1.技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)際領(lǐng)先的高爐噴煤比是266kg/t，對(duì)于高爐噴煤比，國(guó)際先進(jìn)水平保持在180～200 kg/t，寶鋼也曾達(dá)到過(guò)260kg/t的水平。富氧鼓風(fēng)方面, 相比之下,我國(guó)的現(xiàn)狀和國(guó)外的先進(jìn)水平也存在較大差距。荷蘭康力斯高爐的鼓風(fēng)全氧為30.3%, 相當(dāng)于富氧近10 %。英國(guó)斯肯索普實(shí)現(xiàn)213kg/t煤比的富氧率為8.1%，達(dá)涅利COPUS的高爐長(zhǎng)期保持7%-9%的富氧率，不但創(chuàng)造了高產(chǎn)指標(biāo)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了230kg/t的噴煤比。高爐通過(guò)富氧鼓風(fēng)手段實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和增加噴煤量噴吹煙煤，噴煤比過(guò)高或過(guò)低都對(duì)高爐生產(chǎn)和生鐵成本帶來(lái)不利影響，經(jīng)濟(jì)噴煤比可使噴入高爐內(nèi)的煤粉充分燃燒、高爐順行、降低生鐵成本，而富氧對(duì)提高煤粉在高爐風(fēng)口前的燃燒率、提高置換比起到了關(guān)鍵的作用。尋求大富氧和經(jīng)濟(jì)煤比的搭配即可改善高爐冶煉的效果，又能夠?qū)崿F(xiàn)低碳、低能耗、低成本的目標(biāo)。

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(guò)低產(chǎn)生大量未燃煤粉，如果不能在爐內(nèi)消化，將會(huì)使?fàn)t況不順，煤粉利用率降低，影響置換比。研究和實(shí)踐表明，煤粉在風(fēng)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(chǎn)需要爐缸有充足的熱量，以保證鐵礦石還原、渣鐵流動(dòng)性、爐渣脫硫率和透氣性。爐缸熱量用理論燃燒溫度來(lái)表示，合理值為2200±50℃。目前生產(chǎn)上通過(guò)提高熱風(fēng)溫度、進(jìn)行富氧鼓風(fēng)和脫濕鼓風(fēng)，可以達(dá)到大噴煤量所要求的理論燃燒溫度。

2.1.3煤氣運(yùn)動(dòng)阻力

噴煤以后煤氣運(yùn)動(dòng)遇到的阻力必然增加，爐內(nèi)礦焦比增加，高爐料柱中透氣性最好的焦炭數(shù)量減少，軟熔帶內(nèi)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(guò)的阻力增加，給高爐順行帶來(lái)負(fù)面影響。

2.1.4置換比

提高噴煤量時(shí)應(yīng)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(guò)各種技術(shù)手段來(lái)減緩下降速度。例如保持高爐內(nèi)良好的爐缸熱狀態(tài)，上下部調(diào)劑保持煤氣流合理分布，爐況順行，提高煤粉在風(fēng)口前的燃燒率，提高爐內(nèi)未燃煤粉消化能力。

2.2對(duì)高爐爐況的影響

2.2.1對(duì)順行的影響

當(dāng)高爐噴煤量增加到一定程度，煤粉不能在風(fēng)口回旋區(qū)狹小的空間充分燃燒，除部分參與高爐內(nèi)部還原反應(yīng)和滲碳反應(yīng)被消耗外，爐內(nèi)剩余未燃煤粉增多，當(dāng)未燃煤粉數(shù)量超過(guò)高爐能夠接受的極限水平時(shí)，大量進(jìn)入爐渣，以懸浮狀存在于爐渣中，導(dǎo)致?tīng)t渣粘度升高，嚴(yán)重時(shí)造成滴落帶渣流不順和爐缸堆積；

2.2.2對(duì)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(nèi)透氣性和透液性，導(dǎo)致高爐壓差上升，破壞高爐順行。另一方面，當(dāng)噴煤比提高到一定程度時(shí)，煤焦置換比降低，噴煤比大幅提高，但焦比下降不多，導(dǎo)致燃料比明顯上升，噸鐵燃料成本升高。

3.大富氧經(jīng)濟(jì)煤比技術(shù)路線

3.1大富氧的作用

3.1.1對(duì)理論燃燒溫度的影響

富氧是彌補(bǔ)噴煤后風(fēng)口理論燃燒溫度的降低的有效措施，每富氧1 %，可補(bǔ)償理論燃燒溫度 40 ~50 ℃ 。從風(fēng)口理論燃燒溫度維持不變的角度計(jì)算，根據(jù)新日鐵、寶鋼經(jīng)驗(yàn)，富氧率提高1%，高爐可提高煤比22kg/t。

3.1.2對(duì)煤粉燃燒率的影響

研究表明，富氧使鼓風(fēng)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(jìn)了煤粉燃燒，提高了煤粉燃燒率。

3.1.3對(duì)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(jìn)了爐況順行，有利于高爐接受高煤比。

3.2最大煤比及經(jīng)濟(jì)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(jì)算；另一種是按照氧過(guò)剩系數(shù)( EXO) 計(jì)算。而能同時(shí)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(jì)算最大煤比T理= 1 570 + 0.81T風(fēng)+ 4.37W氧－ 5.85W濕－2.5 ×1000G 煤/Q風(fēng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算最大煤比為199.6kg/t。（2）按氧過(guò)剩系數(shù)EXO計(jì)算最大煤比：EXO = Q風(fēng)× O2 × n2 /( G 煤× O煤× n1) 富氧噴煤時(shí)，為了保證煤粉的充分燃燒，氧過(guò)剩系數(shù)應(yīng)不低于1.15，以西鋼煉鐵廠平均耗風(fēng)量、富氧、煤粉化驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，代入計(jì)算1110*24.3%/(1.389G)=1.15經(jīng)過(guò)計(jì)算最大煤比為168.8kg/t。

3.2.2經(jīng)濟(jì)噴煤比確定

是在一定的生產(chǎn)條件下( 產(chǎn)量、原燃料質(zhì)量、爐料結(jié)構(gòu)、煤和焦炭的市場(chǎng)價(jià)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(jiàn)，經(jīng)濟(jì)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?cè)剂舷?、工序成本?lái)確定。建龍西鋼經(jīng)濟(jì)煤比確定，通過(guò)計(jì)算，選擇依據(jù)氧過(guò)剩系數(shù)計(jì)算數(shù)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(xiàng)目確定經(jīng)濟(jì)煤比為160kg/t。

3.3.技術(shù)措施

3.3.1提高風(fēng)溫

推進(jìn)熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐換球、漏點(diǎn)處理，預(yù)熱器改造、自動(dòng)燒爐等項(xiàng)目提高熱風(fēng)溫度。

3.3.2提高燒結(jié)礦溫度

根據(jù)建龍西鋼冬季環(huán)境溫度低，最低零下40℃，對(duì)高爐生產(chǎn)頂溫影響巨大，通過(guò)提高燒結(jié)機(jī)料溫，供料系統(tǒng)優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦直供高爐，實(shí)現(xiàn)高爐入爐燒結(jié)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(fēng)動(dòng)能情況下，保證吹透中心，活躍爐缸。高爐做好排堿操作，同時(shí)對(duì)爐芯及側(cè)壁溫度、爐體冷卻壁溫度、熱負(fù)荷等進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)整裝料制度，保證中心氣流暢通，維護(hù)高爐合理操作爐型。

3.3.4調(diào)整裝料制度和風(fēng)口

高爐采用大礦批，使焦炭料層厚度在0.5~0.6m，在變動(dòng)焦炭負(fù)荷時(shí)，也不要輕易變動(dòng)焦炭的料層厚度。使高爐內(nèi)的焦炭起到透氣窗的作用，對(duì)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(shù)（料批、料線、布料矩陣等）和適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能（調(diào)整風(fēng)口徑和風(fēng)口長(zhǎng)度），可以實(shí)現(xiàn)高爐內(nèi)煤氣流均勻分布，同時(shí)有增加爐料透氣性的作用。

3.3.5智能噴吹項(xiàng)目推行

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

3.3.6爐前出鐵管理

 高爐提產(chǎn)和煤比增加后，增加了爐前出鐵次數(shù)，同時(shí)對(duì)鐵口角度、深度、鐵間隔、出鐵率等進(jìn)行了要求，在6月份開(kāi)始對(duì)鐵次進(jìn)行了攻關(guān)，通過(guò)爐前的細(xì)化管理，爐前出鐵工作的提升促進(jìn)了爐況的順行。

4.高爐生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比

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

5.結(jié)論

（1）高富氧率解決高爐產(chǎn)量提高導(dǎo)致煤比降低的難題，降低噸鐵工序能耗；（2）富氧對(duì)提高煤粉在高爐風(fēng)口前的燃燒率、提高置換比起到了關(guān)鍵的作用，按照理論燃燒溫度及氧過(guò)剩系數(shù)( EXO) 計(jì)算，確定最大煤比和經(jīng)濟(jì)煤比 ；（3）經(jīng)濟(jì)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(fēng)口前的燃燒率，提高爐內(nèi)未燃煤粉消化能力；（4）大富氧和經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低碳、低能耗、低成本的目標(biāo)。

北大先鋒是T/CSM44-2022《高爐煉鐵變壓吸附供氧技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的重要參編單位，該標(biāo)準(zhǔn)已于2022年開(kāi)始實(shí)施。在國(guó)內(nèi)外高爐富氧生產(chǎn)中，變壓吸附制氧裝置可以成為高爐氧源的有利補(bǔ)充。其具有工期短、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、開(kāi)停車方便等優(yōu)勢(shì)，已在近百家鋼鐵企業(yè)普遍應(yīng)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(shì)，助力企業(yè)降本增效、提高市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

文章信息

來(lái)源  中國(guó)煉鐵網(wǎng)

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(jī)投入運(yùn)行，為高爐提高富氧率創(chuàng)造了條件，探索大富氧經(jīng)濟(jì)煤比對(duì)優(yōu)化高爐技經(jīng)指標(biāo)、節(jié)能降耗尤為重要。

關(guān)鍵詞： 富氧率；經(jīng)濟(jì)煤比；技經(jīng)指標(biāo)；節(jié)能降耗