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高富氧喷煤对冶炼工艺的影响有哪些?
发布时间:2020-07-29 22:32
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  高富氧喷煤对冶炼工艺的影响有哪些?
 
  1、煤粉燃烧率对高炉操作的影响
 
  高炉富氧喷煤后,煤粉置换焦炭的量与煤粉的燃烧率有关。煤粉燃烧率高,未燃煤粉颗粒少,化学能利用充分,有利于降低焦比和炉况稳定顺行。如果煤粉燃烧率低,煤粉化学能得不到充分利用,煤粉与焦炭的置换比低。此外,大量未燃煤粉吸附在焦炭和矿石孔隙中,阻塞煤气流通道,导致炉况不顺。煤粉燃烧率与煤粉性能、粒度、鼓风氧含量、氧煤枪装置及喷吹制度等因素有关。高炉喷吹煤粉燃烧机制的研究已经非常深入,燃烧性能好的烟煤大规模用于高炉喷吹,取得良好效果。高炉富氧喷煤时,在保证高风温水平前提下,随着鼓风中氧含量增加,可以大幅度提高喷煤量,煤粉燃烧率降低很少。
 
高富氧喷煤对冶炼工艺的影响有哪些?
  近几年,国外有人研究用木炭代替煤粉,由于木炭灰分少,燃烧效果好,可以大幅度提高木炭与焦炭的置换比。中国木炭资源量少,以木炭代替煤粉喷吹的潜力较小。
 
  2、高富氧喷煤对理论燃烧温度的影响
 
  高炉喷吹煤粉时,冷煤粉在风口燃烧,挥发组分分解吸热,降低风口前的理论燃烧温度。如果理论燃烧温度低,一方面降低煤粉燃烧率,另一方面影响炉缸热状态,导致炉缸热量不足。高炉富氧鼓风可以提高风口理论燃烧温度,有效缓解煤粉热分解吸热。计算得知,如果风温保持不变,每吨铁的煤粉喷吹量增加10kg,风口的理论燃烧温度约降低21~35℃;如果鼓风富氧率提高1%,风口的理论燃烧温度提高约40℃。
 
  可见,为了得到较高的风口理论燃烧温度和维持良好的炉缸热状态,高炉喷煤与鼓风富氧需要合理匹配,以利于提高煤粉燃烧率,维持高炉缸稳定顺行。在鼓风富氧率12%、焦比和煤比基本相同时,常规操作相比,风口的理论燃烧温度有一定程度的增加,能够维持良好的炉缸热状态。
 
  3、高富氧喷煤对炉内煤气量的影响
 
  高炉富氧后鼓风量降低,炉顶煤气量也会降低。模型计算得到的鼓风氧含量(体积分数)与炉顶煤气量之间的关系如图4所示。
图4 炉顶煤气量与鼓风氧含量的关系
 
  由图4可知,随着鼓风氧含量增加,炉顶煤气量降低非常明显。鼓风氧含量从21%提高到39%时,炉顶煤气量从1588m3/t降低到1323m3/t,减少了265m3/t。富氧率每提高2%,炉顶煤气量平均减少约30m3/t。高炉富氧鼓风后,热风量减少,热风带入炉内的物理热减少。尽管热风带入炉内的物理热减少及煤气量减少,但大量喷吹煤粉能够缓解炉料压损增加和透气性变坏的趋势。此外,煤气水当量减小后,炉顶煤气温度会降低,炉顶煤气带走的物理热减少。尽管富氧鼓风的煤气量减少,但煤气中还原性气体浓度高,氮气浓度低,煤气还原性增强,从而促进还原反应进行。
 
  4、高富氧喷煤的经济效益
 
  在风温及高炉操作良好匹配的前提下,高富氧喷煤不仅可以降低焦炭消耗,而且可以降低炼铁成本。尤其是随着制氧成本大幅度下降,富氧喷煤炼铁的成本优势更加明显。假设焦炭1 800元/t,煤粉900元/t,氧0.4元/m3,每吨铁的这3项成本与鼓风含氧量的关系如图5所示。
 
图5吨铁燃耗成本与鼓风氧含量的关系

       这3项燃耗成本=焦炭耗量×焦炭价格+煤粉耗量×煤粉价格+氧气耗量×氧气价格。
 
  在高炉正常操作的前提下,随着鼓风含氧量增加,相应的煤粉喷吹量也增大。尽管氧气需要量增大使燃耗成本增加,但提高煤粉喷吹量后,降低的焦炭成本完全可以弥补富氧增加的成本。由图5可知,鼓风富氧后,燃耗成本逐渐降低,富氧率从0%增加到18%,吨铁燃耗成本降低了18元,平均富氧率每增加1%,吨铁燃耗成本降低1元。
 
  实际生产中,受煤粉燃烧率和炉况稳定顺行的限制,富氧率不可能无限提高。在富氧率12%时,焦比和煤比基本相同,吨铁燃耗成本可降低12元。此外,高炉富氧喷煤可以增加产量10%以上,进一步降低炼铁成本。
 
  由于钢铁企业燃料价格差别较大,即使燃耗量相等,燃耗成本也不同。钢铁企业应根据自身燃料条件,确定合适的喷煤量和富氧率。此外,高富氧喷煤能大幅度减少稀缺的焦煤资源消耗,对钢铁企业可持续发展具有重要意义。
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