周小辉，梁栋，李晓

（1莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜271104；2山东耀华能源投资管理有限公司，山东济南250101）

试验研究

莱钢高炉喷吹用煤性能研究

周小辉1，梁栋1，李晓2

（1莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜271104；2山东耀华能源投资管理有限公司，山东济南250101）

提高高炉喷吹煤粉比率，是降低生铁成本的重要措施。针对莱钢高炉喷吹用煤，进行了喷吹煤种爆炸性、着火点、燃烧性实验研究，研究结果表明，莱钢喷吹煤种中E性能最好；备选烟煤F和G中，煤种G无爆炸性，可直接进行喷吹；煤种F具有强爆炸性，可少量混合配加喷吹。

高炉；喷吹煤粉；煤种性能

1 前言

随着炼铁技术的发展，以煤代焦成为炼铁降低成本的主要技术措施，高炉煤粉喷吹水平有了较大的提高。莱钢目前1 080m3高炉粉煤喷吹煤比维持在170～180 kg/t，甚至达到过200 kg/t［1］。1 880m3高炉粒煤喷吹稳定在170 kg/t以上［2］。喷吹用煤特性对高炉的顺行有着重大的影响，而且直接影响喷吹煤粉在高炉内的燃烧率，进而影响高炉喷吹煤比。大喷吹煤比情况下，大部分煤粉在炉内有效利用，少部分未燃煤粉随着煤气进入炉尘［3-4］，因此研究喷吹用煤特性，合理选择喷吹煤种，对进一步提高喷煤效果，降低炼铁生产成本具有十分重要的意义。

2 试验煤种

莱钢高炉喷吹煤种较多，主要是无烟煤和贫瘦煤，受煤场限制，喷吹方式也不固定，有时单种煤有时混合喷吹，尚没有根据煤种性能进行合理喷吹，并且由于煤种成份及冶金性能的波动，对莱钢高炉喷吹煤比的稳定以及进一步提高煤比产生不良影响。基于此，试验选用莱钢主要喷吹煤种进行可磨性、着火点、燃烧率及爆炸性性能研究。

本研究试验用煤样共有7种，F和G煤为烟煤，是莱钢准备用于进行烟煤无烟煤混喷的备选煤种。其余均为无烟煤或贫瘦煤，是莱钢当前主要喷吹煤种，其工业分析见表1。

3 试验结果

3.1 可磨性

可磨性代表磨煤的难易程度，它直接关系到磨煤的能耗和费用。目前我国采用哈氏（哈德各罗夫）方法测定煤的可磨性指数—HGI，其物理意义是物料磨细后增加的比表面积与能量消耗之比。

表1 莱钢主要喷吹煤粉工业分析

高炉喷吹用煤的可磨性指数应在60～90。低于50的煤很硬，难磨；高于90的煤虽然易磨，但往往是粘结性强的煤，可能给磨煤和输煤造成困难。从表2看到，莱钢主要喷吹煤种中，B和E易磨，而A、C和D 3种煤可磨性相差不大，相对较难磨。备选烟煤F和G可磨性几乎相同，在所取煤种中可磨性最差。因此，从磨煤能耗来考虑，选择B和E更为经济。

表2 原煤可磨性

3.2 着火点

在有空气和煤粉共存的条件下，把煤粉逐渐升温到煤粉开始燃烧的温度，叫煤粉着火点或燃点，其高低与煤的变质程度有关。实验采用北京科技大学煤粉爆炸性及着火点综合测定装置，将煤粉试样置于微型电炉的铂片上，通电逐渐升温，用摄象机、光电管和微机系统测定煤粉开始燃烧的温度。

对于高炉喷吹煤粉，着火点低，将在同样的风温条件下提供更高的过热度，有利于煤粉燃烧，但需要注意煤粉爆炸性，以确保喷吹煤粉的安全性。

从表3可以看出，莱钢目前主要喷吹煤种A的着火点温度最低，其次是E，C和D着火点温度几乎相同，且为最高。而备选烟煤比无烟煤和贫瘦煤着火点要低很多，F最低（仅为321℃），因而烟煤具有更好的燃烧性能。

表3 煤粉着火点温度℃

3.3 爆炸性

采用长管式煤粉爆炸性能测定仪测定煤粉爆炸性能。试验时将l g干燥煤粉试样用压缩空气喷到安装在玻璃管内的约1 050℃的火源上，视其返回火焰长度来判断爆炸性。仅在火源处出现火星或无火星的属无爆炸性煤；返回火焰长度＜400mm为易燃有爆炸性煤；返回火焰长度＞400mm为强爆炸性煤。

从表4中试验结果可以看到，莱钢目前喷吹煤种都不具有爆炸性，备选烟煤中，F煤种具有强爆炸性，G煤种不具有爆炸性，因此，添加烟煤喷吹时，从安全性考虑，应首选G煤种。

表4 煤粉的爆炸性（火焰长度）mm

3.4 燃烧率

本次试验利用热分析测定煤粉燃烧至600℃煤粉燃烧率。利用北京光学仪器厂生产的WCT-2C微机差热天平，首先需精确称量试样重量，然后将所称量的一定量煤粉，加入试样坩埚中，放置于差热天平上，通入一定量的空气流（60ml/min），依照一定的升温速率（20℃/min）加热煤粉。随着温度的升高，煤粉首先被快速加热，随后进行脱气和快速热分解（即煤的热分解和挥发分的二次分解），然后着火，挥发物进行燃烧，最后残炭（或半焦）与氧气进行燃烧的多相反应，直至煤粉燃烧完全。

表5 煤粉600℃燃烧率%

从表5中可看出，无烟煤燃烧率低于烟煤，这是由于烟煤挥发份含量高的缘故。对于莱钢目前喷吹的无烟煤，B、D和E煤种具有较好的燃烧性能，而A和C的燃烧性较差。对于备选烟煤，F煤种比G煤种具有更好的燃烧性能。

4 煤种综合评价

高炉喷吹工艺对于煤粉质量的要求是：灰分低、含硫低、可磨性好、燃烧性好、反应性强等。随着高炉喷煤量增加，对于煤粉质量的要求也不断提高。因此，有必要对煤粉的煤质特性进行综合分析，采用必要的评价方法，从中优选出冶金性能比较好的喷吹煤，以进一步提高喷煤的效果，降低炼铁生产的成本。

按照煤粉的灰分、可磨性、着火点、燃烧率进行分档排序，灰分由高到低排序C＞A＞D＞B＞G＞E＞F，可磨性由高到低排序B＞E＞C＞D＞A＞G＞F，着火点由高到低排序D＞C＞B＞E＞A＞G＞F，燃烧率由高到低排序F＞G＞B＞E＞D＞A＞C。根据排序结果，从灰分及冶金性能上综合考虑，煤种E是最优煤种。莱钢高炉喷煤应该增加煤种E的喷吹。而备选烟煤F和G中，由于G烟煤无爆炸性，可以直接用来高炉喷吹。而烟煤F则需要考虑喷吹的安全性，进行配加试验分析。

5 备选烟煤配加分析

对于高炉喷煤煤种选择来讲，无烟煤发热量高、理论置换比高。尽管选择煤种时必须考虑置换比，但是，无烟煤燃烧性较差，尤其是在喷煤量比较高时，过多的未燃煤粉不仅影响高炉顺行，还会降低置换比。混煤喷吹的理论置换比等于单一煤种理论置换比的加权平均数，与喷吹无烟煤相比，混喷在牺牲少量置换比的条件下获得了较高的煤比，降低了生产成本。

表6 混煤性能

烟煤配加、喷吹安全性是生产实践的重中之重。前面爆炸性实验可知，烟煤G无爆炸性，是配加的首选煤种。而烟煤F虽有强爆炸性，但少量配加，喷吹安全性完全有保证。从表6中混煤性可知，少量配加强爆炸性烟煤F，混合煤粉燃点相对主体单种煤燃点有所降低，但混合煤粉仍不具有爆炸性。

6 结论

6.1 在莱钢主要喷吹煤种中，从可磨性、着火点及燃烧率方面考虑，煤种E是高炉喷吹最优选煤种，莱钢高炉喷煤应考虑增加煤种E的喷吹。

6.2 所选试验煤种中，只有烟煤F具有强爆炸性，其它煤种均无爆炸性，因此，莱钢配加烟煤喷吹，从安全性能考虑，首选烟煤G。

6.3 从实验结果可知，烟煤具有更好的燃烧性能，烟煤F优于烟煤G。

6.4 尽管烟煤F具有强爆炸性，但在配加10%烟煤F的混合煤粉实验中，混合煤相较主体单种煤粉的燃点有所降低，混合煤粉仍不具有爆炸性，莱钢混煤喷吹可以考虑少量添加烟煤F。

［1］张故见，徐春玲.莱钢1 080m3高炉大煤比喷吹技术［J］.山东冶金，2012，34（1）：17-19.

［2］郎达慧，胥长城，蒋学健，等.莱钢1 880m3高炉提高煤比生产实践［J］.山东冶金，2011，33（5）：46-47.

［3］李家新，苍大强，糜克勤.大喷煤量高炉冶炼的理论与实践［J］.包头钢铁学院学报，1999，18（2）：1-8.

［4］刁日升，胡宾生.喷煤未燃煤粉在高炉内行为的研究［J］.钢铁钒钛，2003，24（3）：17-21.

Research on Propertiesof Pulverized Coal for BF Injection in Laiwu Steel

ZHOU Xiaohui1,LIANG Dong1,LI Xiao2
（1 Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China; 2 Shandong Yaohua Energy Investment Management Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Increasingthe ratio of pulverized coal for blast furnace injection is an importantmethodto reducethe cost of pig iron. Experiments about explosiveness,ignition point and combustibility of coal used in Laigang have been done.The results showedthatthe coal E has a best property inthe pulverized coal,inthe coal F and Gthe coal G without explosiveness can be injected directly,butthe coal F can be be injectedmixed in a small amounts because of its high explosiveness.

blast furnace;pulverized coal;injection;property

TF521

A

1004-4620（2014）02-0026-03

2014-01-07

周小辉，男，1981年生，2005年毕业于江西理工大学冶金工程专业，北京科技大学工程硕士。现为莱钢技术中心工程师，从事铁前工艺技术研发工作。