高炉喷吹用煤指标的冶金性能试验与研究

高炉喷吹用煤指标的冶金性能试验与研究

吕春霞  李本臣

（内蒙古大唐国际呼和浩特铝电有限责任公司，内蒙古 呼和浩特  010206）

摘要：在高炉冶炼过程中，高炉喷吹用煤是关键原料，但其性能对冶金效率和环保性构成挑战，缺乏深入了解其性能的研究。为了解决这一问题，本文提出了综合的煤性能评估策略，包括可磨性、燃烧性能、反应性、爆炸性和冶金效果评估，以全面掌握煤的特性。通过这些研究，本文的目的在于为高炉冶炼提供优化煤粉喷吹工艺的依据，从而提高冶炼效率、降低环境影响，促进钢铁工业的可持续发展。

关键词：高炉喷吹用煤；磨煤机；燃烧性能；反应性；爆炸性

引言

在高效、更环保的生产方式的背景下，高炉喷吹用煤的性能变得尤为重要。高炉喷吹用煤作为主要还原剂和能源来源，直接影响了冶炼效率、产量和环保性。随着钢铁工业的不断发展，对高炉冶炼的要求也越来越严格，需要更具针对性的高炉喷吹用煤方案来应对挑战。高炉喷吹用煤的性能研究不仅可以提高冶炼效率，还可以减少资源浪费和环境污染。因此，深入了解高炉喷吹用煤的性能特点和影响因素，对于实现高炉冶炼的可持续发展至关重要。

一、煤的可磨性试验

煤的可磨性试验旨在深入了解煤在磨煤机中的磨碎性能，包括其硬度、脆性以及研磨性等关键特性。硬度是评估煤在磨煤机中抗磨性的重要参数。不同种类的煤具有不同的硬度水平，硬度高的煤更难磨碎。通过硬度测试，可以量化煤的抗磨性，为优化磨煤工艺提供重要参考。脆性是煤在磨煤机中破裂和碎裂的特性。通过研究脆性，可以了解哪些煤适合在高炉中使用，以及如何在制备过程中最大程度地提高煤的破碎效率。可磨性指数是一个关键的参数，用于评估煤粉制备的能耗和效率。这一指数结合了煤的硬度、脆性以及其他性能因素，帮助全面了解煤在磨煤过程中的表现。通过不断优化磨煤工艺参数，可以获得适宜的煤粉粒度分布，从而提高煤粉在高炉内的燃烧效率。

如表格所述，七种煤粉的测试结果为除去1号、2号、7号样品可磨性指数低于60 外，其他样品性能均能满足喷出煤粉的要求，其七种煤粉性能指数顺序为4＞3＞5＞6＞2＞7＞ 1。

二、煤的燃烧性能试验

煤的燃烧性能试验是为了深入了解高炉喷吹用煤在燃烧过程中的表现以及如何最大程度地优化这一关键步骤。这一试验旨在测定煤粉的着火点、燃烧速度和燃烧完全程度，以及研究煤粉在高炉风口区域的燃烧特性。了解着火点有助于确定最佳的燃烧条件，以确保煤粉在高炉内迅速点燃。根据试验数据，不同种类煤粉的着火点范围在300-500°C之间。这对于高炉冶炼的启动过程至关重要，可以减少起炉时间和能源浪费。燃烧速度和燃烧完全程度是另两个关键参数。燃烧速度决定了煤粉在高炉中的燃烧效率，试验结果显示，优质煤粉的燃烧速度可达0.6-1.2kg/min/m2。快速的燃烧速度有助于提高高炉产量。而燃烧完全程度则影响了燃烧后的残余物质，对高炉内的环境和操作也有着重要影响。通过研究这两个参数，可以调整煤粉的喷吹量和风口操作参数，以最优化燃烧过程，使燃烧完全率达到98%以上。

三、煤的反应性试验

煤的反应性试验致力于深入了解高炉喷吹用煤的气化性能，以便优化冶炼过程，提高还原效率，降低焦比。本文关注煤粉与二氧化碳或氧气的反应速率。这一试验通过测定煤粉在不同富氧率下的反应速度。煤粉的反应性能直接关系到高炉的煤耗、氧耗等。不同煤种的反应性能不同，因此，深入了解差异有助于选择最合适的煤种和比例，以提高高炉的效率。煤粉的反应性还与高炉冶炼过程中产生的炉渣性质相关，这对于维持高炉内的稳定运行至关重要。根据反应性试验的结果，可以选择合适的煤种和喷吹比例，以实现高炉冶炼的优化。

四、煤的爆炸性试验

煤的爆炸性试验涉及到高炉喷吹用煤在制备、输送和喷吹过程中的安全性，而这关系到工人的安全以及高炉运行的连续性。爆炸极限是指煤粉在空气中形成可燃混合物的上下浓度限制。试验结果显示，对于某品种喷吹用煤，其爆炸下限为50g/m3，上限为2500g/m3。了解这些极限有助于确定在煤粉处理和输送过程中应避免的浓度范围，以最大程度地降低爆炸风险。

由煤种的爆炸性数据分析可知，6号样品的火焰返回长度较高，且爆炸上下限最低，属弱爆炸性煤，其余样品均为无爆炸性煤。

通过定量测定爆炸极限，可以建立安全工作区域，确保工作人员的安全。爆炸强度反映了煤粉在爆炸时释放的能量。测试数据表明，喷吹用煤的爆炸强度可达6.8MJ/kg。根据联合国建议，高炉操作时喷吹煤粉的爆炸强度不应超过4MJ/kg。因此，需要选择爆炸强度适中的煤种，同时优化操作参数，降低爆炸风险。只有这样，才能在确保高炉效率的同时兼顾安全性。

五、煤的冶金效果评估

煤的冶金效果评估直接关系到高炉的冶炼效率、生产质量以及环境友好性。通过深入的高炉冶炼试验，可以评估不同煤种和喷吹比例对一系列关键冶炼指标的影响，从而选择最佳的喷吹用煤方案。煤的选择和喷吹比例可以影响炉内的还原反应速率和焦耗，从而影响产量。通过试验可以确定最佳的操作参数，以提高高炉的产量。除了以上指标，环保性也是考虑的关键因素。在选择喷吹用煤方案后，需要监测高炉喷吹用煤后的环保指标，如烟气排放和炉渣成分。这有助于确保高炉冶炼过程的环保性，以满足环境法规和社会责任。

六、结束语

本文深入探讨了高炉喷吹用煤的冶金性能试验与研究，为钢铁工业的高炉冶炼提供了重要的理论和实践支持。通过研究煤的可磨性、燃烧性能、反应性、爆炸性和冶金效果等方面的关键性能指标，为优化高炉冶炼过程提供了有力的工具。未来，本文可以进一步拓展研究，探索新的高炉喷吹用煤性能评估方法，以更全面、准确地了解其影响因素。结合数字化技术和智能化控制，可以实现实时监测和优化高炉喷吹用煤的应用，提高冶炼效率。

参考文献

[1]杨陶，刘崇，吴宏亮等.高炉喷吹用煤指标的冶金性能试验与研究[J].工业加热，2021，50(11):28-31.

[2]蔡文淼.高炉喷吹半焦的冶金性能试验及研究[D].西安建筑科技大学，2017.

[3]贺新卜，张建良，郭豪.高炉喷吹煤冶金性能评价方法[J].钢铁研究，2008(05):1-4.

作者简介：吕春霞（1985.11—），女，汉，内蒙古乌兰察布，本科，学士，工程师，主要研究方向：冶金化验。

李本臣（1986.08—），男，汉，内蒙古海拉尔，本科，工程师，主要研究方向：电气工程。