莱钢高炉喷吹煤粉利用率研究

周小辉

（山钢股份莱芜分公司技术中心，山东莱芜 271104）

试验研究

莱钢高炉喷吹煤粉利用率研究

周小辉

（山钢股份莱芜分公司技术中心，山东莱芜 271104）

测定了不同高炉炉尘中碳含量及矿物组成，分析了不同煤比对高炉炉尘中碳质量分数和未消耗煤粉比例的影响，确定了莱钢4座高炉在不同喷煤比时高炉炉尘中未消耗煤粉量、焦炭量和煤粉在高炉内的利用率。结果表明，取样高炉炉尘（重力灰和布袋灰）中1#炉碳含量最高，都在50%左右；2#高炉重力灰和布袋灰中最低，含量在分别在20%～30%和10%～15%；炉尘中未消耗焦炭以镶嵌结构为主，布袋灰中未消耗焦炭与煤粉面积比例远低于炉尘；高炉喷吹煤粉利用率达到98.17%以上。随着喷煤比增加，高炉吨铁炉尘量、未消耗碳呈现增加的趋势。高炉操作应根据原料条件合理控制喷吹煤比，降低炉尘碳含量。

高炉；喷煤；炉尘；含碳物质；煤粉利用率

1 前言

随着高炉原料价格上涨，后续钢铁产品价格大跌以及库存压力加大，钢铁行业面临巨大生存压力。基于钢铁产品的价跌和滞销，铁前降低成本对于钢铁企业生存来说就显得至关重要。提高喷吹煤比就是钢铁企业长期以来一直追求降低成本的重要举措［1-2］，很多企业及高校针对炉尘进行了煤粉利用效果研究［3-6］，随着高炉喷吹煤比的增加，势必会影响到煤粉的充分燃烧，而且会导致高炉的炉尘碳含量增加。因此，深入研究高炉炉尘中碳含量的来源，确定未消耗焦炭及煤粉的比例，对于指导高炉高煤比操作提供了必要的参考依据。

本研究对莱钢高炉重力灰和布袋灰取样，通过矿相显微分析方法，定量分析了高炉炉尘中的碳含量以及碳的来源，即分析炉尘中未消耗焦炭与未燃烧煤粉的比例以及含量，结合炉尘中碳含量，计算出高炉喷吹煤粉在高炉内的利用率，以期为高炉合理喷吹煤粉提供指导。

图1 重力灰含碳量

2 检测结果分析

2.1 炉尘碳含量分析

对莱钢正常生产中的4座高炉连续3 d进行重力灰及布袋灰取样，对所取样品进行碳含量检测，检测结果如图1、图2所示。从图中可以看出，莱钢1#高炉重力灰和布袋灰的碳含量最高，在50%左右的水平。而2#高炉重力灰和布袋灰最低，含量在分别在20%～30%和10%～15%之间。不同高炉之间重力灰和布袋灰含碳量相差较大，这主要是与各高炉取样时炉况、操作制度及冶炼强度不一样有关。几座高炉炉尘含碳量的平均值见图3，从中可以看出，高炉重力灰中碳含量由高到低是1#高炉＞3#＞4#＞2#，而布袋灰则是1#高炉＞4#＞3#＞2#。

图2 布袋灰含碳量

图3 炉尘碳含量均值

2.2 炉尘矿相分析

矿相分析是通过显微镜，借用煤相分析中统一标准的数点法，将试样划分为576（24×24）格，在相交点（包括边线上的点）测定500个以上（或有效点300个），放大倍数为500倍，得到不同矿相面积的比例。通过岩相分析，发现在重力灰与布袋灰中均含有未消耗的焦炭和煤粉。未消耗焦炭颗粒岩相组成可分成类丝碳（A）、各向同性（B）、完全纤维（C）、丝质破片（D）、微粒镶嵌（E）、中粒镶嵌（F）、粒状镶嵌（G）及残碳颗粒结构（H）。未燃煤粉颗粒岩相组成可分成微变原煤颗粒、未变形颗粒、变形颗粒和残碳颗粒。表1和表2分别给出了莱钢4座生产高炉重力灰和布袋灰的岩相分析结果。从重力灰和布袋灰岩相分析的组分表面积可以看出，重力灰未消耗焦炭中主要是以镶嵌结构为主，而未燃煤粉则主要含有未变形颗粒、变形颗粒及残碳，微变原煤颗粒几乎没有，矿物及杂质面积为55%～70%。布袋灰未消耗焦炭与未燃煤粉各岩相组成均有所减少，而矿物及杂质含量有明显提高，面积均＞85%。

表1 莱钢高炉重力灰岩相分析矿物表面积%

表2 莱钢高炉布袋灰岩相分析矿物表面积%

各高炉重力灰与布袋灰中未消耗焦炭与未燃煤粉面积的均值见图4和图5。从图4中可以看出，1#高炉重力灰中未消耗焦炭面积比例最高，达到35.19%，4#高炉最小，为21.66%。而布袋灰中则相差不大，在8.33%～10.1%之间。从图5中可以看出，1#高炉和4#高炉重力灰中未消耗煤粉面积几乎相同，3#高炉最低，只有2.55%，而布袋灰中1#高炉最高，为8.68%，2#高炉最低，只有2.39%。

莱钢每座高炉使用原料几乎相同，但炉尘中碳含量差别较大。应寻找高炉操作制度的差异，提高操作水平，在高喷吹煤比情况下，减少炉尘碳含量。

2.3 吨铁炉尘量和未消耗的含碳物质

高炉的炉尘量与高炉操作制度、原料条件及喷吹煤比有很大关系。图6为莱钢高炉炉尘中（重力灰和布袋灰）未消耗焦炭和煤粉质量分数与喷煤比的关系。图7给出了炉尘中未消耗焦炭和煤粉的总量与喷煤比的关系。

图4 未消耗焦炭面积

从图6可见，重力灰中未消耗焦炭的质量分数比布袋灰要高，而未消耗煤粉的质量分数比布袋灰要低。随着喷煤比的增加，重力灰和布袋灰中未消耗焦炭的质量分数增加，在布袋灰中增加的速度比在重力灰中要快。未消耗煤粉的质量分数也增加，两者增加的速度基本相同。

图5 未消耗煤粉面积

图6 未消耗焦炭及煤粉与喷煤比的关系

图7 吨铁炉尘量与喷煤比的关系

在图7中随着喷煤比增加，高炉吨铁炉尘量、未消耗碳、焦炭和煤粉量多呈现增加的趋势。在高喷煤比时，炉尘量的变化较大，这与高喷煤比时高炉炉况易波动有关，另外与莱钢炉尘量不是计量而是估量也有关。

2.4 煤粉利用率

煤粉中的挥发分在高炉风口前全部挥发，绝大多数灰分进入炉渣。假定未消耗煤粉中灰分比例与煤粉中的相同，可以计算出煤粉在高炉中的利用率。利用发明专利（ZL 02131238.9）方法，确定了莱钢高炉喷吹煤粉在高炉内的利用率，数据采用各高炉的平均值，结果见表3。

从表中可以看出，4座取样高炉煤粉利用率都较高，达到98.17%以上，但随着喷吹煤比的增加，煤粉利用率有所降低。因此，在莱钢当时原料条件下，高炉喷吹煤比近190 kg/t时，煤粉利用率保持在了较高水平，但炉尘碳含量较高，高炉燃料比会有所升高，造成炼铁成本增加。高炉操作者应综合考虑喷吹煤比与燃料比的对应关系，找到最为经济的高炉冶炼制度。

表3 莱钢高炉喷吹煤粉在炉内的利用率%

3 结论

3.1 通过炉尘含碳量分析，4座取样高炉炉尘（重力灰和布袋灰）中1#高炉碳含量最高，都在50%左右；2#高炉重力灰和布袋灰最低，含量分别在20%～30%和10%～15%。重力灰中碳含量由高到低是1#高炉＞3#＞4#＞2#，而布袋灰则是1#高炉＞4#＞3#＞2#。

3.2 矿相显微分析显示，炉尘中未消耗焦炭以镶嵌结构为主，未燃煤粉含有未变形颗粒、变形颗粒及残碳。布袋灰中未消耗焦炭与煤粉面积比例均比重力灰中有较大幅度降低，矿物及杂质面积比例大幅升高。

3.3 随着喷煤比的增加，吨铁炉尘量增加，重力灰和布袋灰中未消耗焦炭及煤粉的质量分数也增加。

3.4 4座取样高炉煤粉利用率达到98.17%以上，但随着喷吹煤比增加，煤粉利用率有所降低。

3.5 高炉操作应综合考虑原料条件状况，关注高炉操作制度、炉尘碳含量以及冶炼成本之间的变化关系，经济合理地喷吹煤粉。

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

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

［3］郑涛，吴铿，徐万仁，等.高炉炉尘中未消耗煤粉和焦炭比例的研究［J］.钢铁，2006，41（3）：20-24.

［4］吴铿，陈洪飞，徐万仁，等.高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究［J］.北京科技大学学报，2008，30（6）：664-668.

［5］Keng Wu,Rucai Ding,Wen Pan,et al.Research on unconsumed fine coke and pulverized coal of BF dust under different PCI rates in BF at Capital Steel Co［J］.ISIJ International，2010，50（8）：390-395.

［6］Kentaro Nozawa,Akito Kasai,Youshiyuki Matsui,et al.Combustion behaviors of fine coal and its impact on gas permeability at lower part of blast furnace under high pulverized coal rate operation［J］.ISIJ International，2011，51（8）：1 336-1 343.

Research on Utilization Rate of Pulverized Coal to Blast Furnace in Laiwu Steel

ZHOU Xiaohui

（The Technology Center of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

The mass fraction of carbon and mineral composition were investigated.The effect of different coal ratio on the mass fraction of carbon and unconsumed pulverized coal ratio were analyzed,and the amounts of unconsumed pulverized coal and coke particles as well as the utilization rate of pulverized coal were tested in the four blast furnace(BFs)in Laiwu Steel.The results showed that the mass fraction of carbon is highest in the BF1,and the value is around 50%.The content lowest in BF2 is 20%-30%and 10%-15% respectively in gravitational dust and bad dust.The texture of unconsumed coke in dust is mosaic texture mostly and the area percentages of unconsumed pulverized coal and coke particles in bag dust are lower than that in dust.The utilization rate of pulverized coal was above 98.17%.The dust and unconsumed carbon have a increasing trend with the rising of pulverized coal ratio. We can reduce the carbon content by controlling the pulverized coal ratio on the basis of raw material.

blast furnace;pulverized coal injection;BF dust;carbonaceous substance;utilization rate of pulverized coal

TF538.6+3

A

1004-4620（2015）01-0023-03

2014-10-20

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。现为山钢股份莱芜分公司技术中心工程师，从事铁前工艺技术研发工作。