未燃煤粉在高炉内的行为.pdf

高炉喷煤中未燃煤粉的行为孙向伟（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083）摘要: 总结了高炉喷煤尤其是大量喷煤中未燃煤粉行为的研究结果指出，未燃煤粉的存在对炉况的影响有利有弊较好的原抖条件和先进的操作技术可避免未燃煤粉在炉内的过量积累，克服其不利影响，从而能够实现煤比的进一步提高关键字：高炉，未燃煤粉，喷煤，行为Behavior of Unburnt Pulverized Coal in Blast Furnace Sun Xiangwei （ School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083 ）Abstract: The studied results of behavior of unburnt pulverized coal in process of PCI in BF are summarized. It points out there are both advantageous and disadvantageous influence of UPC (unburnt pulverized coal) on the work of BF. Better material condition and advanced operating technique can avoid excessive accumulation of UPC in BF，overcoming the disadvantageous influence ，as a result ，the higher PCI rate can be got. Keywords: blast furnace, coal injection, unburnt pulverized coal, behavior 1 未燃煤粉的产生及消耗途径由于高炉喷煤中，煤粉在燃烧带停留时间极短, 它不能完全燃烧。

实验室和实际高炉取样表明， 煤粉的燃烧率在 75% 左右，且随着煤比的提高， 燃烧率下降，即使采用富氧、高风温、氧煤枪等技术使燃烧率提高到85% ～95% ，进入炉内的未燃煤粉绝对量仍很大喷入高炉风口的煤粉在高炉内的消耗途径如图1所示从图 1 中可以看出 ,煤粉进入高炉风口后 , 煤粉的消耗主要有以下7 条途径图 1 煤粉的消耗途径(1) 风口前燃烧 , 代替焦炭起发热剂和还原剂的作用, 燃烧后以 CO的形态进入高炉煤气中2) 以未燃煤粉的形态参加碳的气化反应, 气化反应生成的CO气体进入高炉煤气中3) 以未燃煤粉的形态参加铁的直接还原反应, 直接还原反应生成的CO气体进入高炉煤气中4) 以未燃煤粉的形态参加硅、 钒、钛、锰、磷等非铁元素的直接还原反应,非铁元素直接还原反应生成的CO气体进入高炉煤气中5) 以未燃煤粉的形态参加生铁渗碳反应, 而后碳元素进入到生铁中6) 以未燃煤粉的形态在炉渣中沉积由于在炉渣中沉积的碳是以固体状态存在, 在炉渣中会形成非均匀相 , 提高了炉渣的粘度和熔化性温度7) 以未燃煤粉的形态随煤气逸出高炉外, 最后沉积在重力灰或污泥中, 增加了重力除尘器和脱水器的运转负荷, 这同样会给高炉冶炼带来一些不利的影响。

2 未燃煤粉在炉内的分布及对料柱压差的影响未燃煤粉在炉内的分布主要与炉料的透气性和气流速度有关未燃煤粉在填充床内的滞留量随高度的增加而减少, 下部积粉量远大于上部在低温时，矿石和焦炭中的未燃煤粉量无多大差别，对焦炭而言， 冷态与热态条件下残留的未燃煤粉量差别甚微，而当温度升高到矿石软化收缩和滴落时其捕集的未燃煤粉量剧增，在约 1400℃时残留量达最大在高炉内煤气流速较低的区域，如倒“V”型软熔带其根部靠近炉墙处有较多的未燃煤粉聚积，聚积的结果， 使气流有向中心发展的趋势 “W ”型软熔带则相反 杜鹤桂等用二维冷模型研究了高炉内未燃煤粉的行为， 指出，未燃煤粉主要聚积在风口区周围，分布于炉缸炉腹的少 风口区粉料聚集最多的地方是回旋区前端，其次是下方， 软熔带相应有一定的未然煤粉聚积，进入块矿区的未燃煤粉很少未燃煤粉的存在对高炉纵向压差影响不大，尤其是边缘，边缘的透气性不变加大风量后原有的压力趋势不变，粉料的分布也不发生变化 随高度增加压差呈增加趋势 , 且气粉两相流的料柱压差增加速率较气体单相流的增加速率大, 表明气流夹带的粉体阻碍了气流的正常运动, 使单位高度压差上升 , 随喷吹时间的延长, 料柱的总压差和分段压差均随之增加, 这是由于随喷吹时间的增加, 在填充床空隙内积滞的未燃煤粉量增加, 导致有效空隙度下降的缘故。

局部的过量积粉可能导致高炉悬料局部的过量积粉将可能导致压差波动无需整个料柱积粉超过极限量, 只要料柱中某段出现积粉量超限, 将会导致压差波动 , 诱发管道 , 意味着高炉平时积粉量的多寡与未燃煤粉的分布状态有关, 如果未燃煤粉分布均匀, 将能积蓄更多的粉量, 因此控制未燃煤粉在炉内的分布状态将是保证大喷煤的新课题3 各种因素对未燃煤粉在炉内分布的影响（1）风量风量越大，未燃煤粉往高炉上部分布越多. 说明鼓风携带粉料的穿透能力越大，风口区附近未燃煤粉的积聚量相对减少.W 型软熔带结构时，风量越大，煤粉分布所具有的 W形状也明显提高供风流速使积粉量下降, 这主要是由于风速加快, 使得煤粉的滞留量减少, 所以在风速高的条件下 , 将使煤粉在高度方向上分布较均匀些, 但是风量的增加本身也带来压差上升的不良结果如果高炉有较大的压差余量, 才允许提高风速改善未燃煤粉的高度方向上的分布2）炉料粒度炉料粒度越小，不论何种软熔带， 在高炉纵向、径向上粉料所达到的距离(相对于风口回旋区 )大大缩短，因而在风口区附近的积聚就越严重. 炉料粒度越小，其本身的透气性就较差， 加之未燃煤粉的积聚， 使得炉料粒度对未燃煤粉影响炉料透气性的作用成平方关系. 因而炉料粒度过小，尤其是焦炭，风口前，未燃煤粉充填其中， 透气性恶化， 回旋区内循环气量增加， 导致边缘气流的发展及煤气流一次分布的改变，以致炉况失常. （3）软熔带倒 V形软熔带的中心积粉量较边缘积粉量大; 而 W形与正 V形软熔带中心与边缘的积粉量大致相同。

正V形与倒 V形软熔带条件下积粉量沿高度变化量大，上部和下部的积粉不均匀;W 形软熔带时的积粉分布变化较小由于未燃煤粉分布均匀，可使料柱容纳更多的未燃煤粉， W形软熔带适于容纳更多的煤粉矿石的软熔区间发生变化时， 将使高炉内软熔带宽度不同 试验比较了宽窄两种状况对积粉量的影响， 在其他条件不变条件下， 当软熔带的宽度减小时， 高度方向上积粉量趋于均匀，即矿石软熔区间越窄越有利于未燃煤粉的均匀分布这是由于降低了窄焦炭窗过滤作用的缘故炉料的软熔性质与炉内的温度场分布决定了软熔带位置的高低， 由于高炉内的温度分布是由上到下逐渐升高，当炉料软熔温度较高时， 软熔带的位置相对较低 试验结果显示， 与低位软熔带相比高位软熔带的高度方向积粉较均匀4）鼓风动能鼓风动能越大， 煤粉中心分布越多， 对 W型软熔带， 鼓风动能越小， 由于边缘气流的相对发展，会使未燃煤粉更多地带向炉身上部炉料中. 4 未燃煤粉反应性及对矿焦、渣性能影响高炉喷吹煤粉在风口前形成的未燃煤粉量在高炉内具有双重作用未燃煤粉随气流上升途中和进入软熔带时, 与铁水中的 FeO发生直接渗碳和间接气化反应的速度要大于焦炭 ; 且未燃煤粉参加碳的气化反应速度大于焦炭。

未燃煤粉还具有良好的动力学条件 , 所以直接参与反应对降低焦炭的消耗、熔损起到良好地保护作用 , 保证了焦炭在高炉下部的强度, 同时改善炉缸焦炭床的透气性 但未燃煤粉超过一定量后 , 会在高炉内尤其在软融带处堆积, 无论停留在炉内何区域都对高炉操作不利 , 导致渣铁排放困难 , 炉料透气性下降 , 炉内压差不稳 , 破坏煤气合理分布 ; 而且煤粉在炉墙处与炉渣接触, 使其变稠 , 导致炉墙结厚另外还降低了煤粉的置换比 , 增加了高炉成本因此 , 高炉内接受未燃煤粉量是有限的, 如能正确组织喷煤工艺 , 则可发挥其有利的一面 , 限制其不利影响未燃煤粉由于粒度极细 ( 小于相应煤粉的粒度， 且表面充满了燃烧凹坑 ) 具有较大的比表面积， 因而具有良好的反应性 其在炉内主要发生两种反应，气化反应(CO2+C=2CO) 和碳素溶解反应 (FeO+C=Fe+CO) 研究表明，未燃煤粉的气化反应速度是焦炭的4～7 倍由于其气化反应强烈，阻止了风口区焦炭的气化损耗;它优先于焦炭与 FeO直接还原的结果， 使渣中 FeO量减少，软熔温度升高， 降低了料层的压力降， 同时可改善矿石的高温性能 图 2 所示为不同碱度烧结矿在有未燃煤粉存在和无未燃煤粉存在时，滴落温度的变化。

未燃煤粉的存在使矿石的滴落温度升高图 2 溶化性能的变化由于未燃煤粉中集中了燃烧的灰分， 其中残碳不与终渣润湿及FeO减少的结果会使渣的粘度有升高倾向 因此当未燃煤粉的含量超过一定值后，可使终渣变粘，可能因此造成金属渗碳和滴落困难由上述对未燃煤粉的研究可见，未燃煤粉的存在有利有弊， 概括起来说， 当未燃煤粉量小时， 对高炉无不利影响， 相反它的存在可一定程度地阻止焦炭的粉化，改善矿石的熔化性能 但当它在炉内的积累超过一定量时，它不能在炉内被及时消化掉， 则可引起炉渣粘度升高， 料柱透气性恶化等不利影响由目前的操作实践看，较好的原料条件是扩大煤比的基础，而先进的操作技术是扩大喷吹量减少未燃煤粉不良影响的关键加古川4 号高炉的生产实践表明，在煤比为230kg/t 铁时，未燃煤粉自炉顶的逸出量并未增加，其在死料焦堆中的滞留量反而随煤比的升高而减少5 大喷吹情况下维持高的煤利用率减少未燃煤粉不利影响的措施5.1 提高煤在风口的燃烧率越是高的煤比，越是需要高的燃烧率，才能维持一定的未燃煤粉的入炉量如煤比 100kg/t 铁，当燃烧率 80% 时，入炉未燃煤粉为 20kg，当煤比为 150 kg/t铁时，要维护20kg 未燃煤粉则相应燃烧率为87% ，为此需采用一些强化燃烧的措施。

如提高风温水平和富氧率 ; 与不同的燃料及氧化性矿物混合喷吹; 采用氧煤枪技术等等5.2 改善原料条件，提高操作水平提高焦炭强度和矿石的冶金性能，维持稳定的原料条件; 采用中心加焦等技术，保证死焦堆的渗透性; 形成倒“ V”型软熔带发展中心气流，减少炉内死角，以利未燃煤粉的及时消化; 均匀喷吹，以免造成局部大量的未燃煤粉的堆积等参考文献：[1] 杜鹤桂，聂大志.高炉喷煤未燃煤粉炉内行为的试验研究[J].炼铁， 1988，（4） ：1-7. [2] 刁日生，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. [3] 李洪会 ,孙亮,沈峰满 ,赵庆杰 . 未燃煤粉在填充床内的分布及对料柱压差的影响[J].东北大学学报， 2001,22（3） ：303-306. [4] 郁庆瑶 . 未燃煤粉在高炉内积存量影响的模拟试验[J].宝钢技术， 1999， （5） ：27-30. [5] 赵正清 . 高炉喷煤中未燃煤粉的行为[J].河南冶金， 1998， （2） ：40-42. [6] 高斌，曾加庆，尹建威 . 高炉未燃煤粉活性试验研究[J].炼铁， 1999,18（2） ：33-35. [7] 沈峰满 ,张鹏程 .未燃煤粉在高炉内的分布[J].炼铁,1999,18(1):32-34. [8] 周莉英 , 赵甲虎 .未燃煤粉对炉渣黏度的影响[J].安徽工业大学学报, 2004, 21(1):1- 4. [9] 杨福 , 周 国 凡 . 未 燃 煤 粉 对 高 炉 终 渣 性 能 的 影 响 [J]. 山 东 冶 金 ，2008,30(2):48-49. [10] 杜斯宏. 。