D0I:10.13374/j.issnl(00103x.2011.01.011 第33卷第1期 北京科技大学学报 Vo]33 No 1 2011年1月 JoumalofUniversity of Science and Technopgy Beijng Jan 2011 太钢4350高炉喷吹清徐煤特性 祁成林1区 张建良D贺鑫杰) 闫魁红2)刘文文” 张华) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂，太原030D3 3)太原钢铁集团有限公司.太原030003 ☒通信作者.Email qicher呕hus@yom 摘要对太钢现在使用的廉价清徐煤基础性能进行系统研究。探讨高炉喷吹清徐煤替代高平无烟煤及璐安贫瘦煤的可行 性.通过对清徐煤的12种性能的检测。得出清徐煤具有以下特点：燃烧性及反应性强。发热值及灰熔融特性温度、流动性好， 无爆炸性：但含硫较高，洗煤含锌低未洗煤含锌高.通过混煤完全可以达到高炉喷吹的标准.应用FSg软件解析配入过 高的清徐煤容易风口结渣的原因。并提出相应的建议.实验室研究及现场的结果认为，清徐煤可通过混煤的方式喷入高炉中， 但不易配比过高，替代无烟煤贫瘦煤比例不易超过2%. 关键词高炉，粉煤燃烧：反应性：结渣 分类号TF053 Characteristics of Qingxu coal applied in the4350 m blast furnace of Ta gang QI Cheng lin ZHANG Jan lang)HE Xin jie)YAN Kuihag LUWewa?) ZHANG Hua 1)School ofMe mlurgical and EcokgicalEng ineering Universit of Sc ence and Techokgy Beijng Beijing 100083 China 2)Iomaking Pknt ShanxiTagang Stinkess SteelCo Ld.Taiyua03000B China 3)Ta iuan Ion and SteelGroup Co Ld.Taiyuan030003 China ☒Comespond ing autor Email qicherglin ust@yh四m ABSTRACT The characterstics of cheaperQ ngxu coalwere nvestigated n Taigang ofChina It was discussed thatGaoping antra cite and Lu an lean coal are rep laced by cheaperQngxu coal Twele perfomance tests ofQingxu coal were camied out The results shov thatQ ingxu coal has such virtes as a better combustion property and reactivity a h gher heat vale and ash usibility good fu d y and non explosiveness at the same time Conversely he S content is h gher in Qingxu coal and the Zn conent is lower in thewashed Qngxu coal buth gher in he unashed Qngxu coal The b ast fumace nection stndard can be ach eved by mixing he coal The anaysis ofFacSage sofware illstrates the reason that the uuyeres are imm ed by slagging whenQ ingxu coal is used excess ivel Labo ratory studies and field resu lts show hatQ ingxu coal can be njected into the blast umace by coal blending but he substiuton rate of Qingxu conl shoul be to ess than 20. KEY WORDS b last fumaces pu Nerized coal con bustion reactivity slggng 在高炉治炼中，高炉喷吹煤粉代替昂贵且资源 环节.当今炼铁工作者不应该仅仅关心以煤代焦的 紧缺的焦炭，可以改善高炉的行程，取得良好的经济 问题随着无烟煤、烟煤、贫瘦煤和贫煤的混合喷吹 效益和社会效益，符合低碳经济.过去的高炉富氧 技术的发展，更多的过去不能喷吹的煤粉，经过混煤 大喷煤的根本目的是可以使焦比降低，产量增加，缓 之后得以喷吹.廉价的单种原煤的性能在某方面是 解我国焦煤不足.我国的煤炭资源条件是焦煤严重 超出了高炉承受能力的，但是经过混煤可以喷入高 不足，无烟煤和非炼焦煤占23焦煤资源中，气煤 炉中，并且在一定程度上，高炉治炼操作及指标并没 占一半以上，肥煤占13.87%焦煤占17.7%，瘦煤 有受到太大的影响3.本研究对太钢4350m高 占12.01%1-.同时地理上分布不均、焦炭数量不 炉喷吹相对廉价的清徐煤，清徐洗煤代替价格高的 足以及质量下降也是制约我国高炉治炼发展的重要 高平无烟煤，系统地研究清徐系列煤种的高炉喷吹 收稿日期：2010-04-26
第 33卷 第 1期 2011年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.33 No.1 Jan.2011 太钢 4350 m 3高炉喷吹清徐煤特性 祁成林 1) 张建良 1) 贺鑫杰 1) 闫魁红 2) 刘文文 2) 张 华 3) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2)山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂, 太原 030003 3)太原钢铁集团有限公司, 太原 030003 通信作者, E-mail:qichenglin ustb@yahoo.cn 摘 要 对太钢现在使用的廉价清徐煤基础性能进行系统研究, 探讨高炉喷吹清徐煤替代高平无烟煤及璐安贫瘦煤的可行 性.通过对清徐煤的 12种性能的检测, 得出清徐煤具有以下特点:燃烧性及反应性强, 发热值及灰熔融特性温度、流动性好, 无爆炸性;但含硫较高, 洗煤含锌低, 未洗煤含锌高.通过混煤完全可以达到高炉喷吹的标准 .应用 FactSage软件解析配入过 高的清徐煤容易风口结渣的原因, 并提出相应的建议.实验室研究及现场的结果认为, 清徐煤可通过混煤的方式喷入高炉中, 但不易配比过高, 替代无烟煤贫瘦煤比例不易超过 20%. 关键词 高炉;粉煤;燃烧;反应性 ;结渣 分类号 TF053 CharacteristicsofQingxucoalappliedinthe4 350 m 3 blastfurnaceofTaigang QICheng-lin1) , ZHANGJian-liang1) , HEXin-jie1) , YANKui-hong2) , LIUWen-wen2) , ZHANGHua3) 1)SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2)IronmakingPlant, ShanxiTaigangStainlessSteelCo.Ltd., Taiyuan030003, China 3)TaiyuanIronandSteelGroupCo.Ltd., Taiyuan030003, China Correspondingauthor, E-mail:qichenglin ustb@yahoo.cn ABSTRACT ThecharacteristicsofcheaperQingxucoalwereinvestigatedinTaigangofChina.ItwasdiscussedthatGaopinganthraciteandLu' anleancoalarereplacedbycheaperQingxucoal.TwelveperformancetestsofQingxucoalwerecarriedout.Theresults showthatQingxucoalhassuchvirtuesasabettercombustionpropertyandreactivity, ahigherheatvalueandashfusibility, goodfluidlyandnon-explosivenessatthesametime.ConverselytheScontentishigherinQingxucoal, andtheZncontentislowerinthewashed QingxucoalbuthigherintheunwashedQingxucoal.Theblastfurnaceinjectionstandardcanbeachievedbymixingthecoal.The analysisofFactSagesoftwareillustratesthereasonthatthetuyeresarejammedbyslaggingwhenQingxucoalisusedexcessively.LaboratorystudiesandfieldresultsshowthatQingxucoalcanbeinjectedintotheblastfurnacebycoalblending, butthesubstitutionrateof Qingxucoalshouldbetolessthan20%. KEYWORDS blastfurnaces;pulverizedcoal;combustion;reactivity;slagging 收稿日期:2010-04-26 在高炉冶炼中 ,高炉喷吹煤粉代替昂贵且资源 紧缺的焦炭,可以改善高炉的行程 ,取得良好的经济 效益和社会效益 ,符合低碳经济 .过去的高炉富氧 大喷煤的根本目的是可以使焦比降低, 产量增加 ,缓 解我国焦煤不足.我国的煤炭资源条件是焦煤严重 不足 ,无烟煤和非炼焦煤占 2/3;焦煤资源中 , 气煤 占一半以上, 肥煤占 13.87%, 焦煤占 17.7%, 瘦煤 占 12.01% [ 1--2] .同时地理上分布不均、焦炭数量不 足以及质量下降也是制约我国高炉冶炼发展的重要 环节.当今炼铁工作者不应该仅仅关心以煤代焦的 问题,随着无烟煤、烟煤、贫瘦煤和贫煤的混合喷吹 技术的发展 ,更多的过去不能喷吹的煤粉 ,经过混煤 之后得以喷吹.廉价的单种原煤的性能在某方面是 超出了高炉承受能力的,但是经过混煤,可以喷入高 炉中,并且在一定程度上, 高炉冶炼操作及指标并没 有受到太大的影响 [ 3--4] .本研究对太钢 4 350 m 3 高 炉喷吹相对廉价的清徐煤 , 清徐洗煤代替价格高的 高平无烟煤 ,系统地研究清徐系列煤种的高炉喷吹 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2011.01.011
第1期 祁成林等：太钢4350m高炉喷吹清徐煤特性 81 物理性能和工艺性能，并且根据太钢高炉的现有煤 很大，煤的分子结构极其复杂，目前还没有完全了 种做出混煤的合理搭配. 解.高炉喷吹煤粉分析，不涉及分子水平，而是采用 1清徐煤的组成及分析 工业分析及元素分析. 1.1煤粉的工业分析及元素分析 煤是由无机物和有机物两部分组成，成分变化 表1为三种清徐煤的工业分析及化学成分. 表1三种清徐煤的工业分析及化学成分质量分数) Tablel mdustrial ana pysis and chemical composition of three kinds ofQingxu coal % 工业分析 化学成分 煤种 挥发分 灰分 固定碳 C H N 清徐正源煤 14.70 883 7647 095 81.52 3.12 115 3.76 清徐华盛洗煤 14.29 1016 75.55 1.12 7874 3.3 108 482 清徐正源洗煤 13.02 1260 7438 1.01 77.54 3.1 108 3.96 注：工业分析及元素分析采用空气干燥基 从其挥发分来看，本次所使用的清徐煤及清徐 的排锌排碱能力，使高炉内的碱循环和锌循环尽量 洗煤，单种煤介于贫煤和瘦煤之间.清徐煤的硫含 减少.表3所示为清徐煤中锌及碱的含量 量偏高，因此喷吹清徐煤的时候要考虑增加炉渣的 表3清徐煤的锌、碱含量质量分数) 脱硫能力 Tab le3 Conents of zinc and other alkalimetals in Qingxu coal 12煤灰分的分析 ÷ 高炉大喷煤的过程中，煤粉的灰分对高炉渣的 煤种 Zn K Na 流动性及脱硫性的影响较大9.如果混煤的燃烧性 清徐正源煤 00330 0.021 0.27 好，未燃煤粉对高炉炉渣的影响小一些，起决定因素 清徐华盛洗煤 00070 0025 0.24 的就是煤粉的灰成分，煤灰的碱度较小，因此可在高 清徐正源洗煤 00095 0.038 0.21 炉炉渣表面形成一层酸性渣，这还有待进一步研究. 此外太钢在喷吹清徐煤的过程中，发现风口有结渣 从表3可以看出.清徐正源煤的锌含量与洗煤 现象，将在下文中使用FacSag软件联系太钢实际 的锌含量不在一个数量级上，因此洗煤可以使煤粉 生产情况来分析煤灰的碱度对风口结渣的影响.本 的锌减低. 次研究只分析了限于9%以上的四元碱度成分及 2清徐煤物理性能及工艺特性研究 全铁含量.表2是清徐洗煤及太钢常用的高平煤和 璐安煤的灰分分析， 现代高炉喷吹煤粉都采用合理科学配煤，喷吹 混煤的研究要对煤粉在高炉中的综合利用率进行综 表2太钢所用煤粉的灰分化学分析（质量分数） Tab le 2 Chem ical conposition of sone coal ashes applied in Tagang 合考虑，即煤粉在高炉风口回旋区的燃烧性及未燃 4 煤粉在高炉上部与C反应的反应性，同时要考虑 煤种 S0 C MO AlQ TFe 喷吹煤粉的系统安全问题，即爆炸性、着火点、设备 高平煤 469 3.35 098 345 246 的寿命问题及可磨性.配煤的过程中，几种煤粉的 清徐华盛洗煤 40.6 13.50 121 309 5.31 可磨性相差太大，设备寿命将受到影响，同时哈氏可 璐安煤 41.3 5.69 104 33.97.19 磨性指数低于50不利于高炉使用.下面介绍太钢 清徐正源洗煤 422801 073 29.8 6.54 喷吹清徐煤的物理性能及工艺性能. 2.1可磨性 13碱金属及锌分析 煤粉可磨性是由可磨性指数表征，煤的可磨性 近年来高炉长寿一直是各个厂矿研究的重点， 指数是估算煤粉制备的难易程度及煤粉耗电情况的 对高炉碱害和锌害认识程度也越来越深，治理碱害 基本参数.目前为止，可磨性指数有两种指数可以 和锌害的方法有两种：(1)从源头入手，尽量减少入 使用：(1)来自西欧和美国的哈氏可磨性指数；(2) 炉原燃料的碱金属和锌含量，对高炉尘进行除锌除 来自东欧的BΠ指数.由于第二种的操作复杂和数 碱处理后再用于烧结：(2)综合治理，增加高炉炉渣 据重现性差的关系，本次测量主要采用第一种哈氏
第 1期 祁成林等:太钢 4 350m3高炉喷吹清徐煤特性 物理性能和工艺性能 ,并且根据太钢高炉的现有煤 种做出混煤的合理搭配 . 1 清徐煤的组成及分析 煤是由无机物和有机物两部分组成 , 成分变化 很大,煤的分子结构极其复杂, 目前还没有完全了 解 .高炉喷吹煤粉分析,不涉及分子水平 ,而是采用 工业分析及元素分析 . 1.1 煤粉的工业分析及元素分析 表 1为三种清徐煤的工业分析及化学成分 . 表 1 三种清徐煤的工业分析及化学成分(质量分数) Table1 IndustrialanalysisandchemicalcompositionofthreekindsofQingxucoal % 煤种 工业分析 化学成分 挥发分 灰分 固定碳 S C H N O 清徐正源煤 14.70 8.83 76.47 0.95 81.52 3.12 1.15 3.76 清徐华盛洗煤 14.29 10.16 75.55 1.12 78.74 3.33 1.08 4.82 清徐正源洗煤 13.02 12.60 74.38 1.01 77.54 3.11 1.08 3.96 注:工业分析及元素分析采用空气干燥基. 从其挥发分来看 ,本次所使用的清徐煤及清徐 洗煤 ,单种煤介于贫煤和瘦煤之间 .清徐煤的硫含 量偏高,因此喷吹清徐煤的时候,要考虑增加炉渣的 脱硫能力 . 1.2 煤灰分的分析 高炉大喷煤的过程中, 煤粉的灰分对高炉渣的 流动性及脱硫性的影响较大 [ 5] .如果混煤的燃烧性 好, 未燃煤粉对高炉炉渣的影响小一些 ,起决定因素 的就是煤粉的灰成分,煤灰的碱度较小 ,因此可在高 炉炉渣表面形成一层酸性渣 ,这还有待进一步研究. 此外太钢在喷吹清徐煤的过程中 , 发现风口有结渣 现象 ,将在下文中使用 FactSage软件联系太钢实际 生产情况来分析煤灰的碱度对风口结渣的影响 .本 次研究只分析了限于 95%以上的四元碱度成分及 全铁含量 .表 2是清徐洗煤及太钢常用的高平煤和 璐安煤的灰分分析 . 表 2 太钢所用煤粉的灰分化学分析(质量分数) Table2 ChemicalcompositionofsomecoalashesappliedinTaigang % 煤种 SiO2 CaO MgO Al2 O3 TFe 高平煤 46.9 3.35 0.98 34.5 2.46 清徐华盛洗煤 40.6 13.50 1.21 30.9 5.31 璐安煤 41.3 5.69 1.04 33.9 7.19 清徐正源洗煤 42.2 8.01 0.73 29.8 6.54 1.3 碱金属及锌分析 近年来高炉长寿一直是各个厂矿研究的重点, 对高炉碱害和锌害认识程度也越来越深 ,治理碱害 和锌害的方法有两种:(1)从源头入手 ,尽量减少入 炉原燃料的碱金属和锌含量, 对高炉尘进行除锌除 碱处理后再用于烧结;(2)综合治理, 增加高炉炉渣 的排锌排碱能力 ,使高炉内的碱循环和锌循环尽量 减少.表 3所示为清徐煤中锌及碱的含量. 表 3 清徐煤的锌、碱含量(质量分数) Table3 ContentsofzincandotheralkalimetalsinQingxucoal % 煤种 Zn K Na 清徐正源煤 0.033 0 0.021 0.27 清徐华盛洗煤 0.007 0 0.025 0.24 清徐正源洗煤 0.009 5 0.038 0.21 从表 3可以看出, 清徐正源煤的锌含量与洗煤 的锌含量不在一个数量级上 ,因此洗煤可以使煤粉 的锌减低. 2 清徐煤物理性能及工艺特性研究 现代高炉喷吹煤粉都采用合理科学配煤 , 喷吹 混煤的研究要对煤粉在高炉中的综合利用率进行综 合考虑 ,即煤粉在高炉风口回旋区的燃烧性及未燃 煤粉在高炉上部与 CO2 反应的反应性 ,同时要考虑 喷吹煤粉的系统安全问题, 即爆炸性 、着火点 、设备 的寿命问题及可磨性.配煤的过程中 , 几种煤粉的 可磨性相差太大 ,设备寿命将受到影响,同时哈氏可 磨性指数低于 50,不利于高炉使用 .下面介绍太钢 喷吹清徐煤的物理性能及工艺性能. 2.1 可磨性 煤粉可磨性是由可磨性指数表征 ,煤的可磨性 指数是估算煤粉制备的难易程度及煤粉耗电情况的 基本参数.目前为止 , 可磨性指数有两种指数可以 使用:(1)来自西欧和美国的哈氏可磨性指数;(2) 来自东欧的 вги指数 .由于第二种的操作复杂和数 据重现性差的关系, 本次测量主要采用第一种哈氏 · 81·
。82 北京科技大学学报 第33卷 可磨性指数，指数越高表明这种煤粉越好磨.测量 结果如表4所示. 表4太钢4350m高炉喷吹煤可磨性指数比较 Tab4 Comparison of grndability index for some pulverized conls ngcted n the 4350ms BF of Ta garg 清徐正源煤 璐安煤 清徐华盛洗煤 高平煤 清徐正源洗煤 国圣府谷煤 8230 8130 8247 75.37 8182 5804 从表4结果可以看出，清徐煤及清徐洗煤都属 与丹东市百特仪器有限公司联合研制的BT-1000 于比较好磨的煤粉，与璐安煤相近 型粉体综合特性测试仪.均匀度由日本株式会社清 22流动性及喷流特性 新企业IMS30激光衍射、散射式粒度分布测定仪 本次实验原煤的喷流特性及流动性主要是根据 测量，分散剂为水，其值表示煤粉颗粒的均匀程度， Ca流动性指数6-，流动性主要是模拟煤粉在管 流动特性实验的煤粉粒度为小于0.074m占 道中的输送性能而喷流特性是指煤粉在喷入高炉 70%,其余混煤粒度大于0.074m小于0150m四 的一霎那的弥散特性.本次实验设备采用清华大学 采用空气干燥基.实验结果如表5所示 表5太钢4350m高炉喷吹煤Ca流动特性指数的比较 Tab les Conparison of Carr s fuidy index for sme pulverized ooals injected inp the4350 m3 BF of Ta gang 松散松装密度/振动松装密度/自然坡 板勺压缩均匀崩溃差角/：分散 流动性指 喷流性指 煤种 (8r3) (8r3)度角1（°）角1（°）率% 度角1)（°）度% 数（描述）数（描述） 清徐正源 81.0 915 39.0 6370 11.47 524 380 1.0 9.65 74.5(好)5400仲) 清徐华盛洗煤 845 935 405 5467 9.63550 345 6011.22 78.0(好)9.00中) 高平煤 77.5 900 340 58501389499 33.0 1.0 678 80.5(好)5025嗟) 璐安煤 785 900 37.0 6833 1278 5.35 39.0 7.517.84 73.5(好)61.00仲) 国盛府谷 57.5 75.5 420 745023845.19 29.013.0320055.5(普通)7850G强) 清徐正源洗煤 800 99.0 465 626719.20 570 39.07.517.8464.5(好)61.00仲) 比较太钢六种煤粉的流动特性，清徐正源煤、清 固定床反应器法和亚硝酸钠法)？、粉尘云法（脉冲 徐华盛洗煤及高平无烟煤流动特性都很好，清徐正 法10、激光诱导法1等.本次实验采用GB/ 源洗煤的流动特性也较好为64.5，比府谷烟煤要 ①8511一2001《煤的着火温度测定法》中亚硝酸钠 好很多.三种清徐煤的喷流特性都比高平无烟煤 法测定.将煤粉试样置于微型电炉的铂片上，通电 好，属于中等水平，比府谷烟煤弱.综合来说清徐 逐渐升温，用光电管和微机系统测定煤粉开始燃烧 煤的流动性较好，喷流性中等.在高炉喷吹煤粉管 的温度.实验结构如表6所示 道运输及风口弥散的过程中，清徐系列煤粉属于流 表6太钢4350m3煤的若火点与爆炸性 动性和喷流性综合考虑较好的喷吹煤 Tab e6 Eniting point and exppsivit for some pulverized coals njected 23爆炸性着火点 np the4350m3 BF ofTagang 高炉喷吹煤粉从设计到操作都必须重视安全， 煤种 挥发分% 者火点C火焰返回长度mm 防止煤粉爆炸.煤粉爆炸必须具备以下三个条件： 清徐正源煤 1470 365 0 煤粉处于分散悬浮状态，浓度在爆炸区间之内：有足 璐安煤 11.48 383 0 够的氧支持燃烧：有足够能量的点火源.爆炸特性 清徐华盛洗煤 1429 367 0 在我国主要采用长管式的测试装置来测定，用煤粉 高平煤 885 415 0 清徐正源洗煤 1302 368 爆炸火焰返回长度来确定煤粉有无爆炸性及其爆炸 0 国盛府谷煤 3428 332 654 性强弱，火焰返回长度大于400m属于强爆炸性 煤火焰返回长度小于400mm属于弱爆炸性煤.测 煤粉的挥发分对着火点0和爆炸性口的影 量着火点对高炉喷煤的作用，可供选择磨制煤粉设 响，在各自的文献中都有介绍.本次实验中国盛府 备型号、确定介质干燥温度及设计工艺参数等.着 谷煤有强爆炸性，而清徐煤均没有爆炸性，其着火点 火点的测量有很多种，包括粉尘层法（有热天平法、 也均在365℃左右
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 可磨性指数, 指数越高表明这种煤粉越好磨 .测量 结果如表 4所示 . 表 4 太钢 4 350m3 高炉喷吹煤可磨性指数比较 Table4 Comparisonofgrindabilityindexforsomepulverizedcoalsinjectedintothe4 350m3 BFofTaigang 清徐正源煤 璐安煤 清徐华盛洗煤 高平煤 清徐正源洗煤 国圣府谷煤 82.30 81.30 82.47 75.37 81.82 58.04 从表 4结果可以看出, 清徐煤及清徐洗煤都属 于比较好磨的煤粉 ,与璐安煤相近 . 2.2 流动性及喷流特性 本次实验原煤的喷流特性及流动性主要是根据 Carr流动性指数 [ 6--8] , 流动性主要是模拟煤粉在管 道中的输送性能, 而喷流特性是指煤粉在喷入高炉 的一霎那的弥散特性.本次实验设备采用清华大学 与丹东市百特仪器有限公司联合研制的 BT--1000 型粉体综合特性测试仪.均匀度由日本株式会社清 新企业 LMS--30激光衍射、散射式粒度分布测定仪 测量,分散剂为水, 其值表示煤粉颗粒的均匀程度 . 流动特性实验 的煤粉粒度为 小于 0.074 mm占 70%,其余混煤粒度大于 0.074 mm小于 0.150 mm, 采用空气干燥基 .实验结果如表 5所示 . 表 5 太钢 4 350m3 高炉喷吹煤 Carr流动特性指数的比较 Table5 ComparisonofCarr' sfluidlyindexforsomepulverizedcoalsinjectedintothe4 350m3 BFofTaigang 煤种 松散松装密度 / (g·cm-3) 振动松装密度 / (g·cm-3) 自然坡 度角 /(°) 板勺 角 /(°) 压缩 率 /% 均匀 度 崩溃 角 /(°) 差角 / (°) 分散 度 /% 流动性指 数(描述) 喷流性指 数(描述) 清徐正源 81.0 91.5 39.0 63.70 11.47 5.24 38.0 1.0 9.65 74.5(好) 54.00(中) 清徐华盛洗煤 84.5 93.5 40.5 54.67 9.63 5.50 34.5 6.0 11.22 78.0(好) 59.00(中) 高平煤 77.5 90.0 34.0 58.50 13.89 4.99 33.0 1.0 6.78 80.5(好) 50.25(差) 璐安煤 78.5 90.0 37.0 68.33 12.78 5.35 39.0 7.5 17.84 73.5(好) 61.00(中) 国盛府谷 57.5 75.5 42.0 74.50 23.84 5.19 29.0 13.0 32.00 55.5(普通) 78.50(强) 清徐正源洗煤 80.0 99.0 46.5 62.67 19.20 5.70 39.0 7.5 17.84 64.5(好) 61.00(中) 比较太钢六种煤粉的流动特性 ,清徐正源煤 、清 徐华盛洗煤及高平无烟煤流动特性都很好, 清徐正 源洗煤的流动特性也较好 (为 64.5),比府谷烟煤要 好很多.三种清徐煤的喷流特性都比高平无烟煤 好, 属于中等水平, 比府谷烟煤弱 .综合来说, 清徐 煤的流动性较好 ,喷流性中等 .在高炉喷吹煤粉管 道运输及风口弥散的过程中, 清徐系列煤粉属于流 动性和喷流性综合考虑较好的喷吹煤. 2.3 爆炸性着火点 高炉喷吹煤粉从设计到操作都必须重视安全, 防止煤粉爆炸 .煤粉爆炸必须具备以下三个条件: 煤粉处于分散悬浮状态 ,浓度在爆炸区间之内;有足 够的氧支持燃烧 ;有足够能量的点火源 .爆炸特性 在我国主要采用长管式的测试装置来测定, 用煤粉 爆炸火焰返回长度来确定煤粉有无爆炸性及其爆炸 性强弱,火焰返回长度大于 400 mm属于强爆炸性 煤, 火焰返回长度小于 400 mm属于弱爆炸性煤 .测 量着火点对高炉喷煤的作用, 可供选择磨制煤粉设 备型号、确定介质干燥温度及设计工艺参数等 .着 火点的测量有很多种 ,包括粉尘层法 (有热天平法、 固定床反应器法和亚硝酸钠法) [ 9] 、粉尘云法 (脉冲 法 ) [ 10] 、激 光诱导法 [ 11] 等 .本 次实验采 用 GB/ T18511— 2001《煤的着火温度测定法 》中亚硝酸钠 法测定 .将煤粉试样置于微型电炉的铂片上 ,通电 逐渐升温,用光电管和微机系统测定煤粉开始燃烧 的温度 .实验结构如表 6所示 . 表 6 太钢 4 350m3 煤的着火点与爆炸性 Table6 Ignitingpointandexplosivityforsomepulverizedcoalsinjected intothe4 350m3 BFofTaigang 煤种 挥发分 /% 着火点 /℃ 火焰返回长度 /mm 清徐正源煤 14.70 365 0 璐安煤 11.48 383 0 清徐华盛洗煤 14.29 367 0 高平煤 8.85 415 0 清徐正源洗煤 13.02 368 0 国盛府谷煤 34.28 332 654 煤粉的挥发分对着火点 [ 10] 和爆炸性 [ 11] 的影 响 ,在各自的文献中都有介绍.本次实验中国盛府 谷煤有强爆炸性 ,而清徐煤均没有爆炸性 ,其着火点 也均在 365 ℃左右 . · 82·
第1期 祁成林等：太钢4350m高炉喷吹清徐煤特性 83 24煤灰的熔融特性 表7太钢4350高炉喷吹煤粉灰熔融特性温度 煤灰熔融特性是高炉喷煤的一个重要指标，煤 Tab 7 Characteristic temperatres of ash fusion for some pulerized coals nected ino the 435 m3 BF ofTagang 灰的熔融温度可反映出煤中矿物质在高炉中的动 态.煤灰是混合物，没有固定的熔点，根据国标GB/ 煤灰熔融性℃ 煤种 T219以变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度 DT ST HT FT (HT和流动温度(FT泗种温度来表征煤灰的熔融 清徐正源煤 1380 1385 1390 1410 性.变形温度(DT为灰堆尖收缩10%的温度，软化 璐安煤 1235 1320 1465 1500 温度(ST)为灰堆尖收缩309%的温度，半球温度 清徐华盛洗煤 1375 1380 1385 1405 (HT为灰堆尖收缩50%的温度，流动温度(FT为 高平煤 1495>1500 >1500>1500 灰堆尖收缩80%的温度.煤灰的熔融温度不易过 清徐正源洗煤 1230 1270 1365 1410 低，如果熔融温度低，对提高煤粉燃烧率不利.清徐 国盛府谷煤 1125 1150 1160 1210 煤的灰熔融特性温度如表7所示. 2.5发热值 清徐正源洗煤的变形温度及软化温度较低其 煤的发热量是指单位煤燃烧所放出的热量，测 半球温度和流动稳定相对来说还高一些.清徐正源 定方法按国家标准G卫13一87.本次实验采用自动 煤和清徐华盛洗煤熔融特性温度都相对来说高一 些综合考虑清徐煤的灰熔融特性温度不会对高炉 热量计WR-1A测量煤粉的发热量，实验结果如 治炼产生不利影响. 表8所示. 表8太钢4350m3高炉喷吹煤粉发热值 Tab le8 Cabrific values fr some pulverized coals injec ted into the 4350 m BF of Ta gang 煤种 弹简发热量/（于g) 高位发热量/（于g1) 低位发热量/（上g1) 试样净热值（于g1) 璐安煤 3135039 313003 3130023 3135039 高平煤 2989423 2981252 2905834 2989423 清徐正源洗煤 29687.87 29531.22 28791.68 29687.87 清徐正源煤 31057.01 3090851 30197.81 31057.01 清徐华盛洗煤 30777.62 30609.81 29839.37 30777.62 国盛府谷煤 2967630 29601.53 28635.39 2967630 清徐煤的发热值都不低，替代高平煤高炉治炼 验条件模拟高炉上部的是比较恰当的，未燃煤粉先 的煤焦置换比不会降低 是析出然后附着在焦炭气孔中，随着气流向上运动 26煤粉的燃烧性 的过程中，煤粉也经历了干馏的过程，因此煤粉的燃 高炉喷吹的任何一种煤粉都不能达到所有指标 烧性和反应性可以使用热重法测量.实验条件，煤 都是尽善尽美的，只要达到3~4项，并且通过煤粉 粉粒度在一200目占70%，设备升温从室温到 的相互配合，就可以达到不错的效果.在喷吹煤粉 900℃，升温速率20℃·m前1实验结果如图1和 的这些指标中，煤粉的燃烧性是最重要的煤粉特性 20 之一，在高炉中，煤粉的燃烧性和反应性通称为高 内特特特含社海+ 升温速率：20℃min 炉煤粉的综合利用性，高炉内不仅仅是高炉风口回 旋区的煤粉燃烧随着下部气流的上升，带动煤粉向 。-·清徐正源洗煤 ·-一清徐正源煤 上运动，黏附在焦炭孔内、烧结矿表面等，与CQ发 10 ▲…潞安煤 ·一高平煤 生反应的未燃煤粉也同样重要.在大喷煤的情况 一清徐华盛洗煤 下，对煤粉的燃烧性及反应性做重点研究就显得尤 粒度小于200日570% 为重要.下面来比较清徐煤与常见的璐安、高平煤 建量量营 a边 的燃烧性及反应性.本次研究采用的是热分析方法 200 400 600 80 测定燃烧性及反应性2-.热分析方法测量煤粉 温度℃ 的燃烧性，与高炉风口回旋区的燃烧状况不同，但可 图1太钢所用煤粉的燃烧性 以定性地判断出煤粉的燃烧率的好坏，反应性的实 Fg 1 Combustion of sone pulverized coals or njection n Ta gang
第 1期 祁成林等:太钢 4 350m3高炉喷吹清徐煤特性 2.4 煤灰的熔融特性 煤灰熔融特性是高炉喷煤的一个重要指标, 煤 灰的熔融温度可反映出煤中矿物质在高炉中的动 态.煤灰是混合物 ,没有固定的熔点 ,根据国标 GB/ T219,以变形温度 (DT)、软化温度 (ST)、半球温度 (HT)和流动温度 (FT)四种温度来表征煤灰的熔融 性.变形温度 (DT)为灰堆尖收缩 10%的温度 ,软化 温度 (ST)为灰堆尖收缩 30%的温度 , 半球温度 (HT)为灰堆尖收缩 50%的温度 ,流动温度 (FT)为 灰堆尖收缩 80%的温度 .煤灰的熔融温度不易过 低,如果熔融温度低 ,对提高煤粉燃烧率不利.清徐 煤的灰熔融特性温度如表 7所示. 清徐正源洗煤的变形温度及软化温度较低, 其 半球温度和流动稳定相对来说还高一些 .清徐正源 煤和清徐华盛洗煤熔融特性温度都相对来说高一 些, 综合考虑清徐煤的灰熔融特性温度不会对高炉 冶炼产生不利影响 . 表 7 太钢 4 350m3 高炉喷吹煤粉灰熔融特性温度 Table7 Characteristictemperaturesofashfusionforsomepulverized coalsinjectedintothe4 350m3 BFofTaigang 煤种 煤灰熔融性 /℃ DT ST HT FT 清徐正源煤 1 380 1 385 1 390 1 410 璐安煤 1 235 1 320 1 465 1 500 清徐华盛洗煤 1 375 1 380 1 385 1 405 高平煤 1 495 >1 500 >1 500 >1 500 清徐正源洗煤 1 230 1 270 1 365 1 410 国盛府谷煤 1 125 1 150 1 160 1 210 2.5 发热值 煤的发热量是指单位煤燃烧所放出的热量 ,测 定方法按国家标准 GB213— 87.本次实验采用自动 热量计 WZR--1A测量煤粉的发热量, 实验结果如 表 8所示. 表 8 太钢 4 350m3 高炉喷吹煤粉发热值 Table8 Calorificvaluesforsomepulverizedcoalsinjectedintothe4 350m3 BFofTaigang 煤种 弹筒发热量 /(J·g-1 ) 高位发热量 /(J·g-1) 低位发热量 /(J·g-1 ) 试样净热值 /(J·g-1) 璐安煤 31 350.39 31 300.23 31 300.23 31 350.39 高平煤 29 894.23 29 812.52 29 058.34 29 894.23 清徐正源洗煤 29 687.87 29 531.22 28 791.68 29 687.87 清徐正源煤 31 057.01 30 908.51 30 197.81 31 057.01 清徐华盛洗煤 30 777.62 30 609.81 29 839.37 30 777.62 国盛府谷煤 29 676.30 29 601.53 28 635.39 29 676.30 清徐煤的发热值都不低 ,替代高平煤,高炉冶炼 的煤焦置换比不会降低 . 2.6 煤粉的燃烧性 高炉喷吹的任何一种煤粉都不能达到所有指标 都是尽善尽美的,只要达到 3 ～ 4项 , 并且通过煤粉 的相互配合, 就可以达到不错的效果 .在喷吹煤粉 的这些指标中 ,煤粉的燃烧性是最重要的煤粉特性 之一 .在高炉中, 煤粉的燃烧性和反应性通称为高 炉煤粉的综合利用性 ,高炉内不仅仅是高炉风口回 旋区的煤粉燃烧,随着下部气流的上升 ,带动煤粉向 上运动, 黏附在焦炭孔内、烧结矿表面等 ,与 CO2 发 生反应的未燃煤粉也同样重要 .在大喷煤的情况 下, 对煤粉的燃烧性及反应性做重点研究就显得尤 为重要.下面来比较清徐煤与常见的璐安、高平煤 的燃烧性及反应性 .本次研究采用的是热分析方法 测定燃烧性及反应性 [ 12--14] .热分析方法测量煤粉 的燃烧性 ,与高炉风口回旋区的燃烧状况不同,但可 以定性地判断出煤粉的燃烧率的好坏 ,反应性的实 验条件模拟高炉上部的是比较恰当的, 未燃煤粉先 图 1 太钢所用煤粉的燃烧性 Fig.1 CombustionofsomepulverizedcoalsforinjectioninTaigang 是析出然后附着在焦炭气孔中 ,随着气流向上运动 的过程中,煤粉也经历了干馏的过程 ,因此煤粉的燃 烧性和反应性可以使用热重法测量 .实验条件 ,煤 粉粒度 在 -200 目占 70%, 设备升温从室温到 900℃,升温速率 20 ℃·min -1 , 实验结果如图 1和 · 83·
。84 北京科技大学学报 第33卷 图2所示.实验分析如表9和表10所示. 及贫瘦煤都好很多，虽然最终失重率不及烟煤，但是 20 烟煤的挥发分比较大，在A保护的过程中，烟煤挥 Ar保护阶段 发分析出较大.因此可以认定清徐煤在高炉中利用 15 wu0-反应阶段 00℃时切换C0,气体 率很好. 升温速率：20℃~mim' ·一清徐正源煤 3对清徐煤的综合评价 10/ ·潞安煤 ● ▲一清徐正源洗煤 一高平烨 在实验室通过对清徐煤的工业分析、元素分析、 清徐华盛洗煤 灰成分分析、碱金属分析、可磨性、流动性、着火点、 粒度：小于200口占70% 爆炸性、灰熔融特性、发热值、燃烧性和反应性12个 特性的分析测量及与太钢常使用的无烟煤高平煤、 200 40060080010001200 温度℃ 贫瘦煤璐安煤的比较，来分析清徐煤替代高平煤及 图2太钢所用煤粉的反应性 璐安煤的可行性.测量分析及数据对比，可得出对 Fg 2 Reactivity of sone pulverized coals or injec tion n Ta gang 清徐煤的如下评价. (1硫含量高，清徐煤的硫到达了1.00%以上， 表9太钢煤粉的燃烧率 在空气干燥基下，远远超出了高炉喷煤硫含量的 Tabe9 Conlustion ratp of some pulverized coals for njection in 标准 Taigang % (2煤的品质介于无烟煤与烟煤之间，类似于 燃烧率 煤种 璐安煤 500℃ 600℃ 700℃ (3清徐正源洗煤的唅量较高. 清徐正源煤 1000 43.43 7613 (4最大的问题就是煤灰中CO含量较高，清 璐安煤 9.85 45.22 79.54 徐喷吹煤替换高平煤及璐安煤的比例要适当，否则 清徐华盛洗煤 1237 45.32 77.27 会发生堵枪现象， 高平煤 7.97 36.71 71.15 (5清徐煤无爆炸性，其可磨性、流动特性都与 清徐正源洗煤 1225 47.39 7858 璐安煤相差无几，而着火点与熔融特性温度比璐安 煤略低，发热值高，燃烧率和反应性好， 表10太钢煤粉的反应率 Tabl 10 Reactivity ratio of some pulverized coals for njection i 总体来说从降低成本来看，在混煤的过程中， Taigang 配加适当的清徐煤是可以适应高炉喷吹的要求的. 失重率% 煤种 4太钢喷吹清徐煤情况 1000℃150℃1100℃1150℃1200℃ 清徐正源煤 23.55 3237 47.99 69.05 8496 太钢从2009年1月开始使用廉价的清徐煤代 璐安煤 2025 25.14 3417 47.61 6423 替高平煤及相应的璐安煤，现在已经完全替代高平 清徐华盛洗煤 17.22 37.71 4852 64.20 8214 无烟煤.表11是太钢5高炉，即太钢4350m高炉 高平煤 1490 20.03 2853 47.01 6832 的半年平均数据. 清徐正源洗煤 3252 43.98 6201 82.15 9691 由于炉料、炉况的调整，焦比和煤比有些变化， 但是对总体高炉治炼没有发生大的影响.首先，在 表9可以看出，清徐煤的燃烧率较好，与璐安煤 风温、风量都不发生变化的情况下，利用系数增加， 的燃烧率差不多，因此是很好的高炉喷吹煤粉 焦比上升，煤比略有下降，焦丁比略有下降，富氧率 2.7煤粉的反应性 上升1%，O利用率及炉顶煤气中的C①基本保持 煤粉反应性在实验室的实验条件为：升温制度， 不变.最重要的是高炉治炼过程中铁水的含硫量完 从室温到900℃，升温速率为20℃·mr1,A保护， 全没有影响. 流量为60mmr,在900℃恒温5m切换C, 太钢使用清徐系列煤代替高平煤的过程中，风 从900℃升温至1200℃.粒度为一200目709%实 口小套略有发生风口结渣现象，现在清徐煤己经完 验精度为0.01mg 全融入太钢的正规喷吹煤种中，通过混煤来弥补高 从表10可以看出清徐煤反应性很好，比无烟煤 炉喷吹单种煤粉的不足.以下从理论上分析清徐煤
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 图 2所示.实验分析如表 9和表 10所示. 图 2 太钢所用煤粉的反应性 Fig.2 ReactivityofsomepulverizedcoalsforinjectioninTaigang 表 9 太钢煤粉的燃烧率 Table9 Combustionratioofsomepulverizedcoalsforinjectionin Taigang % 煤种 燃烧率 500℃ 600℃ 700℃ 清徐正源煤 10.00 43.43 76.13 璐安煤 9.85 45.22 79.54 清徐华盛洗煤 12.37 45.32 77.27 高平煤 7.97 36.71 71.15 清徐正源洗煤 12.25 47.39 78.58 表 10 太钢煤粉的反应率 Table10 Reactivityratioofsomepulverizedcoalsforinjectionin Taigang 煤种 失重率 /% 1 000℃ 1 050℃ 1 100℃ 1 150℃ 1 200℃ 清徐正源煤 23.55 32.37 47.99 69.05 84.96 璐安煤 20.25 25.14 34.17 47.61 64.23 清徐华盛洗煤 17.22 37.71 48.52 64.20 82.14 高平煤 14.90 20.03 28.53 47.01 68.32 清徐正源洗煤 32.52 43.98 62.01 82.15 96.91 表 9可以看出, 清徐煤的燃烧率较好,与璐安煤 的燃烧率差不多,因此是很好的高炉喷吹煤粉. 2.7 煤粉的反应性 煤粉反应性在实验室的实验条件为 :升温制度, 从室温到 900℃,升温速率为 20 ℃·min -1 , Ar保护, 流量为 60mL·min -1 ,在 900 ℃恒温 5 min, 切换 CO2 , 从 900 ℃升温至 1 200 ℃.粒度为 -200目 70%, 实 验精度为 0.01 mg. 从表 10可以看出清徐煤反应性很好,比无烟煤 及贫瘦煤都好很多,虽然最终失重率不及烟煤 ,但是 烟煤的挥发分比较大, 在 Ar保护的过程中 , 烟煤挥 发分析出较大.因此可以认定清徐煤在高炉中利用 率很好 . 3 对清徐煤的综合评价 在实验室通过对清徐煤的工业分析、元素分析 、 灰成分分析、碱金属分析 、可磨性、流动性 、着火点 、 爆炸性 、灰熔融特性、发热值、燃烧性和反应性 12个 特性的分析测量及与太钢常使用的无烟煤高平煤 、 贫瘦煤璐安煤的比较, 来分析清徐煤替代高平煤及 璐安煤的可行性.测量分析及数据对比 ,可得出对 清徐煤的如下评价. (1)硫含量高 ,清徐煤的硫到达了 1.00%以上 , 在空气干燥基下 , 远远超出了高炉喷煤硫含量的 标准. (2)煤的品质介于无烟煤与烟煤之间, 类似于 璐安煤 . (3)清徐正源洗煤的 Zn含量较高. (4)最大的问题就是煤灰中 CaO含量较高 ,清 徐喷吹煤替换高平煤及璐安煤的比例要适当 , 否则 会发生堵枪现象 . (5)清徐煤无爆炸性, 其可磨性 、流动特性都与 璐安煤相差无几 ,而着火点与熔融特性温度比璐安 煤略低 ,发热值高 ,燃烧率和反应性好 . 总体来说,从降低成本来看, 在混煤的过程中 , 配加适当的清徐煤是可以适应高炉喷吹的要求的. 4 太钢喷吹清徐煤情况 太钢从 2009年 1月开始使用廉价的清徐煤代 替高平煤及相应的璐安煤 , 现在已经完全替代高平 无烟煤 .表 11是太钢 5 #高炉 ,即太钢 4 350 m 3 高炉 的半年平均数据 . 由于炉料、炉况的调整, 焦比和煤比有些变化 , 但是对总体高炉冶炼没有发生大的影响 .首先 ,在 风温、风量都不发生变化的情况下, 利用系数增加 , 焦比上升,煤比略有下降, 焦丁比略有下降 , 富氧率 上升 1%, CO利用率及炉顶煤气中的 CO2 基本保持 不变.最重要的是高炉冶炼过程中铁水的含硫量完 全没有影响 . 太钢使用清徐系列煤代替高平煤的过程中 ,风 口小套略有发生风口结渣现象 ,现在清徐煤已经完 全融入太钢的正规喷吹煤种中 ,通过混煤来弥补高 炉喷吹单种煤粉的不足.以下从理论上分析清徐煤 · 84·