高爐綜合噴吹辟新徑
高爐噴煤技術(shù)自20世紀(jì)60年代開始大規(guī)模應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)，為現(xiàn)代高爐廣泛采用，是以煤代焦、降低成本的主要措施，也是調(diào)節(jié)爐況和改善冶煉過程的重要手段。
鞍鋼作為國內(nèi)最早研究和采用噴煤技術(shù)的企業(yè)，高爐噴吹工藝已較為成熟，在噴吹煤種選擇、煤粉性能、混合配煤、噴吹操作等傳統(tǒng)研究方面積累了豐富的經(jīng)驗，同時為實現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能減排、低碳煉鐵的發(fā)展目標(biāo)，對一些新的綜合噴吹技術(shù)思路也積極探索和實踐，如噴吹褐煤、噴吹高爐除塵灰、煤粉中添加助燃劑、噴吹焦?fàn)t煤氣等，并在這些領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究工作。
噴吹褐煤———降本增效的可行手段
通過合理混合配煤，可以擴(kuò)大噴煤資源，降低成本，并綜合各煤種的優(yōu)點，達(dá)到噴煤最佳性能配置。一些煤源廣泛、價格合理，而性能指標(biāo)較差的煤種在采用混合噴煤時也可適當(dāng)應(yīng)用，其中價格相對低廉的褐煤逐漸被研究者們關(guān)注。褐煤屬于煤化程度最低的煤種，含水量高，熱值低，易風(fēng)化和自燃，不利于長途運(yùn)輸和貯存，因此價位較低，多用作化工、動力、民用燃料。鞍鋼周邊東北和內(nèi)蒙古地區(qū)褐煤資源比較豐富，具備一定的地理優(yōu)勢，而且褐煤普遍硫含量偏低，如果不影響噴煤工藝性能，適當(dāng)添加褐煤可以有效降低噴煤成本，為此在實驗室對添加褐煤的影響進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。
試驗使用的褐煤取自離鞍鋼地理位置最近的某礦區(qū)，重點考察了添加褐煤對燃燒性能的影響，因為只有燃燒性能好的煤粉才能在風(fēng)口有限的空間、時間內(nèi)充分燃燒，避免或減少未燃煤粉進(jìn)入料柱，使料柱透氣性不易惡化，進(jìn)而最大限度地提高煤焦置換比、增強(qiáng)以煤代焦效果。燃燒性能使用煤粉靜態(tài)燃燒法檢測，稱取粒度為0.2mm以下的空氣干燥分析煤樣(100±2)mg，均勻平鋪在灰皿內(nèi)，在1200℃恒溫條件下置于燃燒爐內(nèi)燃燒，使用紅外氣體分析儀在線檢測抽取的燃燒尾氣CO2成分含量，根據(jù)CO2含量變化判斷煤粉的燃燒性能差異。
由燃燒性試驗可知，隨著褐煤配比增加，CO2含量曲線峰值逐漸前移，燃盡時間縮短，燃燒速度明顯加快。這是因為褐煤煤化度低、揮發(fā)分高、含氧高、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、燃燒溫度低，所以添加到無煙煤中必然能起到助燃的作用，與煙煤一樣能提高噴吹煤粉的燃燒率。同時，褐煤含硫較低，灰熔點較高，可磨性較好，可以滿足高爐噴吹用煤的工藝要求。添加褐煤的不利因素是褐煤水分較大、發(fā)熱量低，尤其是灰分高，使配入量有限。綜合利弊，若能找到灰分較低的穩(wěn)定褐煤資源，可以在配煤中較多使用，因其價格低廉，將起到顯著的降本增效作用。
高爐除塵灰綜合噴吹———簡單高效回收Fe
鞍鋼高爐除塵灰主要來源于爐前出鐵過程中產(chǎn)生的粉塵與爐頂主皮帶料頭處放料時產(chǎn)生的粉塵，爐前與爐頂?shù)姆蹓m量比例大致為7∶3。鞍鋼將兩種粉塵分別收集、集中排放，通過各自的布袋系統(tǒng)經(jīng)斗提后收集在同一集粉罐中外排。鞍鋼高爐除塵灰中含鐵近70%，回收價值極高，此前也采用傳統(tǒng)的返回?zé)Y(jié)配料方法，但當(dāng)成分波動較大時往往配料困難，而且由于除塵灰粒度極細(xì)（小于0.09mm的比例達(dá)70%），理化性質(zhì)也與精礦等存在較大差異，實際并不利于燒結(jié)礦/球團(tuán)礦強(qiáng)度和其他指標(biāo)的穩(wěn)定和提高。鑒于這些問題，同時結(jié)合除塵灰的細(xì)粉特性，如果能將其添加到高爐噴吹煤粉中，在保證噴煤效果的基礎(chǔ)上一起噴入高爐，無疑是最簡單、有效的回收方式。
基于這種思路，研究人員對添加除塵灰后的混合煤粉進(jìn)行了相關(guān)試驗，評價了混合煤粉灰熔點、發(fā)熱量和燃燒性能變化。因為除塵灰絕大部分物質(zhì)都作為灰分引入了煤粉，所以直接導(dǎo)致了混合煤灰分增加，固定碳含量降低。由試驗可知，當(dāng)除塵灰添加到10%時，試樣灰分含量增加了9%，揮發(fā)分減少了2%，固定碳減少了7%，發(fā)熱量降低了約5MJ/kg。有利的方面是，混合煤的灰熔點有所升高，并且燃燒性試驗表明添加除塵灰后煤粉燃燒性能得到改善。隨著除塵灰配比增加，CO2含量曲線到達(dá)峰值前越來越陡，燃盡時間明顯縮短，分析認(rèn)為主要原因是除塵灰中鐵氧化物的引入量逐漸增多，起到了催化煤粉燃燒的作用。這種效果要大于灰分增加等造成的不利影響。
綜上可知，將高爐除塵灰添加到噴吹煤粉中可以改善煤粉燃燒效果，最重要的是能非常簡單高效地回收Fe資源，考慮到噴煤灰分一般不超過15%，最好控制除塵灰混入量小于7%。在實驗室研究基礎(chǔ)上，2009年鞍鋼在2號高爐（3200m3）進(jìn)行了噴吹除塵灰工業(yè)試驗。試驗期間，高爐生產(chǎn)正常，燃料比基本不變，鐵水與爐渣成分穩(wěn)定，高爐產(chǎn)量有所增加，利用系數(shù)提高0.035t/m3·d。
噴吹煤粉中添加助燃劑———提高噴煤效率
鞍鋼高爐噴煤工藝已較為成熟，在影響噴煤比的一些常規(guī)因素如入爐風(fēng)溫、原料條件、設(shè)備狀況、操作水平等基本保持穩(wěn)定的前提下，強(qiáng)化煤粉在風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒，加快燃燒速率，成為進(jìn)一步提高煤比、改善高爐冶煉條件的新手段。結(jié)合國內(nèi)外在煤粉助燃劑領(lǐng)域的相關(guān)研究，鞍鋼于2010年在5號高爐（2580m3）進(jìn)行了噴煤中加入助燃劑的工業(yè)試驗，試驗使用含錳系氧化物助燃劑（錳氧化物含量15%~20%，其余主要為鈣、鎂氧化物），添加比例為0.6%，并對高爐主要操作參數(shù)和生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計分析。
工業(yè)試驗分為兩個階段：第一階段為基準(zhǔn)期，第二階段為添加助燃劑的試驗期，各為期一個月，基準(zhǔn)期和試驗期內(nèi)配煤種類和配比保持穩(wěn)定。整個試驗期間高爐生產(chǎn)較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)大的爐況波動，試驗期的生產(chǎn)情況明顯好于基準(zhǔn)期。試驗期煤比波動相對平穩(wěn)，較基準(zhǔn)期有提高趨勢，而焦比呈明顯降低趨勢。據(jù)統(tǒng)計，試驗期噴煤比增加了8.10kg/t，焦比降低了10.30kg/t（校正后為9.67kg/t）。另外，試驗期間高爐日產(chǎn)量增加，平均利用系數(shù)增加，綜合焦比降低。總體而言，高爐噴吹煤粉中添加助燃劑取得了較好的效果，通過對煤粉燃燒率進(jìn)行測算，試驗期間平均煤粉燃燒率比基準(zhǔn)期提高了5%以上，表明助燃劑對改善煤粉燃燒性能起到了重要作用。
高爐噴吹焦?fàn)t煤氣———改進(jìn)高爐能源結(jié)構(gòu)
焦?fàn)t煤氣中含有大量的H2（＞50%）及部分CH4等碳?xì)浠衔铩８郀t噴吹焦?fàn)t煤氣可以改進(jìn)高爐的能源結(jié)構(gòu)，為鐵礦石的還原過程提供更好的還原劑，有效提高H和C的利用率，降低煤和焦炭的消耗，減少CO2排放。鞍鋼鲅魚圈分公司焦?fàn)t煤氣過剩，之前用于燒石灰窯、供CCPP（燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組）發(fā)電，剩余部分低價賣給電廠，造成高附加值能源的浪費(fèi)，經(jīng)過多次技術(shù)論證，確定在兩座高爐(4038m3)上實施噴吹焦?fàn)t煤氣工藝。噴吹工程在2011年底完工，先期進(jìn)行壓縮空氣噴吹試驗調(diào)試系統(tǒng)，從2012年7月首先在1號高爐開始噴吹焦?fàn)t煤氣試運(yùn)行。試驗初期使用8根噴槍，噴吹量為3000m3/h～3500m3/h，壓力0.55MPa～0.60MPa，之后根據(jù)運(yùn)行效果逐漸擴(kuò)展煤槍數(shù)量，加大噴吹量。
2012年6月份該系統(tǒng)沒有噴吹焦?fàn)t煤氣，作為基準(zhǔn)期；9月份噴吹焦?fàn)t煤氣（18根噴槍，噴吹量6000m3/h～6500m3/h，壓力為0.55MPa～0.56MPa），作為試驗期。結(jié)果顯示，噴吹焦?fàn)t煤氣以后，高爐的入爐燃料比明顯降低，爐頂煤氣中的H2含量略有升高趨勢，但變化量不大。經(jīng)統(tǒng)計，2012年9月份較當(dāng)年6月份高爐燃料比降低了18kg/t，綜合焦比降低了15.79kg/t。須要特別說明的是，與當(dāng)年6月份相比，2012年9月份高爐原燃料條件有所惡化，焦炭強(qiáng)度下降，入爐品位降低，渣量增大，高爐順行難度加大，但由于噴吹焦?fàn)t煤氣，不僅保證了高爐順行，而且還大幅度降低了入爐燃料比。這些都表明焦?fàn)t煤氣在高爐內(nèi)得到了較好的利用，并對改善爐缸工作狀況、保持高爐順行產(chǎn)生了良好的效果。