想提高煤粉喷吹量，必须要有较  高的制粉能力。2003年，蒂森克虏伯公司安装了 第六套制粉系统，目前总制粉能力已达到240万  t/a。

图2所示为蒂森克虏伯公司高炉每年消耗的 煤粉量和累计消耗量。

图2 蒂森克虏伯公司高炉

每年消耗的煤粉量和累计消耗量

4  先进喷煤技术的实施

由于经济原因，所有操作者都希望尽可能多 地用煤替代焦炭。目前，通过实践，认为用煤粉替

代160kg/t 的焦炭是比较标准的。随着喷煤量的 增加，高炉会出现如下现象：

(1)透气性恶化；

(2 )煤焦置换比降低；

(3)高炉利用系数降低；

(4)炉况不稳定；

(5)炉尘和瓦斯泥中碳含量增加；

(6)炉尘和瓦斯泥量增加。

针对上述情况，采取的应对措施有：

(1)提高风温；

(2)增加富氧量；

(3)改善煤粉、焦炭和炉料的性能；

(4)改进煤枪的设计和布置。

实际生产中发现，仅仅通过上述措施是远远 不够的，因为传统的喷吹系统不能够满足高炉生 产的需要，仅能够保证煤粉的均匀分配、较大的调 控范围、良好的操作安全性和较低的操作成本。

采用先进的喷煤系统则可以满足高炉生产的 需要。这些先进的技术包括：煤粉的点燃是在煤枪 的前端开始的，而不像以往那样在回旋区进行，到 风口前端时煤粉已燃尽，回旋区内没有未燃烧的 碳；另一方面，传统的喷煤系统中，由于死料柱内 积聚了大量的未燃煤粉，导致其透气性恶化，必须 调整喷吹系统的参数，以适应高炉的需要。也就是 说，喷煤工艺必须要与高炉生产工艺紧密结合，不 同的研究结果也表明了二者之间重要的相关关 系。

将煤粉喷吹看作是一种气动输送过程，在气动输送的终端——喷煤枪的前端，由煤粉的点燃 引起整个燃烧过程，燃烧过程必须于回旋区起始 位置结束。