21世纪高炉喷煤技术展望_煤炭

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21世纪高炉喷煤技术展望

作者：佚名发布时间：1970-01-01

进入２１世纪，随着各行业的高度发展，对能源需求将更加提高。高炉冶炼技术也要适应这种要求，朝着进一步节约能源和减少环境污染的方向发展。以上述要求为中心，对高炉喷煤技术提出了更新更高的要求，建议重点发展以下几项技术：

　　１.超量喷吹煤粉

　　近年来，国外一些先进高炉喷煤量已达到２００ｋｇ／ｔ以上，如荷兰霍高文高炉１９９７年月平均喷煤量２１０ｋｇ／ｔ，日本钢管福山厂４号高炉（４２８８ｍ３）１９９４年１０月喷煤量达２１８ｋｇ／ｔ，日本神户制钢加古川１号高
炉１９９８年３月喷煤量已达到２５４ｋｇ／ｔ。我国高炉喷煤量近年来也有较大提高，１９９８年重点企业高炉平均喷煤量已达到１０９ｋｇ／ｔ，宝钢三座高炉喷煤量已先后达到２００ｋｇ／ｔ，其中一号高炉已达到２５０ｋｇ／ｔ。但绝大
多数高炉喷煤量只有１００ｋｇ／ｔ左右，距世界先进水平尚有较大差距。按２１世纪发展高炉喷煤技术的要求，大部分高炉喷煤量应达到２００ｋｇ／ｔ，一些条件较好的先进高炉应达到２５０ｋｇ／ｔ以上，使高炉喷煤量等于甚至超过焦炭使用量。达到上述要求，每年可少用焦炭６００～７００万ｔ（折合焦煤１２００～１４００万ｔ），相当于少建１５～２０座大型焦炉，将产生巨大的经济效益和环境效益。要达到这个水平，首先需要改进高炉原燃料质量，提高焦炭强度，降低焦炭灰分，提高入炉矿石品位，降低渣量，改善烧结，球团矿冶炼性能，其次提高喷煤装备和控制水平，改进喷吹工艺，等等。

　　２.喷吹回收的废旧塑料

　　随着人们生活水平提高，生活垃圾产生量日益增加。我国仅北京、上海两市每年产生生活垃圾约１０００万ｔ，其中废旧塑料约８０～１００万ｔ，如能从生活垃圾中分离出废塑料，经粉碎后喷入高炉，将为废塑料处理开辟一个新途径。

　　近年来，德国、日本开始向高炉喷吹废塑料。由于塑料基本上是Ｃ－Ｈ化合物，塑料中灰分含量＜１％、比煤粉灰分（１０％～１５％）低得多。喷吹１ｋｇ废塑料，至少相当于１．２ｋｇ煤粉，而且使高炉冶炼每吨铁的渣量降低，喷吹废塑料１００ｋｇ／ｔ，可降低渣量３０～４０ｋｇ／ｔ。废塑料的发热值与煤粉比较(见表)约高47%。

塑料与煤粉主要成分及发热值比较
%　　　　C　　　　H　　　　O　　　　A(灰分)　　　　QMJ/kg)
塑料　　84.3　　12.6　　　1.2　　　0.3　　　　　　　43.2
煤粉　　74.1　　4.7　　　 8.5　　　10.4　　　　　　 29.3

　　大部分废塑料的主要成分为乙烯（Ｃ２Ｈ４），从风口喷入后，在热风和２０００℃的高温下迅速分解，气化为ＣＯ和Ｈ２，参加高炉内的还原反应。由于高炉自身的热效率高达８０％，废塑料喷入高炉其热能利用率达８０％，而一般焚烧炉
的热效率只有３０％～４０％。另外，从环境保护方面看，高炉是一个密闭系统，废塑料在高炉内分解、气化和参加还原反应，从炉内排出，产生对环境有害的二恶烷（Ｄｉｏｘｉnｅ）只有＜０.００１Ｎｇ／ｍ３，远远低于焚烧炉废气中二恶
烷含量０.１Ｎｇ／ｍ３。因此，将废塑料粉碎后喷入高炉，仅从北京、上海两市城市垃圾中回收废塑料８０～１００万t，可代替煤粉９６～１２０万ｔ，与焚烧炉处理比较，热效率更高，对环境产生的二次污染最小，可以说是处理废塑料的最
佳途径。

　　１９９３年以来，德国不来梅钢铁厂先后在两座高炉上试验喷吹废塑料粉，１９９６年８月喷吹废塑料量已达到５０００ｔ／ｍ，德国环保部认为完全符合环保标准的要求。日本钢管公司１９９６年１０月在京浜厂４０９３ｍ３高炉建成喷吹
废塑料装置，喷吹废塑料成功。川崎、神户制钢也在建喷吹废塑料装置，并拟对部分含氯塑料先期处理，脱氯后再喷入高炉。日本钢铁联盟宣布，到２０１０年废塑料的喷吹量要达到１００万ｔ。

　　３.高炉喷吹粒煤

　　高炉喷吹粒度２ｍｍ左右的粒煤，与传统的喷吹粉煤（＜７４μｍ占８０％）相比有许多优点。首先煤粉磨煤机的投资大，每台高达２００～３００万元以上，粒煤粉碎机则不会超过１００万元，改为喷粒煤可节约大量投资；其次加工粒煤消
耗电能比粉煤约低３０％～４０％，另外，粒煤与粉煤相比，不如粉煤易燃、易爆，有利于安全喷吹。

　　近年来，法国的洛林厂也喷吹粒煤成功。１９９６年美国伯利恒公司Ｃ高炉从英国引进技术，１９９８年粒煤喷吹量已达到１３６ｋｇ／ｔ。因此，高炉喷吹粒煤应是高炉喷煤技术的发展方向之一。

　　４.高炉喷吹含铁粉料

　　为适应２１世纪冶炼纯净钢的需要，高炉应为炼钢提供低硅低硫铁水，要使铁水含硅量降到低于０．１５％，只靠高炉操作人员用常规的调节操作方法难以达到。为此，日本等国已先后在高炉风口喷吹含铁粉料（如铁矿粉、烧结粉尘等）冶炼
低硅铁成功。

　　高炉喷吹含铁粉料，抑制炉缸内硅的还原，以便在不降低铁水温度的条件下，冶炼出含硅０.１５％以下的低硅铁水，为炼钢冶炼高级钢创造条件，另外，降低铁水含硅量还有利于炼钢降低造渣量消耗，延长转炉炉龄等好处。

　　５.高炉喷煤系统采用高新技术

　　（１）风口喷煤量在线计量

　　在高炉喷煤系统中，煤粉输送是气流与煤粉两相流在管道中以较高速度流动，在线测量管道中煤粉的瞬时流量难度相当大，目前国内外已有的压差测量法，电容噪声法，相关电容法等，其测量误差都相当大，建议采用激光透射法，即在管道两
侧分别装设激光发射及接收装置，测量激光通过管道内煤粉后不同煤粉浓度时激光强度的变化，以确定煤粉流量。

　　（２）微机自动控制喷煤量

　　在高炉喷煤量达到２００ｋｇ／ｔ甚至２５０ｋｇ／ｔ以上时，煤粉在高炉燃料中所占的比例达４０％～５０％甚至更高。因此，实现微机自动控制喷煤量是大量喷吹煤粉所必需，也是进一步实现微机闭环控制高炉冶炼过程所必需。

　　微机控制作为一种通用技术，已是一种很成熟的控制方法，但是实现微机自动控制喷煤量，必须解决两个关键问题：一是连续和准确地计量煤粉喷吹总量，以便为微机控制提供准确的信号，尤其是对于串联罐系统的连续计量仍是一个有待解决的问题；二是连续和准确地调节煤粉喷吹量的调节装置，该装置并能及时接受微机的指令进行调节。

　　上面是指对喷吹总量的自动控制，如果在此基础上再对各风口的喷煤量进行控制，除了要具有前述风口喷煤量在线计量，还需要测定各风口的热风流量、高炉风温高达１２００℃以上在线计量有相当的难度。在实现各风口热风流量的在线计量和各风口喷煤量的在线计量，并将各自的测量信号输给微机、再由微机发出控制指令调节各风口的喷煤量。

　　（３）高炉风口图像显示系统

　　高炉风口是高炉唯一可以从外面窥视高炉内部的窗口，历来高炉操作人员将其视为观察高炉冶炼状况的重要手段。在高炉喷吹煤粉的情况下，观察风口还可以观察煤粉输送状况，及时发现某个风口因管道堵塞而中断喷煤，并及时处理。另外，
还可根据风口亮度等判断煤粉在风口内的燃烧状况。大型高炉风口数量多达３０～４０个，为了及时了解风口的有关状况，有必要研制高炉风口的图像显示系统。

印度京德勒钢厂的Ｃ－２０００熔融还原炼铁装置
　　１９９５年１１月，世界上第一套Ｃ－２０００熔融还原炼铁装置在韩国浦项钢铁厂投入生产。（本刊２０００年第一期已有介绍）１９９８年８月，印度京德勒（Ｊｉｎｄａｌ）钢厂第一套Ｃ－２０００投产，但是由于发生铁水凝固问题而
停了下来，直到１９９９年８月才再次投产，给京德勒钢厂造成了一定的经济损失，印度人自己称之为“艰难的启动。”

　　第二次投产后生产逐渐转入正常，从１９９９年８月到２０００年７月一年间共生产了６６１５７４ｔ铁水。

　　京德勒钢厂已经投产的Ｃ－２０００装置的输出煤气供给联合体京德勒热电公司使用，以解决印度在该地区电力供应不足的问题。该厂第二套Ｃ－２０００将在２００１年建成，也将照样向热电公司提供煤气。电站内设有两台１３０ＭＷ容量
的发电机组，锅炉可以燃烧煤气也可以燃烧煤。发电成本为5.8美分／ｋＷ·ｈ，在提供煤气的条件下，热电公司供给钢厂的用电将减价２.２美分／ｋＷ.ｈ。
　
　　京德勒钢厂Ｃ－２０００所用的原料为球团矿（比用合格块矿时的产量要高很多），在钢厂附近建了一个日产１００００ｔ的球团厂，所用矿粉由２０ｋｍ以外的铁矿公司供给。球团矿的生产成本约１３.４美元／ｔ，大大低于外购球团矿的
价格。

　　京德勒钢厂采用了熔融还原铁装置——转炉、连铸－热轧带钢工艺流程。可以做到铁水成本＜１００美元／ｔ，钢水成本＜１５０美元／ｔ，连铸坯成本＜１６０美元／ｔ，带钢成本＜１９０美元／ｔ。

　　京德勒钢厂两套Ｃ－２０００熔融还原炼铁装置的投资都在９０００万美元左右。如果拿高、烧、焦工艺与熔融还原铁工艺进行投资比较的话，后者不仅要考虑熔融还原铁装置本身的投资，还要计入氧气厂和热电厂的投资。

　　印度是一个焦煤资源十分缺乏的国家，而且焦煤质量较差，炼成焦炭的灰分都在１８％以上。如果新建高炉，焦炭要靠进口。印度的矿石资源则比较丰富，但是矿石中的Ａｌ２Ｏ３含量很高，如果全部使用印度国内矿石，熔融带渣中的Ａｌ２Ｏ３将达到２２％以上，炉渣粘度太大往往限制了高炉的能力（利用系数一般在１.５～１.８ｔ／ｍ３.ｄ），结合本国资源条件，印度钢铁厂选用熔融还原工艺是有它的道理的，尤其是京德勒钢厂，还可以将Ｃ－２０００量大热值高的输出煤气
提供给热电公司而不需钢厂自建电厂，从而省去了这部分投资。

　　采用熔融还原炼铁工艺可以不用焦炭，省去焦化厂的投资，同时可以彻底解决由焦化厂造成的严重的环境污染，无疑是一种很有发展前途的工艺流程，但在选用时要结合本国、本地区和本厂的情况，并且进行经济分析比较。

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