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2023/04/27
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1.技术现状及发展趋势
国际领先的高炉喷煤比是266kg/t，对于高炉喷煤比，国际先进水平保持在180～200 kg/t，宝钢也曾达到过260kg/t的水平。富氧鼓风方面, 相比之下,我国的现状和国外的先进水平也存在较大差距。荷兰康力斯高炉的鼓风全氧为30.3%, 相当于富氧近10 %。英国斯肯索普实现213kg/t煤比的富氧率为8.1%，达涅利COPUS的高炉长期保持7%-9%的富氧率，不但创造了高产指标，同时还实现了230kg/t的喷煤比。高炉通过富氧鼓风手段实现高产和增加喷煤量喷吹烟煤，喷煤比过高或过低都对高炉生产和生铁成本带来不利影响，经济喷煤比可使喷入高炉内的煤粉充分燃烧、高炉顺行、降低生铁成本，而富氧对提高煤粉在高炉风口前的燃烧率、提高置换比起到了关键的作用。寻求大富氧和经济煤比的搭配即可改善高炉冶炼的效果，又能够实现低碳、低能耗、低成本的目标。
2.提高煤比的影响
2.1提高煤比的限制性环节
2.1.1煤粉的燃烧性能
煤粉的燃烧性能是目前限制喷吹量的主要因素，燃烧率过低产生大量未燃煤粉，如果不能在炉内消化，将会使炉况不顺，煤粉利用率降低，影响置换比。研究和实践表明，煤粉在风口前的燃烧率维持在80%左右。
2.1.2炉缸热状态
高炉正常生产需要炉缸有充足的热量，以保证铁矿石还原、渣铁流动性、炉渣脱硫率和透气性。炉缸热量用理论燃烧温度来表示，合理值为2200±50℃。目前生产上通过提高热风温度、进行富氧鼓风和脱湿鼓风，可以达到大喷煤量所要求的理论燃烧温度。
2.1.3煤气运动阻力
喷煤以后煤气运动遇到的阻力必然增加，炉内矿焦比增加，高炉料柱中透气性最好的焦炭数量减少，软熔带内煤气流通的焦窗容积和滴落带焦炭柱中空隙度的减少，液态生成物（炉渣和铁滴）流过的阻力增加，给高炉顺行带来负面影响。
2.1.4置换比
提高喷煤量时应考虑自身的冶炼条件，要做到提高喷煤量不降低置换比，使燃料比随喷煤量的增加有所降低。随着喷煤量的增加，置换比下降是客观规律，但可以通过各种技术手段来减缓下降速度。例如保持高炉内良好的炉缸热状态，上下部调剂保持煤气流合理分布，炉况顺行，提高煤粉在风口前的燃烧率，提高炉内未燃煤粉消化能力。
2.2对高炉炉况的影响
2.2.1对顺行的影响
当高炉喷煤量增加到一定程度，煤粉不能在风口回旋区狭小的空间充分燃烧，除部分参与高炉内部还原反应和渗碳反应被消耗外，炉内剩余未燃煤粉增多，当未燃煤粉数量超过高炉能够接受的极限水平时，大量进入炉渣，以悬浮状存在于炉渣中，导致炉渣粘度升高，严重时造成滴落带渣流不顺和炉缸堆积；
2.2.2对消耗的影响
大量附着在炉料表面和空隙中，增加高炉料柱阻力，降低炉内透气性和透液性，导致高炉压差上升，破坏高炉顺行。另一方面，当喷煤比提高到一定程度时，煤焦置换比降低，喷煤比大幅提高，但焦比下降不多，导致燃料比明显上升，吨铁燃料成本升高。
3.大富氧经济煤比技术路线
3.1大富氧的作用
3.1.1对理论燃烧温度的影响
富氧是弥补喷煤后风口理论燃烧温度的降低的有效措施，每富氧1 %，可补偿理论燃烧温度 40 ~50 ℃ 。从风口理论燃烧温度维持不变的角度计算，根据新日铁、宝钢经验，富氧率提高1%，高炉可提高煤比22kg/t。
3.1.2对煤粉燃烧率的影响
研究表明，富氧使鼓风中的氧浓度增加，加快了氧向煤粉表面的传递速度，从而促进了煤粉燃烧，提高了煤粉燃烧率。
3.1.3对改善透气性的作用
富氧1%可使吨铁的煤气量减少4%，因此，随着富氧率的提高，炉腹煤气量减少，从而降低了高炉压差，改善了料柱透气性，促进了炉况顺行，有利于高炉接受高煤比。
3.2最大煤比及经济煤比的概念
3.2.1最大煤比确定
一种是按照理论燃烧温度计算；另一种是按照氧过剩系数( EXO) 计算。而能同时满足高炉中下部热平衡和煤粉充分燃烧需要的只是二者之中的最小值，所以二者中最小值为最大允许煤比。（1）按照理论燃烧温度计算最大煤比T理= 1 570 + 0.81T风+ 4.37W氧－ 5.85W湿－2.5 ×1000G 煤/Q风，经过计算最大煤比为199.6kg/t。（2）按氧过剩系数EXO计算最大煤比：EXO = Q风× O2 × n2 /( G 煤× O煤× n1) 富氧喷煤时，为了保证煤粉的充分燃烧，氧过剩系数应不低于1.15，以西钢炼铁厂平均耗风量、富氧、煤粉化验数据为准，代入计算1110*24.3%/(1.389G)=1.15经过计算最大煤比为168.8kg/t。
3.2.2经济喷煤比确定
是在一定的生产条件下( 产量、原燃料质量、炉料结构、煤和焦炭的市场价格等) ，喷煤比最高且稳定、焦比和燃料比最低的操作煤比。可见，经济喷煤比的大小取决于喷煤量水平、煤焦置换比和能量消耗利用程度，最终由总燃料消耗、工序成本来确定。建龙西钢经济煤比确定，通过计算，选择依据氧过剩系数计算数值168.8kg/t为高炉最大喷煤比，由此确定合理煤比为158kg/t--168kg/t，本项目确定经济煤比为160kg/t。
3.3.技术措施
3.3.1提高风温
推进热风炉热风炉换球、漏点处理，预热器改造、自动烧炉等项目提高热风温度。
3.3.2提高烧结矿温度
根据建龙西钢冬季环境温度低，最低零下40℃，对高炉生产顶温影响巨大，通过提高烧结机料温，供料系统优化改造，实现烧结矿直供高炉，实现高炉入炉烧结矿温度25℃，有利于提高炉顶温度，为增加富氧量创造条件。
3.3.3建立高炉合理操作炉型
高炉在足够的鼓风动能情况下，保证吹透中心，活跃炉缸。高炉做好排碱操作，同时对炉芯及侧壁温度、炉体冷却壁温度、热负荷等进行监控，调整装料制度，保证中心气流畅通，维护高炉合理操作炉型。
3.3.4调整装料制度和风口
高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在0.5~0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。优化布料技术（料批、料线、布料矩阵等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有增加炉料透气性的作用。
3.3.5智能喷吹项目推行
实现现倒罐不停煤，“一键式”智能化全自动控制方式连续、稳定、均匀的向高炉每个风口喷吹煤粉，操作人员根据高炉要求输入喷煤量，系统自动调节控制，减少人为操作的失误，实现喷煤系统工艺整体优化，智能喷吹项目投入使用后改善了以下的问题：（1）高炉实现了连续均匀喷吹，稳定了高炉风口前的理论燃烧温度，提高煤粉的置换比；（2）实现了换罐不断煤、瞬时喷吹速率稳定、小时喷吹量准确，瞬时喷吹速率稳定波动在±2t/h，小时喷出量差±100kg/t；（3）减少人为操作的失误，实现喷煤系统工艺整体优化，同时降低了操作人员的劳动强度。
3.3.6炉前出铁管理
高炉提产和煤比增加后，增加了炉前出铁次数，同时对铁口角度、深度、铁间隔、出铁率等进行了要求，在6月份开始对铁次进行了攻关，通过炉前的细化管理，炉前出铁工作的提升促进了炉况的顺行。
4.高炉生产指标对比
由于建龙西钢2020年与2021年生产物料条件不同，剔除高炉入炉品位及焦炭灰分变化对燃料比影响因素指标如下：
5.结论
（1）高富氧率解决高炉产量提高导致煤比降低的难题，降低吨铁工序能耗；（2）富氧对提高煤粉在高炉风口前的燃烧率、提高置换比起到了关键的作用，按照理论燃烧温度及氧过剩系数( EXO) 计算，确定最大煤比和经济煤比 ；（3）经济煤比的确定解决了高煤比的限制性环节，提高煤粉在风口前的燃烧率，提高炉内未燃煤粉消化能力；（4）大富氧和经济煤比的搭配，改善高炉冶炼的效果，优化炼铁系统用能结构，实现低碳、低能耗、低成本的目标。
北大先锋是T/CSM44-2022《高炉炼铁变压吸附供氧技术规范》团体标准的重要参编单位，该标准已于2022年开始实施。在国内外高炉富氧生产中，变压吸附制氧装置可以成为高炉氧源的有利补充。其具有工期短、负荷调节灵活、开停车方便等优势，已在近百家钢铁企业普遍应用，尤其是变压吸附制氧还具有单位氧气成本低、电耗低的优势，助力企业降本增效、提高市场综合竞争力。
文章信息
来源 中国炼铁网
肖祖斌 滕宇 于海龙
（建龙西林钢铁公司）
摘 要：建龙西钢2020年高炉富氧率较低为3.38%，煤比146.79kg/t，建龙西钢2021年新制氧机投入运行，为高炉提高富氧率创造了条件，探索大富氧经济煤比对优化高炉技经指标、节能降耗尤为重要。
关键词： 富氧率；经济煤比；技经指标；节能降耗
