高爐噴煤技術(shù)于20世紀(jì)60年代成功運(yùn)用于工業(yè)實(shí)踐之后，在最近的幾十年中得到了快速發(fā)展，是目前高爐煉鐵生產(chǎn)中廣泛采用的技術(shù)手段。高爐噴煤工藝的出現(xiàn)，對(duì)鋼鐵冶煉的發(fā)展歷程來(lái)說(shuō)是一次技術(shù)層面的創(chuàng)新。高爐噴煤有降低焦比、降低冶煉能耗、調(diào)節(jié)高爐爐況、減少污染從而改善環(huán)境、促進(jìn)資源的綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。高爐噴煤可以充分利用目前儲(chǔ)存量非常大的非結(jié)焦性煤來(lái)取代部分價(jià)格相對(duì)較高的焦炭，這不僅降低煉焦煤資源的需求量，促進(jìn)資源的合理利用，而且降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。這些優(yōu)點(diǎn)已被全世界鋼鐵產(chǎn)業(yè)所公認(rèn)，成為現(xiàn)代高爐冶煉的重大技術(shù)進(jìn)步。目前，世界上90%以上的生鐵是在噴煤高爐上生產(chǎn)出來(lái)的。
高爐噴煤的發(fā)展
高爐噴煤技術(shù)始于1840年S.M.Banks關(guān)于噴吹焦炭和無(wú)煙煤的設(shè)想，世界最早的工業(yè)應(yīng)用即是根據(jù)這一設(shè)想于1840年～1845年間在法國(guó)博洛涅附近的馬恩省煉鐵廠實(shí)現(xiàn)的。但此后的100多年，高爐噴煤技術(shù)發(fā)展卻相對(duì)緩慢，基本無(wú)進(jìn)展。直至20世紀(jì)60年代初，歐洲及中國(guó)、美國(guó)的一些工廠才陸續(xù)開(kāi)始在高爐上試驗(yàn)噴煤。70年代末，第二次石油危機(jī)的出現(xiàn)，加快了高爐噴煤技術(shù)的研究和發(fā)展，特別是歐洲和日本更是在實(shí)際應(yīng)用上取得了重大突破。到90年代初，歐洲和日本已有小部分高爐月均噴煤比超過(guò)了200kg/t的大關(guān)。
從20世紀(jì)60年代開(kāi)始應(yīng)用高爐噴煤，發(fā)展到70年代，我國(guó)高爐噴煤技術(shù)以其資源廣、噴吹量大、效益高而受到國(guó)際鋼鐵界的關(guān)注，高爐噴煤普及率和噴煤量在國(guó)際上一度處于領(lǐng)先水平。在80年代后期，我國(guó)高爐平均噴煤比在50kg/t～60kg/t，這是因?yàn)槭芘涿涸O(shè)備、自動(dòng)化計(jì)量手段以及煤炭質(zhì)量較差等問(wèn)題的影響。90年代以來(lái)，高爐噴煤技術(shù)被納入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，大型高爐全部設(shè)置噴煤裝置，噴煤高爐不斷增加，噴煤工藝改造步伐加快，大噴吹成為我國(guó)高爐煉鐵技術(shù)的主流。從1995年起，我國(guó)高爐噴煤比逐步提高，1995年重點(diǎn)企業(yè)平均噴煤比僅為58.5kg/t，到上世紀(jì)末已經(jīng)達(dá)到118kg/t，2002年為125kg/t，2010年增加到了149kg/t。
目前，我國(guó)高爐噴煤總量約為5000萬(wàn)噸~7000萬(wàn)噸。
我國(guó)高爐噴煤技術(shù)研究現(xiàn)狀
在上世紀(jì)末，我國(guó)鋼鐵企業(yè)一味加大噴煤比，從而使得環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，而當(dāng)前，煉鐵企業(yè)已不再單純追求高噴煤比的指標(biāo)，講究經(jīng)濟(jì)噴煤比、經(jīng)濟(jì)燃料比、最佳的經(jīng)濟(jì)效益，合理選擇煤種，并對(duì)噴煤工藝做出了一些改進(jìn)。
煤的質(zhì)量要求及煤種的選擇。
質(zhì)量要求。高爐噴吹用的煤粉，對(duì)其質(zhì)量有如下要求：一是灰分含量低，固定碳含量高。二是含硫量低。三是可磨性好。四是粒度細(xì)：根據(jù)不同條件，煤粉應(yīng)磨細(xì)至一定程度，以保證煤粉在風(fēng)口前完全氣化和燃燒。五是爆炸性弱，以確保在制備及輸送過(guò)程中人身及設(shè)備安全。六是燃燒性和反應(yīng)性好。煤粉的燃燒性表征煤粉與O2反應(yīng)的快慢程度。在反應(yīng)性上，人們希望煤粉的反應(yīng)性好，以使未能與O2反應(yīng)的煤粉能很快與高爐煤氣中的CO2反應(yīng)而氣化。高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，約有15%的煤粉是與煤氣中的CO2反應(yīng)而氣化的。這種氣化反應(yīng)對(duì)高爐順行和提高噴煤置換比都是有利的。
煤種的選擇。目前，我國(guó)高爐對(duì)噴吹煤種的選擇大致可以分為兩種情況：一種是東部沿海地區(qū)的一些鋼廠，由于當(dāng)?shù)氐拿禾抠Y源短缺，不論是煙煤還是無(wú)煙煤，都主要依賴于中西部地區(qū)的調(diào)入，煙煤和無(wú)煙煤比價(jià)關(guān)系不太明顯，因此大都實(shí)行混煤，且煙煤比例低于無(wú)煙煤，例如寶鋼混煤比例為煙煤∶無(wú)煙煤=6∶4。另一種是東北、華北地區(qū)的鋼廠，所在地?zé)熋嘿Y源比較豐富，所以有摻加煙煤噴吹增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這主要源于我國(guó)煤炭資源分布不均勻。從理論上講，任何煤種都可用于高爐噴吹，但由于焦煤、肥煤是寶貴的煉焦煤，因此，高爐噴吹以無(wú)煙煤、貧煤、瘦煤和氣煤為主。但無(wú)煙煤燃燒性差，尤其在煤比較高時(shí)，過(guò)多的未燃煤粉會(huì)影響高爐順行，還會(huì)降低置換比。
鑒于上述情況，我國(guó)高爐在經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐之后，更傾向于混合噴吹，認(rèn)為混煤的理論置換比等于單一煤種理論置換比的加權(quán)平均數(shù)，但燃燒率都比加權(quán)平均值高，與單獨(dú)噴吹無(wú)煙煤相比，混煤在犧牲少量置換比的條件下獲得了較高的煤比，降低了生產(chǎn)成本，因此混煤的效益要高于單一煤種，能達(dá)到較好的噴吹效果。
鋼鐵企業(yè)對(duì)噴煤工藝的改進(jìn)。
我國(guó)鋼鐵企業(yè)對(duì)高爐噴煤正在探索新的突破。2009年沙鋼5800m3高爐建成，在風(fēng)溫1200℃~1250℃、富氧率7%~10%的條件下，取得煤比160kg/tHM、焦比300kg/tHM以下、燃料比500kg/tHM以下的成績(jī)。首鋼京唐公司5500m3高爐在2013年采用氧煤槍噴吹氧氣，通過(guò)實(shí)踐摸索氧煤槍配氧濃度逐步提高，已經(jīng)穩(wěn)定在60%，成功實(shí)現(xiàn)了向高爐兌入5%氧氣，強(qiáng)化了富氧噴煤工藝。
有研究者對(duì)安陽(yáng)鋼鐵2000m3級(jí)高爐噴煤系統(tǒng)做了進(jìn)一步改進(jìn)：一是根據(jù)“死煤層”形狀，將平板流化器改為錐形流化器，仍保留下出料方式，保證了流化效果，解決了噴煤出煤量波動(dòng)的問(wèn)題，取得了顯著成效，噴吹能力提高了一倍以上。二是在倒罐時(shí)為了徹底吹掃完輸煤管道內(nèi)的煤粉，防止出口管道堵塞，在噴吹出口管道上增加了吹掃管線和相關(guān)控制閥門(mén)，完善了倒罐工藝，并且優(yōu)化了倒罐程序和相關(guān)參數(shù)，縮短了送煤罐停煤到備用罐出煤的時(shí)間。三是為了減少補(bǔ)氣量的波動(dòng)，在穩(wěn)壓球罐上單獨(dú)引出了一條補(bǔ)齊管線，穩(wěn)定了補(bǔ)氣量，從而保證了噴煤量的穩(wěn)定，另外，通過(guò)改變管徑也提高了固氣比。四是為了達(dá)到降低阻損的目的，采用了擴(kuò)大噴槍內(nèi)徑的措施，進(jìn)一步提高了噴煤能力。實(shí)踐證明，系統(tǒng)噴煤能力和煤粉噴吹的穩(wěn)定性都有了顯著提高，同時(shí)也促進(jìn)了高爐噴煤量的提高。
有研究者對(duì)安徽長(zhǎng)江鋼鐵3號(hào)1080m3高爐噴煤系統(tǒng)應(yīng)用了一些先進(jìn)的技術(shù)：一是實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐熱風(fēng)爐廢煙氣的利用，這一方面有利于磨機(jī)內(nèi)惰性氣氛的控制，另一方面利用余熱可減少高爐煤氣的使用量。二是由于制粉系統(tǒng)在倉(cāng)頂設(shè)置除塵器嚴(yán)密性不足、檢修率高，給生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患，設(shè)計(jì)中采用泄壓風(fēng)機(jī)代替?zhèn)}頂除塵器，從而保證了煤粉倉(cāng)內(nèi)極低的氧含量，有利于安全生產(chǎn)，設(shè)備布置和檢修維護(hù)也方便了許多。三是采用3罐并列噴吹、全自動(dòng)倒罐和噴吹技術(shù)，為3號(hào)高爐快速達(dá)到高產(chǎn)和節(jié)能降耗提供了有利的技術(shù)保證。
展望
對(duì)于高爐煉鐵來(lái)說(shuō)，鐵前工序承擔(dān)著較大的降本和減排壓力，無(wú)論從降低生產(chǎn)成本還是從節(jié)約能耗和減少污染物排放的角度來(lái)看，提高高爐噴煤比及降低焦比和燃料比都是高爐煉鐵發(fā)展的必然趨勢(shì)。
針對(duì)目前條件的考慮，噴煤工藝已趨于成熟，短期內(nèi)恐不會(huì)出現(xiàn)新的噴吹工藝，故近幾年高爐噴煤將繼續(xù)采用現(xiàn)有的噴吹工藝流程，但是在控制系統(tǒng)和計(jì)量檢測(cè)方面將有所改進(jìn)。因此，我們應(yīng)積極學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，大膽創(chuàng)新。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量的不斷增加，以及近年來(lái)大數(shù)據(jù)技術(shù)方面取得的突破性進(jìn)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成為可能，這需要我們研究煉鐵工藝的專家學(xué)者不斷進(jìn)行探索和進(jìn)取，從而使噴煤工藝達(dá)到更加理想的效果。
