高炉富氧喷煤
摘要:提高煤比是今后我国炼铁的重要任务。
富氧对提高煤比的作用在理论和实践中都得到证实。
3％一5％的富氧是实现200kg／t以上煤比的必要条件。
当今的价格体系使富氧在经济上已可行，变压吸附制氧为高炉用氧提供了新的选择。
必须建立完善的高富氧大喷煤技术保障措施，尤其重视风口监测、鼓风湿分的监控以及喷煤系统的完善。
关键词:高炉富氧鼓风喷煤
Blast furnace oxygen-enriched coal spray
Abstract :High coal ratio is a target of ironmaking in future and the role of oxygen enrichment in high coal ratio has been proved in theory and practice．3％～5％oxygen enrichment is essential for realizing the coal ratio higher than 200 kg／t．The current price system makes the oxygen enrichment feasible economically and oxygen generation by absorption at variable pressure provides new routine of oxygen supply for blast furnace．It is very important to set up a complete technical system of pulverized coal injection with high oxygen enrichment，monitoring of tuyere status and water content in blasting air．
Key words: blast furnace air blasting with oxygen enrichment pulverized coal injection
1.概述
高炉是生产率和热效率都很高的炼铁设备，其主要目的是用燃料和铁矿石及溶剂，经济而高效率地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。
目前，炼铁系统正受到投资、资源、成本、能源、环境和运输等方面金融风暴的巨大影响，面临着严重的挑战。
而利用技术进步减轻这些压力是高炉炼铁系统继续生存和发展的关键。
高炉富氧喷煤技术可以使高炉大幅度降低焦碳消耗，缓解各方面的压力，提高高炉的竞争力。
高炉富氧喷煤技术是炼铁系统结构优化的中心环节。
2 高炉富氧鼓风
2．1何谓高炉富氧鼓风
富氧鼓风是指往高炉鼓风加入工业氧(一般含氧99．5％)，使鼓风含氧超过大气含氧量，其目的是提高冶炼强度以增加高炉产量和强化喷吹燃料在风口前燃烧。
2．2富氧鼓风的方法
富氧鼓风的方法主要有两种：一种是从鼓风机吸入口加入低压氧气，其优点是氧气不用专门氧压机加压，可节约投资与电耗，高炉操作方便；其缺点是需设高炉专用制氧机，氧漏损较多，该方法在前苏联普遍采用；另一种是采用高压供氧即工业氧通过加压后直接加入高炉管道内，其优点是可与炼钢用氧联网，保持制氧机全负荷运行，比较经济，但需增设氧压机加压，投资多，电耗高。
最近一些国家正在研究发展高炉氧煤燃烧器，即将工业氧通过氧煤燃烧器送入，与喷吹煤粉有效混合，实现充分燃烧和大量喷吹煤粉。
2．3 高炉富氧鼓风对冶炼的影响
(1)提高冶炼强度：
(2)提高理论燃烧温度；
(3)增加煤气中的CO含量，促进间接还原；
(4)降低炉顶煤气温度。
2．4 高炉富氧鼓风对产量和焦比的影响
(1)富氧鼓风加速碳素燃烧，煤比不变则产量增加，提高含氧l％可增产4．76％，这是理论增产率，随着富氧率提高，增产率递减。
(2)一般原来焦比较高，富氧率不变时，因热能利用改善，焦比将有所降低。
3．高炉喷煤冶炼
3．1喷煤的定义
喷煤是指把原煤烘干磨细，用输送气体做载体商接喷进高炉风口，以代替焦炭向高炉提供热量和还原剂。
喷煤可以降低焦比，降低生铁成本：喷煤可以作为调剂炉况的手段：喷煤有利于高炉稳定顺行；喷煤为提高风温和富氧鼓风创造条件。
3．2喷吹煤粉对高炉的影响
(1)炉缸煤气量增加，鼓风动能增加燃烧带扩大，径向温度趋于均匀，中心温度升高，中心气流得以发展。
此时需扩大风口面积，选择适当的鼓风动能来维持合理的气流分布。
(2)理论燃烧温度下降，因为用于加热产物的热量增加较多，煤粉的温度为80"C 左右，带进的物理热少。
(3)料柱阻损增加，压差升高。
料柱的矿／焦比值增大，炉内料柱中透气性好的焦炭量减少，则造成料柱透气性变差。
(4)间接还原发展直接还原降低：喷吹煤粉以后，改变了高炉燃料结构，进而改变了铁氧化物还原和碳气化条件，明显地有利于间接还原的发展和直接还原度的降低。
喷煤后单位生铁的炉料容积减少使炉料在炉内停留时间增长。
3．3 高炉喷吹煤粉的“热补偿”
高炉喷吹煤粉时，以常温进入高炉在风口区需加热和裂解，消耗部分热量，致使理论燃烧温度降低，炉缸热量不足。
为保持原有的状态，需要热补偿，严格地说这个补偿包括了温度和热量两个方面，主要措施有提高风温和富氧率等。
3．4喷吹煤粉的“热滞后”现象
增加喷吹量时，煤粉在炉缸分解吸热增加，初期使炉缸温度降低，直到新增加喷吹量带来的煤气量和还原气体浓度(尤其是H2量)的改变，而改善了矿石的加热和还原下到炉缸后，开始提高炉缸温度，此过程所经历的时间则称为“热滞后”时间。
一般滞后时间在2～4小时。
3．5喷吹煤粉对冶炼周期的影响
随着煤比的提高，炉料中含铁炉料比例显著增加，相对地增加了含铁炉料和煤气的接触时间，由于煤粉大量代替风口焦炭，炉料的冶炼周期也相应延长。
3．6煤粉的燃烧率
煤粉的燃烧率是煤粉燃烧好坏的标志，定义为煤粉中可燃物气化率。
强化煤粉在风口的燃烧是高炉进行大喷吹的一个最基本的前提。
提高煤粉的燃烧率因素有：
(1)使用精料；
(2)提高风温：
(3)进行适当的富氧鼓风混合喷吹；
(4)使用易燃烧的煤种；
(5)在煤粉中添加一些氧化物和碳酸盐对煤的燃烧起到催化作用的助燃剂：
(6)优化喷煤工艺流程实现均喷稳喷；
(7)采用相应的高炉操作调剂措施，如上下部调剂，中心加焦，改善高炉料柱的透气性等。
3．7煤粉的置换比
喷吹1kg煤粉能替换多少焦炭，叫喷吹煤粉的置换比。
它是衡量喷吹煤粉效果如何的重要指标。
置换比越高说明喷吹煤粉的效果越好。
影响置换比的因素主要有：
(1)煤的质量；
(2)煤的燃烧好坏；
(3)气化程度；
(4)高炉操作；
(5)风温；
(6)富氧；
(7)高炉压力；
(8)高炉直接还原度。
4．展望
随着钢铁工业不断发展，传统的高炉炼铁工艺所需要的大量炼焦煤日趋枯竭，迫使炼铁工作者寻求新的焦炭代用品。
因此，在发展富氧大量喷吹燃料的同时，高炉全氧(无氮)鼓风喷煤技术是近年各国广泛关注的新工艺，在日本、前苏联等国家已进行了试验研究。
这种工艺具有高生产率、高喷煤量、低焦比、128高煤气热值、环境污染少、投资省的特点。
1986年日本钢管公司在3．9m3试验炉上进行了全氧鼓风试验，每吨铁喷吹煤粉量增加到320kg／t，高炉炉况稳定顺行，利用系数达到5．1t／(m3.d)，直接还原度与入炉焦比均降低一半以上，生铁质量明显改善。
中国炼铁工作者在大量实验室研究的基础上，也已提出了一种新的高炉氧煤炼铁工艺，2006年宝钢300万吨的还原炉投产。