摘要：两段式喷吹煤粉工艺应用于瑞典SSAB Oxel6sund 2号高炉，效果显著。结果表明：若维持风口喷吹煤粉量不变，两段式喷吹煤粉工艺可以提高喷煤量，降低焦比，当第二段喷吹煤粉量5 kg／t时，焦比下降5 kg／t；改善高炉料柱透气性，降低料柱压差，使炉内煤气流分布更加合理，有助于高炉操作稳定，提高煤气利用率；第二段喷入的煤粉可以在高炉内被充分利用，并可以有效地抑制焦炭强度在高炉内的劣化，有助于降低在实施大喷煤工艺时对焦炭质量的苛刻要求；有助于减少炉墙热损失。

关键词：喷煤；两段式喷吹煤粉；高炉；炼铁

高炉喷吹煤粉工艺是降低炼铁生产成本和充分利用资源的有效手段。目前普遍采用煤粉从风口与鼓风一同喷入高炉的工艺，但随着煤粉喷吹量的增加，部分煤粉在风口回旋区内不能充分燃烧，形成未燃煤粉，恶化高炉料柱透气性，导致顺行困难，甚至发生悬料等事故。虽然采用优质焦炭、精料、富氧、高风温等技术措施可以改善煤粉喷吹状况，但随运行费用的增加，淡化了增加煤粉喷吹量降低成本的优点，使整体效益下降。因此，开发合理、廉价、

适应大喷煤的喷吹技术是广大炼铁工作者的追求。笔者在实验室研究的基础上，开发了两段式喷吹煤粉新工艺，并将该工艺付诸于实践。前期工作表明，两段式喷吹煤粉工艺可以改善高炉内纵向方向煤粉的均匀分布，因此具有提高料柱透气性、有效保护焦炭强度和提高炉身热效率的功效。本文主要介绍两段式喷吹煤粉工艺在现场实施状况和对高炉冶炼指标的影响，为今后进一步优化完善两段式喷吹煤粉工艺提供依据。

1    SSAB高炉基本参数

    两段式喷吹煤粉工艺应用于瑞典SSAB OxelOsund 2号高炉(以下简称SSAB 2号高炉)。

SSAB 2号高炉的主要尺寸见图1，炉容850 rn³，喷煤量105 kg／t，富氧率4％，使用含MgO高品位球团，配加少量的其它含铁原料，综合入炉品位64．3％。平均日生产生铁能力1 950 t。

2   第二段煤枪设置及工业试验

    SSAB 2号高炉第二段喷枪安装位置示于图1，第二段喷枪设置在高炉风口标高之上约5 m的炉身下部，4支喷枪在圆周方向上基本呈均匀分布。在煤粉总管上设置支管，引出部分煤粉经煤粉流量计和专用分配器再经第二段喷枪喷吹人炉。第二段喷吹用煤与风口喷吹用煤相同，挥发分为20．9％。

    为了考察两段式喷吹煤粉工业实施效果，在SSAB 2号高炉进行了喷吹试验，试验期间分别选定了基准期23天和试验期43天。基准期风口喷吹煤粉量约105 kg／t，第二段煤枪喷吹量为0；试验期在维持风口喷吹煤粉量基本不变的前提下，第二段4支喷枪喷吹煤粉总量为5 kg／t。

3    两段式喷吹煤粉工艺实施效果及分析

    两段式喷吹煤粉试验期间的参数均采用算术平均值，以使数据更富有代表性。试验数据列于表1。

3．1改善料柱透气性

    SSAB 2号高炉顶压约7 kPa，属于典型的常压操作，因而鼓风压力的变化可视为是料柱压差的变化。表1给出了试验前后高炉鼓风压力的变化，可见，在鼓风量基本不变(约1 240 m³／min)的条件下，采用两段式喷吹工艺使鼓风压力下降3．4％。进而由式(1)计算炉内料柱的透气性指数PI(该数值越大表明料柱透气性越好)。

式中，Q为鼓风量；p_b、p_t为风压和炉顶压力。

    图2给出了料柱内的透气性指数的变化。可见，两段式喷吹显著地改善了料柱的透气性，与基准期相比透气性指数提高了7．6％，有利于高炉生产稳定顺行，表1中铁水[Si]基本维持定值，也反映出了操作的稳定性。

    由于两段式喷吹煤粉工艺可以有效地降低料柱压差，因此为今后进一步提高鼓风量、增加产量或进一步增加喷煤量、降低成本提供了先决条件。

3．2煤气利用率、焦比的变化

    由于两段式喷吹煤粉工艺有效地改善了炉况，有利于改善煤气利用，使煤气利用率在原有较高(53．9％)的基础上又提高了约1个百分点(参见表1)，实现了在热风温度下降5℃不利的条件下，焦比下降5始／t的效果。

3．3炉墙热损失降低

  SSAB 2号高炉通过测试冷却水的水温差计算高炉炉墙热损失，从表1所示数据可知，与基准期相比试验期热损失呈明显的下降趋势。炉墙热损失的下降应考虑到是实施第二段喷吹的煤粉在炉墙附近参加碳的气化反应、有效地降低了炉墙热负荷的贡献。应该说明的是，理论上两段式喷吹煤粉工艺是可以降低炉墙热负荷、减少炉墙热损失的。但在现场试验期间由于采用测水温差的办法计算炉墙热损失，相对误差较大，有关第二段喷吹煤粉量对降低热损失贡献的定量关系有待于今后的进一步工作。

3．4保护焦炭强度和第二段喷吹煤粉的有效利用

  关于两段式喷吹煤粉工艺对焦炭强度的保护及第二段喷吹煤粉的有效利用，是另外一座实际生产的高炉实施两段式喷吹煤粉工艺时(第二段喷吹煤粉量亦为5 kg／t)获得的数据。

  (1)保护焦炭强度

  在两段式喷吹操作过程中，正常休风，然后分别在设有第二段喷枪正下方风口和正上方没有设置第二段喷枪的风口取焦炭试样，观察焦炭试样的外观形貌(图3)。测定其显微强度：在ø25．4 mm×305mm钢管内装12颗ø8 mm钢球，装入约2 g粒度为0．60～1．18 mm焦炭试样，以管长中心为轴，以25r／min转速，转动600转，而后筛分，取大于0．6mm

颗粒的质量百分比定义为焦炭显微强度。显微强度的测定值示于图4。为了便于比较两段式喷吹煤粉工艺的效果，将原焦的外观形貌和显微强度也分别示于图3和图4。

     从图3可见，与原焦粒度相比，正常操作条件下，无论正上方有无第二段喷吹的风口焦炭粒度都有所降解，发生粉化，但对于正上方设有第二段喷枪的风口焦炭而言，其粉化程度要小于正上方没有第二段喷枪的一般风口焦炭，而且焦炭显微强度明显高于一般风口焦炭，甚至优于原焦显微强度(图4)，这是由于该风口焦炭除了在炉内下降过程中经历了高温加热，石墨化程度增高，使焦炭强度提高外，还受到了第二段喷吹煤粉对焦炭强度的保护作用。由此可见两段式喷吹煤粉工艺具有减缓焦炭在高炉内强度劣化的功效，有助于降低在实施大喷煤时对焦炭质量的苛刻要求，换言之，采用两段式喷吹煤粉工艺更容易实现一般焦炭条件下的大喷煤目标。

    (2)第二段喷吹煤粉的有效利用

    两段式喷吹煤粉工艺能否实现喷入的煤粉在高炉内被有效利用，是评价该工艺是否具有应用价值的重要指标之一。为此，比较了高炉在实施两段式喷吹前后重力除尘器灰中碳含量的变化，分析结果示于图5。可见，未实施两段式喷吹时重力除尘器中灰碳的质量分数为15．9％～24．8％，而实施两段式喷吹煤粉时除尘器中灰碳含量虽然最高值较未实施两段式喷吹时略大，但其最低值亦小于未实施两段式喷吹时数据，处于正常波动范围，可见除尘器灰碳含量变化与两段式喷吹无必然联系。由此，可以推断第二段喷吹的煤粉在炉内能够得到充分的利用。另外，在SSAB OxelOsund 2号高炉的试验中，也未发现煤粉在炉顶煤气中的损失，表明第二段喷枪喷人的煤粉在高炉内得到了充分的利用。

4     结论

    (1)两段式喷吹煤粉工艺可以提高喷煤量，有效地降低焦比。第二段喷吹煤粉量5 kg／t时，可降低焦比5 kg／t。

    (2)两段式喷吹煤粉工艺改善了高炉料柱透气性，炉内煤气流分布更加合理，使得鼓风压力(料柱压差)下降3．4％，有助于高炉操作稳定和提高产量。由于两段式喷吹煤粉工艺改善了高炉工作状况，试验条件下，提高煤气利用率约1％。

    (3)第二段喷入的煤粉可以在高炉内被充分利用，同时两段式喷吹煤粉工艺可以有效地减缓焦炭强度在高炉内的劣化，有助于降低在实施大喷煤工艺时对焦炭质量的苛刻要求。

  (4)此工艺有助于降低炉墙热损失。

  (1．东北大学材料与冶金学院 

2．SSAB OxekSsund AB，瑞典Oxelosund SE一61380，