1.技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

國際領先的高爐噴煤比是266kg/t，對于高爐噴煤比，國際先進水平保持在180～200 kg/t，寶鋼也曾達到過260kg/t的水平。富氧鼓風方面, 相比之下,我國的現(xiàn)狀和國外的先進水平也存在較大差距。荷蘭康力斯高爐的鼓風全氧為30.3%, 相當于富氧近10 %。英國斯肯索普實現(xiàn)213kg/t煤比的富氧率為8.1%，達涅利COPUS的高爐長期保持7%-9%的富氧率，不但創(chuàng)造了高產指標，同時還實現(xiàn)了230kg/t的噴煤比。高爐通過富氧鼓風手段實現(xiàn)高產和增加噴煤量噴吹煙煤，噴煤比過高或過低都對高爐生產和生鐵成本帶來不利影響，經濟噴煤比可使噴入高爐內的煤粉充分燃燒、高爐順行、降低生鐵成本，而富氧對提高煤粉在高爐風口前的燃燒率、提高置換比起到了關鍵的作用。尋求大富氧和經濟煤比的搭配即可改善高爐冶煉的效果，又能夠實現(xiàn)低碳、低能耗、低成本的目標。

2.提高煤比的影響

2.1提高煤比的限制性環(huán)節(jié)

2.1.1煤粉的燃燒性能

煤粉的燃燒性能是目前限制噴吹量的主要因素，燃燒率過低產生大量未燃煤粉，如果不能在爐內消化，將會使爐況不順，煤粉利用率降低，影響置換比。研究和實踐表明，煤粉在風口前的燃燒率維持在80%左右。

2.1.2爐缸熱狀態(tài)

高爐正常生產需要爐缸有充足的熱量，以保證鐵礦石還原、渣鐵流動性、爐渣脫硫率和透氣性。爐缸熱量用理論燃燒溫度來表示，合理值為2200±50℃。目前生產上通過提高熱風溫度、進行富氧鼓風和脫濕鼓風，可以達到大噴煤量所要求的理論燃燒溫度。

2.1.3煤氣運動阻力

噴煤以后煤氣運動遇到的阻力必然增加，爐內礦焦比增加，高爐料柱中透氣性最好的焦炭數量減少，軟熔帶內煤氣流通的焦窗容積和滴落帶焦炭柱中空隙度的減少，液態(tài)生成物（爐渣和鐵滴）流過的阻力增加，給高爐順行帶來負面影響。

2.1.4置換比

提高噴煤量時應考慮自身的冶煉條件，要做到提高噴煤量不降低置換比，使燃料比隨噴煤量的增加有所降低。隨著噴煤量的增加，置換比下降是客觀規(guī)律，但可以通過各種技術手段來減緩下降速度。例如保持高爐內良好的爐缸熱狀態(tài)，上下部調劑保持煤氣流合理分布，爐況順行，提高煤粉在風口前的燃燒率，提高爐內未燃煤粉消化能力。

2.2對高爐爐況的影響

2.2.1對順行的影響

當高爐噴煤量增加到一定程度，煤粉不能在風口回旋區(qū)狹小的空間充分燃燒，除部分參與高爐內部還原反應和滲碳反應被消耗外，爐內剩余未燃煤粉增多，當未燃煤粉數量超過高爐能夠接受的極限水平時，大量進入爐渣，以懸浮狀存在于爐渣中，導致爐渣粘度升高，嚴重時造成滴落帶渣流不順和爐缸堆積；

2.2.2對消耗的影響

大量附著在爐料表面和空隙中，增加高爐料柱阻力，降低爐內透氣性和透液性，導致高爐壓差上升，破壞高爐順行。另一方面，當噴煤比提高到一定程度時，煤焦置換比降低，噴煤比大幅提高，但焦比下降不多，導致燃料比明顯上升，噸鐵燃料成本升高。

3.大富氧經濟煤比技術路線

3.1大富氧的作用

3.1.1對理論燃燒溫度的影響

富氧是彌補噴煤后風口理論燃燒溫度的降低的有效措施，每富氧1 %，可補償理論燃燒溫度 40 ~50 ℃ 。從風口理論燃燒溫度維持不變的角度計算，根據新日鐵、寶鋼經驗，富氧率提高1%，高爐可提高煤比22kg/t。

3.1.2對煤粉燃燒率的影響

研究表明，富氧使鼓風中的氧濃度增加，加快了氧向煤粉表面的傳遞速度，從而促進了煤粉燃燒，提高了煤粉燃燒率。

3.1.3對改善透氣性的作用

富氧1%可使噸鐵的煤氣量減少4%，因此，隨著富氧率的提高，爐腹煤氣量減少，從而降低了高爐壓差，改善了料柱透氣性，促進了爐況順行，有利于高爐接受高煤比。

3.2最大煤比及經濟煤比的概念

3.2.1最大煤比確定

一種是按照理論燃燒溫度計算；另一種是按照氧過剩系數( EXO) 計算。而能同時滿足高爐中下部熱平衡和煤粉充分燃燒需要的只是二者之中的最小值，所以二者中最小值為最大允許煤比。（1）按照理論燃燒溫度計算最大煤比T理= 1 570 + 0.81T風+ 4.37W氧－ 5.85W濕－2.5 ×1000G 煤/Q風，經過計算最大煤比為199.6kg/t。（2）按氧過剩系數EXO計算最大煤比：EXO = Q風× O2 × n2 /( G 煤× O煤× n1) 富氧噴煤時，為了保證煤粉的充分燃燒，氧過剩系數應不低于1.15，以西鋼煉鐵廠平均耗風量、富氧、煤粉化驗數據為準，代入計算1110*24.3%/(1.389G)=1.15經過計算最大煤比為168.8kg/t。

3.2.2經濟噴煤比確定

是在一定的生產條件下( 產量、原燃料質量、爐料結構、煤和焦炭的市場價格等) ，噴煤比最高且穩(wěn)定、焦比和燃料比最低的操作煤比。可見，經濟噴煤比的大小取決于噴煤量水平、煤焦置換比和能量消耗利用程度，最終由總燃料消耗、工序成本來確定。建龍西鋼經濟煤比確定，通過計算，選擇依據氧過剩系數計算數值168.8kg/t為高爐最大噴煤比，由此確定合理煤比為158kg/t--168kg/t，本項目確定經濟煤比為160kg/t。

3.3.技術措施

3.3.1提高風溫

推進熱風爐熱風爐換球、漏點處理，預熱器改造、自動燒爐等項目提高熱風溫度。

3.3.2提高燒結礦溫度

根據建龍西鋼冬季環(huán)境溫度低，最低零下40℃，對高爐生產頂溫影響巨大，通過提高燒結機料溫，供料系統(tǒng)優(yōu)化改造，實現(xiàn)燒結礦直供高爐，實現(xiàn)高爐入爐燒結礦溫度25℃，有利于提高爐頂溫度，為增加富氧量創(chuàng)造條件。

3.3.3建立高爐合理操作爐型

高爐在足夠的鼓風動能情況下，保證吹透中心，活躍爐缸。高爐做好排堿操作，同時對爐芯及側壁溫度、爐體冷卻壁溫度、熱負荷等進行監(jiān)控，調整裝料制度，保證中心氣流暢通，維護高爐合理操作爐型。

3.3.4調整裝料制度和風口

高爐采用大礦批，使焦炭料層厚度在0.5~0.6m，在變動焦炭負荷時，也不要輕易變動焦炭的料層厚度。使高爐內的焦炭起到透氣窗的作用，對于保持和提高高爐爐料的透氣性十分重要。優(yōu)化布料技術（料批、料線、布料矩陣等）和適宜的鼓風動能（調整風口徑和風口長度），可以實現(xiàn)高爐內煤氣流均勻分布，同時有增加爐料透氣性的作用。

3.3.5智能噴吹項目推行

 實現(xiàn)現(xiàn)倒罐不停煤，“一鍵式”智能化全自動控制方式連續(xù)、穩(wěn)定、均勻的向高爐每個風口噴吹煤粉，操作人員根據高爐要求輸入噴煤量，系統(tǒng)自動調節(jié)控制，減少人為操作的失誤，實現(xiàn)噴煤系統(tǒng)工藝整體優(yōu)化，智能噴吹項目投入使用后改善了以下的問題：（1）高爐實現(xiàn)了連續(xù)均勻噴吹，穩(wěn)定了高爐風口前的理論燃燒溫度，提高煤粉的置換比；（2）實現(xiàn)了換罐不斷煤、瞬時噴吹速率穩(wěn)定、小時噴吹量準確，瞬時噴吹速率穩(wěn)定波動在±2t/h，小時噴出量差±100kg/t；（3）減少人為操作的失誤，實現(xiàn)噴煤系統(tǒng)工藝整體優(yōu)化，同時降低了操作人員的勞動強度。

3.3.6爐前出鐵管理

 高爐提產和煤比增加后，增加了爐前出鐵次數，同時對鐵口角度、深度、鐵間隔、出鐵率等進行了要求，在6月份開始對鐵次進行了攻關，通過爐前的細化管理，爐前出鐵工作的提升促進了爐況的順行。

4.高爐生產指標對比

由于建龍西鋼2020年與2021年生產物料條件不同，剔除高爐入爐品位及焦炭灰分變化對燃料比影響因素指標如下：

5.結論

（1）高富氧率解決高爐產量提高導致煤比降低的難題，降低噸鐵工序能耗；（2）富氧對提高煤粉在高爐風口前的燃燒率、提高置換比起到了關鍵的作用，按照理論燃燒溫度及氧過剩系數( EXO) 計算，確定最大煤比和經濟煤比 ；（3）經濟煤比的確定解決了高煤比的限制性環(huán)節(jié)，提高煤粉在風口前的燃燒率，提高爐內未燃煤粉消化能力；（4）大富氧和經濟煤比的搭配，改善高爐冶煉的效果，優(yōu)化煉鐵系統(tǒng)用能結構，實現(xiàn)低碳、低能耗、低成本的目標。

北大先鋒是T/CSM44-2022《高爐煉鐵變壓吸附供氧技術規(guī)范》團體標準的重要參編單位，該標準已于2022年開始實施。在國內外高爐富氧生產中，變壓吸附制氧裝置可以成為高爐氧源的有利補充。其具有工期短、負荷調節(jié)靈活、開停車方便等優(yōu)勢，已在近百家鋼鐵企業(yè)普遍應用，尤其是變壓吸附制氧還具有單位氧氣成本低、電耗低的優(yōu)勢，助力企業(yè)降本增效、提高市場綜合競爭力。

文章信息

來源  中國煉鐵網

肖祖斌  滕宇 于海龍

（建龍西林鋼鐵公司）

摘  要：建龍西鋼2020年高爐富氧率較低為3.38%，煤比146.79kg/t，建龍西鋼2021年新制氧機投入運行，為高爐提高富氧率創(chuàng)造了條件，探索大富氧經濟煤比對優(yōu)化高爐技經指標、節(jié)能降耗尤為重要。

關鍵詞： 富氧率；經濟煤比；技經指標；節(jié)能降耗