高炉喷吹烟煤爆炸性能的研究

D0I:10.13374/i.issn1001一053x.1980.01.002 北京钢铁学院学报 1980年第1期 高炉喷吹烟煤爆炸性能的研究 炼铁教研室 伟 原飞 摘 要 本文针对大同和江苏的几种烟煤爆炸性能进行了研究，试验表明，煤 粉的爆炸性不仅与其本身的挥发份或可燃基挥发份有关，而且与它的粒度 及其比表面积有关。适当地扩大粒度范围有利于安全喷吹，但必须根据高 炉冶妹的要求来决定，控制制粉及喷吹系统气氛中含0：量在15%以下， 可以防止煤粉爆炸。降低气氛中含O2量可采用充N:或热风炉度气的办 法。 另外本文还討论了煤粉罐（或煤粉仓）利用多孔板流化装置来防止积 煤和降温的问题。 我国高炉唢吹无烟煤粉己有十多年的历史，经验非常丰富，但喷吹烟煤还只是停留在试 验阶段。烟煤与无烟煤在高炉喷吹技术上所不同之点是：烟煤粉具有爆炸性，而无烟煤粉无 爆炸性。所以，研究烟煤的爆炸性能和如何解决安全喷吹的问题就显得特别重要。 为配合一些高炉喷吹烟煤的试验，我们对有关一些煤种的爆炸性能进行了研究。研究的 煤种主要取自首钢018高炉和苏州钢铁厂高炉所用的和将婴使用的烟煤。这些研究表明，所 研究的煤种都具有爆炸性，只是爆炸性强弱有所不同。同时试验还表明，仅仅根据煤种的挥 发份或可燃基挥发份不能准确地确定它的爆炸性，还必须根据它的比表面积以及其他因素来 判断。 一、煤粉爆炸性测定的方法 煤粉爆炸性的测定在我国主要采用长管（或大管）式的试验装置，其装置如图1所示。 试验时用1克-200目的煤粉试样，喷入管内1000℃的火源上，视其返回火焰的长短来 判断它的爆炸性。一般认为，仅在火源处出现稀少的火星或无火星的属于无爆炸性煤，如无 烟煤。发生火焰并返回至喷入一端，其火焰长度<400毫米为易燃而具有爆炸性的煤，返回 火焰>400毫米的为爆炸性能强烈的煤，如烟煤、褐煤等。 ◆参加本文试验工作的还有炼铁试验室宋忠平同志。 13

北 京 栩 铁 学 院 举 报 年第 期 高炉喷吹烟煤爆炸性能的研究 ’ 炼铁 教研 室 伟 翻 飞 摘 要 本文 针对 大同和 江 苏 的儿种烟煤爆 炸性能进行 了研 究 ， 试验表明 ， 煤 粉 的爆 炸性不 仅 与其本身的挥 发 份 或可 燃墓挥 发 份有 关 ， 而 且 与它 的粒 度 及 其 比表面积 有关 。 适 当地扩 大粒 度范 围有利于 安全 喷吹 ， 但 必 须 根据 高 炉冶 炼 的要 求来决定 ， 控 制制粉及 喷吹 系统 气氛 中含 在 以 下 ， 可 以 防 止 煤粉爆 炸 。 降低 气氛 中含 量 可 采 用 充 或热风 炉度 气 的办 法 。 另从 本 文还 衬论 了煤粉 罐 或煤粉 仓 利 用 多孔板流化装里 来防 止积 煤 和 降温 的 问题 。 我国高炉喷吹 无 烟 煤粉 己有十 多年 的历 史 ， 经验非常丰富 ， 但 喷吹烟煤还 只 是停 留在试 验阶段 。 烟 煤与无烟 煤 在高炉 喷吹技 术上所不 同之 点是 烟 煤粉 具有爆 炸性， 而无烟 煤粉无 爆 炸性 。 所 以 ， 研 究烟 煤的爆 炸性能和 如何 解决安全 喷吹 的 问题就 显得特别 重 要 。 为配合一 些高炉 喷吹烟煤的试 验 ， 我们对 有关一些煤种的爆炸 性能进 行 了研究 。 研究的 煤种主 要取 自首 钢 高炉和 苏州 钢铁 厂 高炉所用 的和 将要使 用 的烟煤 。 这些研 究表 明 ， 所 研究 的煤种都具有爆炸性 ， 只 是爆 炸性强 弱 有所不 同 。 同时试 验还 表 明 ， 仅仅根据 煤种 的挥 发份 或可燃 基 挥发份 不 能准确地确定它 的爆 炸性 ， 还 必须 根据它的比表面 积 以 及 其他因紊来 判断 。 一 、 煤粉爆炸性测 定的方 法 煤粉爆 炸 性的测定在我国 主 要采 用 长 管 或大管 式的试 验装置 ， 其装置如图 所示 。 试 验 时用 克 一 目的煤粉试 样 ， 喷 入 管内 ℃ 的 火源 上 ， 视 其返 回 火焰 的长短来 判断 它 的爆 炸性 。 一 般认 为 ， 仅 在火源处 出现稀少的火星 或无 火星 的属于无姗 炸性煤 ， 如无 烟 煤 。 发 生 火焰 并返 回至 喷入 一 端 ， 其 火焰 长度 毫米为易燃而 具有姆炸性的煤， 返 回 火焰 毫米的为爆 炸性能 强 烈 的煤 ， 如烟煤 、 褐煤等 。 参加本文试 验 工 作的还 有炼铁试验 室 宋忠平 同志 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1980．01．002

循转地电铜 包金中银 to 试料 速建计 自棋查压四 电打气 图】长管式煤粉爆炸性测定装置 二、试验煤种的化学成份 表1为试验煤种的化学成份，其中可燃基挥发份根据下列公式计算： Vx=100-W-A 式中，.·Vx一可燃基挥发份% V一分析的挥发份% W一水份% A一灰粉% 表1 挥 发份 煤种 灰 份 水份% 硫 % 固定碳 备注 % 可燃基% 安子（无烟煤） 4.8 5.2 15 2.0 0.20 78 钢院 马武山 33.92 37.40 7.32 2.17 0.47 56.59 018分析 晋华宫 30.31 34.20 10.41 1.25 0.36 58.03 权台 29.03 36.80 21.44 1.13 48.4 苏钢 青 龙 16.83 21.60 13.02 9.2 0.55 60.04 庞庄 27.64 34.42 19.20 53.16 夹 河 2924 35.60 18.17 51.59 按上述公式计算结果，除安子煤的可燃基挥发份<10%为无爆炸性的无烟煤外，其他煤粉 的可燃基挥发份都在20%以上，均属爆炸性煤尘。特别是马武山、晋华宫、权台、庞庄及夹 河的煤，可燃基挥发份达34~37,4%，按一般认为均属于强爆炸性煤。但根据燥炸性测定结 14

吕仁 才由几机 图 长 管式煤粉爆炸性 测定装置 一 孙 、 、了黔片犷 一 口二卜 一 一一一一一 一一 二一一 二 ’ 二 、 试验煤种的化 学成份 表 为试 验煤种 的化学成份 ， 式中 － 可燃基 挥发份 － 分析的挥发份 一 水份 － 灰粉 其 中可燃基 挥发份 根据 下列 公 式计算 一 一 挥 发 份 灰 份 水份 硫 固定碳 可燃基 。 ， ‘ 按上述公式计算结果 ，除安 子煤 的可燃基 挥发份 为无爆炸性的无烟煤外 ， 其他 煤粉 的可燃基挥发 份都在 以 上 ， 均属爆 炸性煤尘 。 特 别 是马武 山 、 晋 华官 、 权 台 、 庞庄及夹 河的煤 ， 可燃基挥发份达 ， ， 扶一 般认为均属于强爆炸性煤 。 但根据 爆炸性测定结 毛

果来看，除马武山和夹河为强爆炸性煤外，其它四种煤：屈于弱爆炸性煤。由此可见，仅以 可燃基挥发份来判断其爆炸性等级，显然不能说明问题，下而还要详细地讨论这一问题。 三、爆炸性测定的结果及分析 煤粉燥炸性能测定的结果列于表2，测定结果表明，马武山、夹河为强爆炸性煤，晋华 官、庞庄、青龙、权台均为弱爆炸性煤。 表2 煤种 018高炉 苏州钢铁厂 安子马武山 晋华宫 “权台 二背龙 庞庄 夹河 返回火焰 长度毫米 0 640 115 20 30 100 700 由表2看出，煤粉爆炸性能测定的结果与其可燃基挥发份含量并不一致。如018高炉使 用的马武山和晋华官煤其可燃基挥发份分别为37.4%和34.2%，均应属于强烈爆炸性能，但 晋华官煤粉爆炸性却较弱。它们返回的火焰长度分别为640毫米和115毫米。苏州钢铁厂用的 照片1权台烟煤爆炸时的燃烧状况 试验条件：①煤粉含揮发份29.03%（可燃基挥发份36.8%） ② 煤粉试样1克 ③引爆火源温度1000℃ 返回火焰长度：约20毫米 照片2夹河烟煤爆炸时燃烧状况 试验条件：①煤粉含輝发份29.24%（可燃基揮发份35.6%） ②煤粉试样1克 ③引爆火源温度1000℃ 返回火焰长度：700毫米（起出管外300毫米） 15

果 来 看 ， 除 马武 山和 夹河为 强爆 炸性煤 外 ， 其它 四 种 煤 个属 于弱爆 炸性煤 。 由此 可见 ， 仅 以 可燃 基挥发 份来判断 其爆 炸 性等级 ， 显 然不 能说 明问题 ， 下而 还 要详细地讨论这一 问题 。 三 、 爆炸性测定 的结果 及分 析 煤粉爆炸 性 能 测定 的结果 列 于表 ， 测 定结 果 表 明 ， 马武山 、 夹河为强爆 炸性煤 ， 晋 华 宫 、 庞庄 、 青龙 、 权 台均为弱爆 炸 性煤 。 表 蕊歹万丽了 苏 州 钢 铁 厂 权 台 青 龙 庞庄 夹河 由表 看 出 ， 煤粉爆 炸性能测定 的结果 与 其可燃 摧 挥发份 含量 并不一 致 。 如 。 高炉使 用 的马武 山和 释 华宫煤 其可燃 墓 挥发 份分 别 为 和 ， 均应 属 于强 烈爆炸 性能 ， 但 晋 华宫煤粉爆 炸 性却 较弱 。 它 们返 回 的火 焰长 度 分别 为 毫米和 毫米 。 苏 州 钢铁厂 用 的 照片 权 台烟 煤爆 炸 时的燃烧状况 试 验 条件 ① 煤粉含挥 发 份 可 燃基 挥发 份 ② 煤粉试样 克 ③ 引爆 火源温 度 ℃ 返 回火焰长 度 约 毫米 照片 夹河 烟 煤爆 炸 时燃 烧状况 试 验 条件 ① 煤 粉含挥 发 份 可 燃 墓 摔发 份 ② 煤 粉试 样 克 ③ 引爆 火 源 温 度 。 ℃ 返 回 火焰长 度 毫米 超 出管 外 毫米

几种煤也出现相同情况，权台、庞庄、夹河的可燃基挥发份均在30%以上，而且权台煤粉的 可燃基挥发份达36.8%比其它两种均高，而爆炸性能却最弱，返回火焰很短，约为20毫米， 夹河煤粉可燃基挥发份为35.6%，其返回火焰却达700毫米。照片1及2系用300秒的速度 拍摄的权台与夹河煤粉在爆炸试验时的燃烧情况。 由此可见，影响煤粉爆炸性的因素不仅是 它的可燃基挥发份，还有其他因素，如果把试 验结果与可燃基挥发份作图几乎得不出他们之 《札粉今挥发份 返600 △可燃挥发份 间的函数关系（见图2）。 回 为了弄清这一现象，我们对-200目的高 美河烟礼 挥发份的煤粉进行了显微镜的观察。将-200 地4烟 目的晋华官和马武山的煤粉在同样条件下，在 度3 显微镜下放大200倍观察。结果两种煤粉在 热台烟丸 -200目以下细度显著不同（见照片3和4）， 马武山煤粉在一200目以下的细度比晋华官的 更细。也就是说在-200目以下细度越细则它 10 20 3035 的比表面积越大，因此，燃烧反应也就较快。 V,Vx%(押发份，可燃基揮发份%) 为了进一步弄清楚这一问题，我们还对试 图2煤粉中挥发份（可燃基挥发份） 验的煤粉进行比表面积的测定，测定的结果列 对爆炸性的影响 照片3马武山煤粉 照片4晋华宫煤粉 细度-200目 钿度-200目 放大倍数200倍 放大倍数200倍 于表3。 表3 煤种 马武山 晋华宫 安子煤 权台 青 龙 庞庄夹河 比表面积厘米/克 4850 3629 4150 3760 5700 4500 5310 由表3可以看出~200目的煤粉的比表面积，马武山比晋华官大36.3%，所以在同样 一200目的情况下，不同煤粉的比表面积也不一样。这与显微镜的观察完全一致。一般当可 燃基挥发份相似情况下，随着比表面积的增加其爆炸性也增强（见图3）。 16

几种煤也出现相 同情况 ， 权 台 、 庞庄 、 夹河 的可燃 基 挥发份均在 以 上 ， 而且权 台煤粉 的 可燃 基 挥发份达 比 其它两种 均高 ， 而爆 炸性能却最 弱 ， 返 回 火焰很短 ， 约为 毫米， 夹河 煤粉可燃基挥 发份为 ， 其返 回火焰却达 毫米 。 照 片 及 系用 拍摄的权 台与夹河煤粉 在爆 炸试 验时的嫩 烧情 况 。 由此可见 ， 影响煤粉爆炸 性的因素不仅 是 吉 。 秒 的速度 它 的可燃基挥发份 ， 还 有其他 因素 ， 如果把试 验结 果与可燃基挥发份作图 几乎得不 出他们之 间的函数关系 见 图 。 为 了弄清这一现象 ， 我 们对 一 目的高 挥 发份 的煤 粉进行 了显微镜 的观察 。 将 一 目的晋华宫和 马武 山的煤粉 在同样条件下 ， 在 显微镜下放天 倍 观 察 。 结 果 两种 煤 粉 在 一 目以 下细度显著不 同 见照 片 和 ， 马 武 山煤粉在 一 目以 下的 细度比晋 华宫的 更 细 。 也 就 是说 在 一 目以 下细 度越 细则它 的 比表面 积越大 ， 因此 ，燃烧反应 也就 较快 。 为 了进一步 弄清楚这一 问题 ， 我们还 对试 验 的煤粉进 行 比表面 积 的测定 ， 测定的结果列 减 盛 返 回 火溯 油井 执 度 。 “ 毫而。 手， ， 枉 台烟劣 ‘ 一止丈一一一二生一一 云 加 三 ， ‘ 挥发 份 ， 可燃墓挥 发份 图 煤粉 中挥发 份 可 燃墓挥 发 份 对澡 炸性的形响 照片 马武 山煤粉 细 度一 目 放大倍 数 倍 照片 晋 华 官煤粉 匆 度 一 目 放大倍数 倍 于表 。 表 煤 种 马武 山 晋华官 安 子煤 权 台 青 龙 庞 庄 夹 河 比表面 积厘米 克 … 。 … 。 。 … 。 。 … 。 。 … 。 由表 可 以 看 出 一 目 的煤粉 的 比表 面 积 ， 马武 山 比 晋华 宫大 ， 所以 在同样 一 目的情 况下 ， 不 同煤粉 的 比表 面 积也不一样 。 这 与显 微镜的观 察完全 一 致 。 一般 当可 燃 基挥发份 相似情 况 下 ， 随着比表面积 的增加 其爆炸性也增强 见 图

3* 管 6a0 盛线联装的点沙挥发份含量 可 和套份合量相似的机种 ×1V-9.9%A-21.4%(台N x2V-27.4%A-用，7（成庄） 长 4时 x3V-2.4XA-B.7%(隶河) 毫 40 435p9 5为0e 比表面称% 图3煤粉的比表面积与爆炸性的关系 如图3所示，权台、庞庄、夹河三种煤粉的挥发份及灰份很相近，按一般情况都应属于 强烈爆炸性煤，但实际上只是由于比表面积不一样，只有夹河具有强烈操炸性，而其他两种 煤粉均为弱爆炸性（见图3虚线）。 同时从图3还可看出，在挥发份相似 情况下，比表而积大于4500~5000 厘米2/克，爆炸性能增强较为刷烈。 返 炭妈增炖 墙斗并性面 图4为两种爆炸性强烈的烟煤 道 马武山烟妣 (夹河与马武山煤)不同的细度与爆 409一 炸性的关系。图4表明，当煤粉细度 马好炸域区 较小时爆炸性都增强，两种煤的曲线 的变化趋势基本一致，只是变化的程 度不同而己。当细度小于240目时， 。 任一种煤粉其爆炸性增强就不显著 增瘦（网自） 了，也就是说煤粉细度（或比表面积） 对它的影响就很小了。当细度大于 图4煤粉的翻度与爆炸性的关系 80目时，煤粉的爆炸性几乎都等于 零，80目的细度相当于直径为0.175毫米的颗粒，所以高炉喷吹烟煤即使是爆炸性强的烟煤， 如果采用粒度>80目的煤粉，几乎可以消除它的爆炸性。同时由图4还可以看出，夹河煤粉 达到-180目具有强烈爆炸性，而马武山煤粉要到-200目才具有强烈爆炸性。而这种煤粉的可 燃基挥发份都超过30%，这主要是由于夹河煤粉具有较大比表面积的缘故（夹河煤粉比表面 积为5310厘米2/克，马武山为4850厘米/克)。 在实际生产中，煤粉的粒度并不都是200目以下，<200目的只占一部分，如018高炉使 用的马武山煤粉的颗粒-200目的约占51.6%，其他的均大于200目（见表4)。所以，现厂 煤粉的爆炸性比全部<200目的煤粉爆炸性小很多。例如，全部小于200目的马武山煤粉具有 强烈爆炸，而现厂实际使用煤粉，由于粒度组成的不同而变成弱爆炸性。由此可见，粒度对煤 粉爆炸性有很大的影响。因此，烟煤煤粉的粒度只要能满足高炉冶炼和喷吹的要求尽量大一 点对减少或消除其爆炸性是有利的。 17

质耳联铸故连矛挥发份含蛋 和发份含蚤相叔的女 种 甘 一 ，，尸， 月一 ，‘ 义伽合、 之 一 衅义 一 · 宝侠 左 ，一 之， ‘ 者 一 ， ‘ 护之 次坷 吸 才 ’ ， ’ 一 尹 了 产 夕 ‘ 矿一 厂 一 科叮竹瓣叶川讲 度返楠长犬回 ， 亮琳 二 ， 刁 一 峥 了 时 丁浮 户 比 物翻 刁钱 图 煤粉 的 比表面积 与爆 炸性的关系 如 图 所示 ， 权 台 、 庞庄 、 夹河三 种 煤粉 的挥 发 份 及灰 份 很相近 ， 按 一 般情 况 都应 属于 强 烈爆 炸性煤 ， 但 实际 上只 是 由于 比表 面 积不一样 ， 只 有夹河具有强烈爆 炸性 ， 而 其他两 种 煤粉 均为弱爆 炸 性 见 图 虚线 。 户目 一口户口， 夹 ，可比 蛇 洲娜枷 马《 山姻 州刻一 一 一 一 一 一 陷度返毫曰长术久 产 同 时从 图 还 可 看 出 ， 在挥 发份 相似 情 况下 ， 比 表 而 积 大于 厘米 盆 克 ， 爆炸性能 增 强 较为剧 烈 。 图 为两 种 爆 炸 性强 烈 的 烟 煤 夹河 与马武 山煤 不 同的细度与爆 炸性的关系 。 图 表 明 ， 当煤粉 细度 较小时爆 炸性都增 强 ， 两种煤的 曲线 的变 化趋 势从木一 致 ， 只 是变 化的程 度不 同而 己 。 当细度小 于 目 时 ， 任一种煤粉 其 爆 炸性 增 强 就 不 显著 了 ， 也就 是说煤粉 细度 或 比表面 积 对它 的影 响就 很小 了 。 当 细 度 大于 目时 ， 煤 粉 的 爆 炸 性几乎都 等于 加 不 图 ，一卜，介粉 ‘必 扣 肠 一 ， 盛 石厄而 函 如 ，， ， 州 ” 沁魔 才月 目 煤粉 的细 度与爆 炸性的关 系 零 ， 目的 细度相 当于直径为 毫米的颖拉 ， 所 以 高炉喷吹烟 煤 即使 是爆 炸性强 的烟 煤 ， 如果 采 用粒度 目的煤粉 ， 几乎可 以 消除它 的爆 炸性 。 同 时 由图 还 可 以 看 出 ， 夹河 煤粉 达 到一 目具 有强 烈爆 炸性 ， 而 马武 山煤粉 要到 一 目才 具有强 烈爆炸性 。 而这种 煤粉 的可 嫌 基挥发份都超过 ， 这 主 要是 由于夹河 煤粉 具有较大比表 面 积 的缘 故 夹河煤粉 比表面 积 为 一 厘 米 克 ， 马 武 山为 厘米 克 。 在实际生产 中 ， 煤粉 的粒度 并不都是 目 以 下 ， 目的只 占一 部分 ， 如 高炉使 用 的马武 山煤粉 的颗粒 一 目的约 占 · ， 其他 的均 大于 目 见表 。 所 以 ， 现厂 煤粉 的爆炸性 比全 部 目的煤粉爆炸性小很多 。 例 如 ， 全 部小于 目的马武 山煤粉 具有 强 烈爆 炸 ， 而现厂 实际 使 用 煤粉 ， 由 于粒度组成 的不 同而 变成 弱爆 炸性 。 由此可见 ， 粒 度对煤 粉爆 炸性 有很大的 影响 。 因此 ， 烟 煤煤粉 的粒 度只 要能满 足高炉 冶炼和 喷吹 的 要求尽 量 大一 点对减少或消除其爆 炸性是 有利 的