高炉两段式喷吹煤粉新工艺

　　高炉两段式喷吹煤粉新工艺沈峰满朱蒙沈岩松（东北大学）了高炉炼铁两段式（含多段式）喷吹煤粉新工艺：在高炉软熔带上部。炉腰或炉身下部的区间设置第二段煤粉喷枪孔，以惰性气体作载气，将煤粉喷入高炉。该工艺可实现：大喷吹条件下高炉稳定顺行，可增加喷煤量约50kg/t；保护炉内焦炭强度，缓解增加喷煤量后对焦炭质量提出的要求；提高高炉炉身寿命及减少热损失从风口喷吹煤粉是目前高炉普遍采用的工艺，1两段式喷吹煤粉新工艺的基础试验但随喷吹量的加，部分煤粉在回旋区内不能充分燃烧，形成未燃煤粉，使炉缸堆积、料柱透气性变差、煤气分布失常，甚至发生悬料等事故，限制了大量喷吹煤粉的实施为加喷煤量，通常要有优质焦炭精料、富氧、高风温等技术相配合，但受到资源设备装备水平等条件的制约，诸多措施淡化了喷吹煤粉降低成本的优点，甚至在整体上无效益可言。因此，为了突破传统喷煤工艺难于加喷煤量的现状，本文在实验室的实验结果基础上，深入分析了传统喷煤工艺的不足和未燃煤粉及炉内分布的行为，提出两段式喷吹煤粉新工艺1.1未燃煤粉的分布状态及对料柱压差的影响试验采用一维焦炭填充床和二维焦炭、烧结矿相间填充床模型，由风口喷入煤粉，测得填充床内煤粉积蓄分布示于（a）和（b）12，表明未燃煤粉主要积蓄于料柱的下部。加之高炉软熔带的屏蔽作用，风口前形成的未燃煤粉难于到达软熔带上方。

　　散料体填充床内的压差分布常用Ergun方程描述：V'趔轶涔班由于高炉内处于紊流状态，可忽略方程**项，积粉使填充床的空隙度下降，导致阻力因子急剧上升，从而使料柱压损力卩。而且积粉分布状态还显著影响料柱内的压降：设有两个500mL散料体料柱，空隙度为26%，若分别用10g煤粉均匀分布其中和集中分布于料柱下部，前者料柱空隙度将由26%下降为22%，阻力因子由40上升为80，使料柱压差加2倍；后者下半料柱空隙度由26%降至18%，阻力因子由40上升至140，总压差将加225倍，比前者粉体均匀分布在散料体中时压损加12. 5%.可见，对于同一散料体填充床，即使积蓄同量粉体，但其压力损失却依存于粉体的分布状态积粉的分布方式不同所引起的压损或者料柱的透气指数也不同，因此实现粉体在高炉内的均匀分布有助于改善料柱的透气性，是进一步提高喷煤量的关键积粉度/kg-未燃煤粉在填充床内的分布（a）―维模型；（b）二维模型1.2未燃煤粉对焦炭强度的保护作用近年来，国内外研究指出：在高炉正常操作情况下，即使大量喷煤，也很少发现喷入的煤粉随煤气逸出炉外，因此推断喷入高炉内的煤粉，虽然在风口前未完全燃烧，但将以其他形式消耗，主要是参力口了碳的气化反应根据Iwanaga等人的测定，未燃煤粉的反应性比焦炭高10倍，因此，炉内未燃煤粉将优先于焦炭进行气化反应，减少了焦炭气化反应量，抑制了焦炭强度的劣化。

　　根据试验测定，高炉条件下未燃煤粉参与气化反应约占碳的气化反应总量的50%.由于高炉条件下碳的气化反应总量约为100kg/t，所以可推断该区域的未燃煤粉量低于50kg/t时，不会出现煤粉逸出炉外或恶化料柱透气性等现象与是不同实验条件下焦炭强度和焦炭内部纤维组织的变化明显可见，未燃煤粉具有抑制焦炭强度劣化的作甩但前提条件必须是煤粉与焦炭共存，同时要求煤粉替代焦炭参与碳的气化反应必须在焦炭强度劣化之前进行。一般说来，在高炉炉身下部至软熔带上部区域内就发生了铁矿石还原，焦炭的气化反应己激烈进行，焦炭强度下降焦炭强度的变化前己述及，由于高炉内软熔带的存在，未燃煤粉难以到达软熔带上方，主要在高炉下部经气化反应消耗，而对炉身下部、软熔带上部区域内进行的焦炭气化劣化起不到抑制的作甩1.3未燃煤粉的气化反应对炉衬热负荷的影响炉身下部的炉衬，由于受边缘煤气流的影响，热负荷较大，易被烧损。目前为提高高炉寿命大多是从改善冷却壁材质和强化冷却效果的角度考虑，但提高了冷却壁的制造成本，加了冷却水带走的热量，使炼铁工序能耗上升。因此设法利用煤粉在炉身边缘处参加碳的气化反应的强吸热效应，可有效地降低炉衬热负荷。

　　综上可见，实现煤粉在软熔带上方的适量分布，具有保证料柱的透气性，有效保护焦炭强度和延长炉衬寿命的功效。

　　2高炉两段式喷吹煤粉新工艺及特点基于上述思想，提出一种新型的高炉炼铁喷吹煤粉工艺，在确保高炉顺行的条件下，进一步提高改造供气系统，采用阶等非氧化性的惰性气体作为载气，进行第二段喷吹煤粉输送由于载气量较在软熔带上部、炉腰或炉身下部的区间某截面均匀设置若干第二段喷吹煤粉喷枪L利用原有喷吹站或单独建设喷吹站，适当小，可以忽略对煤气贫化及弱化煤气还原势的影响。

　　开孔处设有插枪套和逆止装置，防止停喷时煤气泄漏2.2高炉两段式喷吹煤粉新工艺的特点利于高炉顺行，加煤粉喷吹量。通过第二段喷吹，使炉内未燃煤粉分布趋于均匀，有利于高炉顺行；在保证原风口喷煤量的基础上通过第二段喷吹，可加喷煤量约50kg/t保护炉内焦炭的机械强度。从第二段喷枪喷入的煤粉，直接参与块状带区域碳的气化反应，减少了焦炭气化反应的消耗，从而保护了炉内焦炭的强度，使料柱具有较好的透气性提高高炉寿命。第二段喷入的煤粉参与气化反应时，吸收煤气中的热量，不仅提高高炉利用率，而且减轻冷却壁的热负荷，有利于提高高炉的炉衬寿命3结语通过实验室试验，应用流体力学及热力学原理，提出了高炉炼铁两段式（含多段式）喷吹煤粉亲肛艺在软熔带上部炉腰或炉身下部的区间设置第二段喷吹煤粉喷枪孔，以惰性气体为载气，煤粉经管道输送，由第二段喷吹孔处的喷枪喷入高炉。

　　预期效果：①大喷煤时高炉操作稳定顺行，可加喷煤量约50kg/t；②有效保护炉内焦炭强度，缓解加喷煤量后对焦炭质量提出的要求；③提高高炉炉衬寿命及减少热损失在伯乐公司真空脱气设备上记录的不锈钢熔体不同时刻的谱线在实验室以及工业真空脱气设备上进行的充分测试证明，VAI-CONpChem与传统测量系统相比具有下列优点：①连续测定钢水中指定元素的含量，为改善工艺提供有力工具；②实验室分析偏差很小；③取样或测温时无需中断工艺，缩短了出钢到出钢时间；④出钢前能够准确掌握钢水成分和温度信息，从而可以避免重吹；⑤提高了工作现场的安全性；⑥降低了操作和维修成本；⑦系统可在1个正常维修班次中完成安装原则上该系统适用于任何冶金炉，包括顶吹转炉、OBM转炉、AOD转炉、电弧炉、矮电炉（用于铁合金生产）铁水罐所有二次冶金设备（如真空脱气系统、VODRH）混铁炉、连铸中间包等。

　　系统的紧凑型设计，使其能够方便而迅速地安装在现有冶金炉的热区以外。与传统测量技术（如人工取样和副枪取样加实验室分析）相比，其突出优势在于整个炼钢工艺过程中的连续分析，从而提供了完全动态工艺控制的可能性鉴于VAI-CONChem系统己证实具有出色的精确性和有效性，伯乐公司于2002年1月同奥钢联签订了一项合同，在2003年初为其1台新的50t AOD转炉安装该系统（上接第7页）