D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.06.02 第30卷第6期 北京科技大学学报 Vol.30 No.6 2008年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2008 高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究 吴铿) 陈洪飞)徐万仁2) 张海滨)周翔)费三林) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)宝山钢铁股份公司研究院炼铁新技术研究所，上海201900 摘要测定了高喷煤比的高炉炉尘（重力灰和瓦斯灰）中矿物组成，给出了在不同煤比条件下未消耗焦炭和煤粉面积比·分 析了高喷煤比对高炉炉尘中碳质量分数和未消耗煤粉比例的影响。确定了宝钢高炉在高喷煤比时高炉炉尘中未消耗煤粉量、 焦炭颗粒量和煤粉在高炉内的利用率·通过试验发现，随着喷煤比增加，炉尘量增加，但在高喷煤比后，炉尘量波动较大·高 炉炉尘中未消耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加逐渐增加，而未消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响，基本上保持在3kg:一1 的水平，表明宝钢高炉焦炭品质很高· 关键词炼铁：炉尘：高喷煤比：含碳物质 分类号TF053 Research on the carbonaceous substance of dust and sludge in BF at large pulver- ized coal injection rate WU Keng),CHEN Hongfei,XU Wanren2.ZHA NG Haibin).ZHOU Xiang),FEI Sanlin) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Ironmaking Research Lab of Baosteel Research Institute,Shanghai Baosteel Group Corp..Shanghai 201900.China ABSTRACT The components and microstructure of BF dust (dust and sludge)in Baosteel BF at large pulverized coal injection (PCI)rate were investigated by microscopic analysis.The area percentages of unconsumed pulverized coal and coke particles were ob- tained at different PCI rates.The effect of large PCI rate on the mass fraction of carbon and the unconsumed pulverized coal ratio in BF dust was analyzed.The amounts of unconsumed pulverized coal and coke particles as well as the utilization rate of pulverized coal were tested in BF at large PCI rate.The experimental results showed that with increasing PCI rate the amount of BF dust increased, but at large PCI rate it fluctuated.With the increase in coal injection rate the amounts of carbon and unconsumed pulverized coal in BF dust increased,but the amount of unconsumed coke particles in BF dust hardly changed and kept at about 3kg.It is indicated that the quality of coke in Baosteel BF is very good. KEY WORDS ironmaking:BF dust:large pulverized coal injection rate:carbonaceous substance 提高喷煤量，降低焦比是高炉研究的一个长期 析不同煤比对炉尘灰中不同物质比例的影响.由炉 的热门课题.随着高炉喷煤量增加，炉尘灰（重 尘灰中未消耗焦炭和煤粉不同的比例，结合对炉尘 力灰和瓦斯泥)中碳含量也增加，深入研究高煤比 灰含碳量分析，确定出炉尘灰中未消耗焦炭量和煤 条件下，炉尘灰中含碳物质的来源，确定吨铁未消耗 粉量，进而计算出高喷煤比条件下煤粉在高炉内的 焦炭量和煤粉量，可以为在高煤比条件下保持高炉 利用率 顺行、高产、低能耗提供必要的参考依据， 本文采用矿相显微分析方法，定量地确定高炉 1矿相分析的结果 炉尘灰中含碳物质、非焦物质和含铁物质的比例，分 实验采用德国徕兹(Leica)DAS显微镜，型号 为DMRP、RXP,本研究借用煤相分析中统一标准 收稿日期：2007-04-10修回日期：2007-05-15 的数点法，将试样划分为24×24=576格，在相交点 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(N。, (包括边线上的点)测定500个以上（或有效点 2006AA06Z121) 作者简介：吴铿(1951一)男，教授，博士， 300个)，放大倍数为500，得到不同矿相面积的 E-mail:wukeng1030@sina.com 比例
高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究 吴 铿1） 陈洪飞1） 徐万仁2） 张海滨1） 周 翔1） 费三林1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 宝山钢铁股份公司研究院炼铁新技术研究所上海201900 摘 要 测定了高喷煤比的高炉炉尘（重力灰和瓦斯灰）中矿物组成给出了在不同煤比条件下未消耗焦炭和煤粉面积比．分 析了高喷煤比对高炉炉尘中碳质量分数和未消耗煤粉比例的影响．确定了宝钢高炉在高喷煤比时高炉炉尘中未消耗煤粉量、 焦炭颗粒量和煤粉在高炉内的利用率．通过试验发现随着喷煤比增加炉尘量增加但在高喷煤比后炉尘量波动较大．高 炉炉尘中未消耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加逐渐增加而未消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响基本上保持在3kg·t －1 的水平表明宝钢高炉焦炭品质很高． 关键词 炼铁；炉尘；高喷煤比；含碳物质 分类号 TF053 Research on the carbonaceous substance of dust and sludge in BF at large pulverized coal injection rate W U Keng 1）CHEN Hongfei 1）XU W anren 2）ZHA NG Haibin 1）ZHOU Xiang 1）FEI Sanlin 1） 1） School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Ironmaking Research Lab of Baosteel Research InstituteShanghai Baosteel Group Corp．Shanghai201900China ABSTRACT T he components and microstructure of BF dust （dust and sludge） in Baosteel BF at large pulverized coal injection （PCI） rate were investigated by microscopic analysis．T he area percentages of unconsumed pulverized coal and coke particles were obtained at different PCI rates．T he effect of large PCI rate on the mass fraction of carbon and the unconsumed pulverized coal ratio in BF dust was analyzed．T he amounts of unconsumed pulverized coal and coke particles as well as the utilization rate of pulverized coal were tested in BF at large PCI rate．T he experimental results showed that with increasing PCI rate the amount of BF dust increased but at large PCI rate it fluctuated．With the increase in coal injection rate the amounts of carbon and unconsumed pulverized coal in BF dust increasedbut the amount of unconsumed coke particles in BF dust hardly changed and kept at about3kg·t －1．It is indicated that the quality of coke in Baosteel BF is very good． KEY WORDS ironmaking；BF dust；large pulverized coal injection rate；carbonaceous substance 收稿日期：2007-04-10 修回日期：2007-05-15 基金 项 目： 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 资 助 项 目 （ No． 2006AA06Z121） 作者简介：吴 铿（1951－）男教授博士 E-mail：wukeng1030＠sina．com 提高喷煤量降低焦比是高炉研究的一个长期 的热门课题［1－4］．随着高炉喷煤量增加炉尘灰（重 力灰和瓦斯泥）中碳含量也增加．深入研究高煤比 条件下炉尘灰中含碳物质的来源确定吨铁未消耗 焦炭量和煤粉量可以为在高煤比条件下保持高炉 顺行、高产、低能耗提供必要的参考依据． 本文采用矿相显微分析方法定量地确定高炉 炉尘灰中含碳物质、非焦物质和含铁物质的比例分 析不同煤比对炉尘灰中不同物质比例的影响．由炉 尘灰中未消耗焦炭和煤粉不同的比例结合对炉尘 灰含碳量分析确定出炉尘灰中未消耗焦炭量和煤 粉量进而计算出高喷煤比条件下煤粉在高炉内的 利用率． 1 矿相分析的结果 实验采用德国徕兹（Leica） DAS 显微镜型号 为 DMRP、RXP．本研究借用煤相分析中统一标准 的数点法将试样划分为24×24＝576格在相交点 （包括边线上的点） 测定 500 个以上 （或有效点 300个）放大倍数为 500得到不同矿相面积的 比例． 第30卷 第6期 2008年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．6 Jun．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．06．012
第6期 吴经等：高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究 ,665 通过筛分发现：重力灰粒度主要在149~ 较轻，矿物和杂质中包括灰渣、玻璃质、含铁物质、 279m之间，约为60%左右；而瓦斯泥的粒度大部 灰色硅质和透明矿物， 分小于149m,约为90%左右.瓦斯泥的粒度满足 对宝钢高炉正常生产的喷煤比170,205和 岩相制样要求，而重力灰需要进行研磨，将粒度研磨 235kgt及大喷煤工业试验时喷煤比245kgt1 到小于149m后进行制样. 的炉尘灰进行了岩相分析，在正常生产时炉尘灰在 通过岩相分析，发现在炉尘灰中含有未消耗的 同一煤比条件下分别取六七个试样，而在大喷煤工 焦炭、煤粉、矿物和杂质，未消耗煤粉颗粒可分成微 业试验时，重力灰和瓦斯泥分别取三四个试样 变原煤颗粒、未变形颗粒、变形颗粒和残碳颗粒·残 表1和表2分别给出了不同喷煤比条件下部分 碳颗粒中碳的质量分数较其他颗粒要少得多，近 重力灰和瓦斯泥的岩相分析中组分表面积百分比， 90%已被消耗.未消耗焦炭颗粒可分成块状结构、 未消耗焦炭中主要是以颗粒镶嵌结构为主，未消耗 类丝碳、流动结构、片状结构和粒状嵌镶结构.未消 煤粉主要以变形颗粒为主，而在矿物和杂质中主要 耗焦炭的表面也有部分被烧损，但与煤粉相比程度 以灰渣和含铁的物质为主，其次是灰色硅质 表1部分重力灰岩相分析中组分表面积百分比 Table 1 Area percentages of the components of dust in BF by petrographical microanalysis ÷ 未消耗焦炭 未消耗煤粉 矿物及杂质 喷煤比/ (kg1) 块状 类丝流动片状 粒状镶 微变原未变形变形残碳 玻璃含铁 灰色透明 灰渣 结构 碳 结构结构 嵌结构 煤颗粒颗粒颗粒 颗粒 质物质 硅质 矿物 170(1) 2.302.83 3.59 26.28 1.40 一 35.82 一 21.712.76 3.31 205(1) 1.310.33 5.57 12.13 0.33 3.6020.980.9823.611.6426.562.95 205(2-1) 0.940.20 1.563.43 8.43 1.2111.232.8019.03 39.9411.24 205(2-2) 1.12 2.52 2.522.52 6.72 1.4012.322.2421.57 35.2911.480.28 235(1) 0.631.27 0.952.54 9.21 0.31 3.499.214.7625.71 -32.708.900.32 235(2) 1.672.331.565.34 10.11 1.79 2.2117.011.0024.651.9824.095.720.54 245(1) 1.450.652.675.32 6.03 2.455.6726.123.4316.341.6625.981.780.45 注：括号内1和2表示试样1和2；而2-1和2-2表示喷煤比为205kgt-1时试样2的两次平行试验 表2部分瓦斯泥岩相分析中组分表面积百分比 Table 2 Area percentages of the components of sludge in BF by petrographical microanalysis % 未消耗焦炭 未消耗煤粉 矿物及杂质 喷煤比/ (kg) 块状类丝流动片状 粒状镶 微变原未变形变形残碳 玻璃含铁灰色透明 灰渣 结构 碳结构结构 嵌结构 煤颗粒颗粒颗粒颗粒 质 物质硅质矿物 170(1) 2.30 一 0.802.59 8.28 一 0.0846.230.9834.783.560.31 205(1) 3.411.14 1.71 7.39 0.57 1.1433.817.6724.150.5715.632.84 205(2-1) 1.600.400.40 1.98 7.35 0.6416.2610.8532.86 21.705.340.64 205(2-2) 1.740.740.742.74 8.21 1.95 0.7512.988.6632.63 24.383.48 1.00 235(1) 0.300.590.601.78 5.34 0.30 6.2334.428.3130.56 9.781.78 235(2) 2.131.450.985.32 7.64 0.33 2.1431.606.7129.120.7110.231.000.64 245(1) 1.31 0.982.89 3.05 2.685.3942.125.7920.34 12.932.52 注：括号内1或2表示试样1和2；而2一1和2一2表示喷煤比为205kgt时试样2的两次平行试验 表3给出了在不同配煤比条件下，炉尘中未消 炭由喷煤比170kgt达到205kgt1时下降较大， 耗焦炭、未消耗煤粉以及矿物和杂质的面积百分比， 喷煤比达到235kgt1时变化不大，到245kgt1后 表中数值是在相同煤比条件下多个试样的平均值， 又有下降；而瓦斯泥中未消耗焦炭随着喷煤比增加 随着喷煤比增加，重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭的 出现较为均匀的下降趋势，高炉喷煤比增加到 面积百分比都呈现出下降趋势.重力灰中未消耗焦 205kgt后，重力灰和瓦斯泥中含煤物质的面积
通过 筛 分 发 现：重 力 灰 粒 度 主 要 在 149～ 279μm之间约为60％左右；而瓦斯泥的粒度大部 分小于149μm约为90％左右．瓦斯泥的粒度满足 岩相制样要求而重力灰需要进行研磨将粒度研磨 到小于149μm 后进行制样． 通过岩相分析发现在炉尘灰中含有未消耗的 焦炭、煤粉、矿物和杂质．未消耗煤粉颗粒可分成微 变原煤颗粒、未变形颗粒、变形颗粒和残碳颗粒．残 碳颗粒中碳的质量分数较其他颗粒要少得多近 90％已被消耗．未消耗焦炭颗粒可分成块状结构、 类丝碳、流动结构、片状结构和粒状嵌镶结构．未消 耗焦炭的表面也有部分被烧损但与煤粉相比程度 较轻．矿物和杂质中包括灰渣、玻璃质、含铁物质、 灰色硅质和透明矿物． 对宝钢高炉正常生产的喷煤比170205和 235kg·t －1及大喷煤工业试验时喷煤比245kg·t －1 的炉尘灰进行了岩相分析在正常生产时炉尘灰在 同一煤比条件下分别取六七个试样而在大喷煤工 业试验时重力灰和瓦斯泥分别取三四个试样． 表1和表2分别给出了不同喷煤比条件下部分 重力灰和瓦斯泥的岩相分析中组分表面积百分比． 未消耗焦炭中主要是以颗粒镶嵌结构为主未消耗 煤粉主要以变形颗粒为主而在矿物和杂质中主要 以灰渣和含铁的物质为主其次是灰色硅质． 表1 部分重力灰岩相分析中组分表面积百分比 Table1 Area percentages of the components of dust in BF by petrographical microanalysis ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 未消耗焦炭 未消耗煤粉 矿物及杂质 块状 结构 类丝 碳 流动 结构 片状 结构 粒状镶 嵌结构 微变原 煤颗粒 未变形 颗粒 变形 颗粒 残碳 颗粒 灰渣 玻璃 质 含铁 物质 灰色 硅质 透明 矿物 170 （1） 2∙30 2∙83 － 3∙59 26∙28 － － 1∙40 － 35∙82 － 21∙71 2∙76 3∙31 205 （1） 1∙31 0∙33 － 5∙57 12∙13 0∙33 3∙60 20∙98 0∙98 23∙61 1∙64 26∙56 2∙95 － 205 （2－1） 0∙94 0∙20 1∙56 3∙43 8∙43 － 1∙21 11∙23 2∙80 19∙03 － 39∙94 11∙24 － 205 （2－2） 1∙12 2∙52 2∙52 2∙52 6∙72 － 1∙40 12∙32 2∙24 21∙57 － 35∙29 11∙48 0∙28 235 （1） 0∙63 1∙27 0∙95 2∙54 9∙21 0∙31 3∙49 9∙21 4∙76 25∙71 － 32∙70 8∙90 0∙32 235 （2） 1∙67 2∙33 1∙56 5∙34 10∙11 1∙79 2∙21 17∙01 1∙00 24∙65 1∙98 24∙09 5∙72 0∙54 245 （1） 1∙45 0∙65 2∙67 5∙32 6∙03 2∙45 5∙67 26∙12 3∙43 16∙34 1∙66 25∙98 1∙78 0∙45 注：括号内1和2表示试样1和2；而2－1和2－2表示喷煤比为205kg·t －1时试样2的两次平行试验． 表2 部分瓦斯泥岩相分析中组分表面积百分比 Table2 Area percentages of the components of sludge in BF by petrographical microanalysis ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 未消耗焦炭 未消耗煤粉 矿物及杂质 块状 结构 类丝 碳 流动 结构 片状 结构 粒状镶 嵌结构 微变原 煤颗粒 未变形 颗粒 变形 颗粒 残碳 颗粒 灰渣 玻璃 质 含铁 物质 灰色 硅质 透明 矿物 170 （1） 2∙30 － 0∙80 2∙59 8∙28 － － － 0∙08 46∙23 0∙98 34∙78 3∙56 0∙31 205 （1） 3∙41 1∙14 － 1∙71 7∙39 0∙57 1∙14 33∙81 7∙67 24∙15 0∙57 15∙63 2∙84 － 205 （2－1） 1∙60 0∙40 0∙40 1∙98 7∙35 － 0∙64 16∙26 10∙85 32∙86 － 21∙70 5∙34 0∙64 205 （2－2） 1∙74 0∙74 0∙74 2∙74 8∙21 1∙95 0∙75 12∙98 8∙66 32∙63 － 24∙38 3∙48 1∙00 235 （1） 0∙30 0∙59 0∙60 1∙78 5∙34 0∙30 6∙23 34∙42 8∙31 30∙56 － 9∙78 1∙78 － 235 （2） 2∙13 1∙45 0∙98 5∙32 7∙64 0∙33 2∙14 31∙60 6∙71 29∙12 0∙71 10∙23 1∙00 0∙64 245 （1） 1∙31 － 0∙98 2∙89 3∙05 2∙68 5∙39 42∙12 5∙79 20∙34 － 12∙93 2∙52 － 注：括号内1或2表示试样1和2；而2－1和2－2表示喷煤比为205kg·t －1时试样2的两次平行试验． 表3给出了在不同配煤比条件下炉尘中未消 耗焦炭、未消耗煤粉以及矿物和杂质的面积百分比 表中数值是在相同煤比条件下多个试样的平均值． 随着喷煤比增加重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭的 面积百分比都呈现出下降趋势．重力灰中未消耗焦 炭由喷煤比170kg·t －1达到205kg·t －1时下降较大 喷煤比达到235kg·t －1时变化不大到245kg·t －1后 又有下降；而瓦斯泥中未消耗焦炭随着喷煤比增加 出现较为均匀的下降趋势．高炉喷煤比增加到 205kg·t －1后重力灰和瓦斯泥中含煤物质的面积 第6期 吴 铿等： 高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究 ·665·
,666 北京科技大学学报 第30卷 百分比有较大幅度的增加，重力灰中未消耗煤粉在 分析结果可以确定，焦炭中碳被消耗的平均程度要 喷煤比达到245kgt1时增加得较快，而瓦斯泥中 比煤粉低许多；这与煤粉由风口喷入，在炉内的行程 未消耗煤粉在喷煤比205kgt-1后出现均匀的增加 较长有关，煤粉被消耗的程度差异较大，修正的系 趋势.随着喷煤比增加，重力灰和瓦斯泥中矿物和 数也不相同.下式为对表1和2中测定焦炭和未消 杂质的面积百分比都呈现出下降趋势，变化的情况 耗煤粉面积比的修正公式， 与含焦物质相似 Σ焦炭=α（块状结构十类丝炭十流动结构十 表3不同喷煤比条件下炉尘灰中未消耗焦炭，未消耗煤粉和矿物 片状结构十粒状镶嵌结构) (1) 及杂质的面积比 Σ未消耗煤粉=微变原煤颗粒十 Table 3 Area ratio of unconsumed coke,unconsumed coal and the ma P(未变形颗粒和变形颗粒)十Y残碳颗粒(2) terial uncontained carbon in dust and sludge at different PCI rates 其中，a、B和Y是在镜下对不同颗粒进行观察，根据 喷煤比/未消耗焦炭 未消耗煤粉 矿物及杂质 其碳消耗的平均程度给出的结果 (gt)重力灰瓦斯泥重力灰瓦斯泥重力灰瓦斯泥 重力灰和瓦斯泥中焦炭颗粒内的碳有一部分被 170 33.2125.210.760.40 66.0274.34 消耗，不同未消耗煤粉颗粒被消耗程度相差较大，微 205 19.0415.8623.5835.97 57.2648.14 变形原煤颗粒几乎没有被消耗，未变形和变形颗粒 235 19.8311.17 24.22 49.45 55.95 39.39 被消耗较多，而残碳颗粒中碳含量就很少，根据大 245 15.2110.2442.0053.3742.7936.40 量显微分析结果，式(1)中α取0.9，式(2)中的3和 Y分别取0.5和0.1.岩相分析的重力灰和瓦斯泥 2未消耗焦炭和煤粉的百分比 颗粒可视为球状颗粒，细颗粒煤粉和焦炭的密度相 岩相分析得到的结果是面积比，瓦斯泥和研磨 差不大，在上述条件下可将颗粒比近似质量比，这样 后重力灰中含碳物质的颗粒可以近似看作大小相等 可确定了未消耗焦炭和煤粉的质量比，由碳含量可 球状颗粒，其面积比可近似为体积比，由于炉尘中 以计算炉尘中未消耗焦炭和煤粉的质量分数]. 含碳物质的密度相差不大，根据体积比可以确定质 表5为不同喷煤比时重力灰和瓦斯泥中未消耗煤粉 量比，再由化学分析得到重力灰和瓦斯泥中的碳含 碳占碳含量的比例，为相同喷煤比时多个试样的平 量后，进而能够给出重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭 均值 和煤粉的质量分数， 表5不同喷煤比条件下重力灰和瓦斯泥中未消耗煤粉碳占碳含量 不同煤比条件下重力灰和瓦斯泥中碳的质量分 的比例 数如表4所示，数据为相同煤比条件下多个试样的 Table 5 Rates of carbon umed coal in dust and sludge 平均值（以下各表中相同），在表4中重力灰中碳的 at different PCI rates % 质量分数随着喷煤比的增加而增加，喷煤比达到 喷煤比 喷煤比/ 重力灰 瓦斯泥 重力灰瓦斯泥 235kgt一后碳的质量分数有少许的下降：而瓦斯 (kg1) (kg4-1) 泥中碳的质量分数随着喷煤比的增加而增加，喷煤 170 0.01 0.01 235 0.45 0.77 比达到245kgt时碳的质量分数接近30%. 205 0.44 0.56 245 0.66 0.75 表4不同喷煤比条件下炉尘灰中碳的质量分数 表6为不同喷煤比条件下重力灰和瓦斯泥中未 Table 4 Mass fraction of carbon in dust and sludge at different PCI % 消耗焦炭和煤粉的质量分数.可以看出：宝钢高炉 rates 喷煤比 喷煤比/ 喷煤比在170kgt1,重力灰和布袋灰中未消耗煤 (kg-1) 重力灰瓦斯泥 (kg-1) 重力灰瓦斯泥 粉的含量很低：达到喷煤比为205kgt后，重力灰 170 13.35 10.68 235 19.70 24.43 和瓦斯泥中未消耗煤粉的质量分数增加较快，与表 205 16.00 18.14 245 19.00 28.37 4的结果比较可以发现，当重力灰中碳质量分数高 于瓦斯泥时未消耗煤粉的比例很少，而重力灰中碳 重力灰和瓦斯泥中未消耗煤粉和焦炭颗粒在炉 质量分数低于瓦斯泥时未消耗的煤粉比例明显地增 内上升过程中有些碳被消耗，但消耗的程度不同， 加，重力灰比瓦斯泥中碳质量分数越低则炉尘中未 确定重力灰和瓦斯泥中含碳物质的来源，需要根据 消耗煤粉比例越高。 显微分析观察不同的碳消耗程度.对表1和2中未 图1为宝钢高炉重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭 消耗焦炭和煤粉面积比，按经验进行修正，从显微 和煤粉质量分数与喷煤比的关系图，回归直线的相
百分比有较大幅度的增加．重力灰中未消耗煤粉在 喷煤比达到245kg·t －1时增加得较快而瓦斯泥中 未消耗煤粉在喷煤比205kg·t －1后出现均匀的增加 趋势．随着喷煤比增加重力灰和瓦斯泥中矿物和 杂质的面积百分比都呈现出下降趋势变化的情况 与含焦物质相似． 表3 不同喷煤比条件下炉尘灰中未消耗焦炭、未消耗煤粉和矿物 及杂质的面积比 Table3 Area ratio of unconsumed cokeunconsumed coal and the material uncontained carbon in dust and sludge at different PCI rates ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 未消耗焦炭 未消耗煤粉 矿物及杂质 重力灰 瓦斯泥 重力灰 瓦斯泥 重力灰 瓦斯泥 170 33∙21 25∙21 0∙76 0∙40 66∙02 74∙34 205 19∙04 15∙86 23∙58 35∙97 57∙26 48∙14 235 19∙83 11∙17 24∙22 49∙45 55∙95 39∙39 245 15∙21 10∙24 42∙00 53∙37 42∙79 36∙40 2 未消耗焦炭和煤粉的百分比 岩相分析得到的结果是面积比瓦斯泥和研磨 后重力灰中含碳物质的颗粒可以近似看作大小相等 球状颗粒其面积比可近似为体积比．由于炉尘中 含碳物质的密度相差不大根据体积比可以确定质 量比再由化学分析得到重力灰和瓦斯泥中的碳含 量后进而能够给出重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭 和煤粉的质量分数． 不同煤比条件下重力灰和瓦斯泥中碳的质量分 数如表4所示数据为相同煤比条件下多个试样的 平均值（以下各表中相同）．在表4中重力灰中碳的 质量分数随着喷煤比的增加而增加喷煤比达到 235kg·t －1后碳的质量分数有少许的下降；而瓦斯 泥中碳的质量分数随着喷煤比的增加而增加喷煤 比达到245kg·t －1时碳的质量分数接近30％． 表4 不同喷煤比条件下炉尘灰中碳的质量分数 Table4 Mass fraction of carbon in dust and sludge at different PCI rates ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 重力灰 瓦斯泥 170 13∙35 10∙68 205 16∙00 18∙14 喷煤比／ （kg·t －1） 重力灰 瓦斯泥 235 19∙70 24∙43 245 19∙00 28∙37 重力灰和瓦斯泥中未消耗煤粉和焦炭颗粒在炉 内上升过程中有些碳被消耗但消耗的程度不同． 确定重力灰和瓦斯泥中含碳物质的来源需要根据 显微分析观察不同的碳消耗程度．对表1和2中未 消耗焦炭和煤粉面积比按经验进行修正．从显微 分析结果可以确定焦炭中碳被消耗的平均程度要 比煤粉低许多；这与煤粉由风口喷入在炉内的行程 较长有关．煤粉被消耗的程度差异较大修正的系 数也不相同．下式为对表1和2中测定焦炭和未消 耗煤粉面积比的修正公式． Σ焦炭＝α（块状结构＋类丝炭＋流动结构＋ 片状结构＋粒状镶嵌结构） （1） Σ未消耗煤粉＝微变原煤颗粒＋ β（未变形颗粒和变形颗粒）＋γ残碳颗粒 （2） 其中α、β和γ是在镜下对不同颗粒进行观察根据 其碳消耗的平均程度给出的结果． 重力灰和瓦斯泥中焦炭颗粒内的碳有一部分被 消耗不同未消耗煤粉颗粒被消耗程度相差较大微 变形原煤颗粒几乎没有被消耗未变形和变形颗粒 被消耗较多而残碳颗粒中碳含量就很少．根据大 量显微分析结果式（1）中 α取0∙9式（2）中的 β和 γ分别取0∙5和0∙1．岩相分析的重力灰和瓦斯泥 颗粒可视为球状颗粒细颗粒煤粉和焦炭的密度相 差不大在上述条件下可将颗粒比近似质量比这样 可确定了未消耗焦炭和煤粉的质量比．由碳含量可 以计算炉尘中未消耗焦炭和煤粉的质量分数［5－7］． 表5为不同喷煤比时重力灰和瓦斯泥中未消耗煤粉 碳占碳含量的比例为相同喷煤比时多个试样的平 均值． 表5 不同喷煤比条件下重力灰和瓦斯泥中未消耗煤粉碳占碳含量 的比例 Table5 Rates of carbon content of unconsumed coal in dust and sludge at different PCI rates ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 重力灰 瓦斯泥 170 0∙01 0∙01 205 0∙44 0∙56 喷煤比／ （kg·t －1） 重力灰 瓦斯泥 235 0∙45 0∙77 245 0∙66 0∙75 表6为不同喷煤比条件下重力灰和瓦斯泥中未 消耗焦炭和煤粉的质量分数．可以看出：宝钢高炉 喷煤比在170kg·t －1重力灰和布袋灰中未消耗煤 粉的含量很低；达到喷煤比为205kg·t －1后重力灰 和瓦斯泥中未消耗煤粉的质量分数增加较快．与表 4的结果比较可以发现当重力灰中碳质量分数高 于瓦斯泥时未消耗煤粉的比例很少而重力灰中碳 质量分数低于瓦斯泥时未消耗的煤粉比例明显地增 加重力灰比瓦斯泥中碳质量分数越低则炉尘中未 消耗煤粉比例越高． 图1为宝钢高炉重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭 和煤粉质量分数与喷煤比的关系图．回归直线的相 ·666· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第6期 吴铿等：高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究 667 关系数在0.92~0.99之间，表明线性相关很好.未 表7不同喷煤比重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉的碳量 消耗焦炭和煤粉在重力灰和瓦斯泥中的质量分数变 Table 7 Unconsumed coke and coal content in dust and sludge at dif- 化的规律完全相同.随着喷煤比的增加，未消耗焦 ferent PCI rates kg-1 炭的质量分数下降，下降的斜率基本相同，重力灰中 炉尘 喷煤比/ 吨铁炉尘未消耗焦炭未消耗煤 炉尘量 未消耗焦炭比瓦斯泥中的多，而未消耗煤粉的质量 种类 (kg-1) 的碳量 的碳量 粉的碳量 分数增加，瓦斯泥中未消耗煤粉的质量分数比重力 重力灰 170 17.55 2.34 2.32 0.02 灰增加得快 瓦斯灰 170 9.80 1.05 1.04 0.01 重力灰 205 20.76 3.32 1.84 1.48 表6不同喷煤比条件下重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉质量 瓦斯灰 205 13.31 2.41 1.06 1.36 分数 重力灰 235 16.22 3.20 1.75 1.46 Table 6 Mass fractions of unconsumed coke and coal in dust and sludge at different PCIs % 瓦斯灰 235 17.34 4.06 0.92 3.14 喷煤比/ 重力灰中 瓦斯泥中 重力灰中 瓦斯泥中 重力灰 245 24.24 4.61 1.56 3.05 (kg一)未消耗焦炭未消耗焦炭未消耗煤粉未消耗煤粉 瓦斯灰 245 22.91 6.50 1.56 4.94 170 13.24 10.59 0.09 0.10 图2给出了炉尘中（重力灰和瓦斯泥）未消耗焦 205 8.87 7.94 7.14 10.21 炭和煤粉的总量与喷煤比的关系，由图可见：随着 235 8.97 5.30 10.73 18.13 喷煤比增加，炉尘量增加，但在高喷煤比后，炉尘量 245 6.83 6.44 12.59 21.53 波动较大，未消耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加 逐渐增加，而未消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响， 30 基本上保持在3kgt的水平，表明宝钢高炉焦炭 ■重力灰中未消耗焦炭 241 ·瓦斯灰中未消耗焦炭 品质很高，这为高喷煤比奠定了必要的基础 ▲重力灰中未消耗煤粉 30 ?瓦斯灰中未消耗煤粉 818 ·吨铁炉尘量 24F ·吨铁未消耗碳量 “吨铁未消耗焦炭的碳量 12 ?吨铁未消耗煤粉的碳量 E18 鲨 12 畅 60 180 200 220 240 260 喷煤比kg) 图1重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉质量分数与喷煤比 160 180 200 220 240 260 的关系 喷煤比kg) Fig.1 Relations of the mass fractions of uncontained coke and coal in dust and sludge with PCI rate 图2吨铁炉尘量、未消耗碳、焦炭和煤粉量与喷煤比的关系 Fig.2 Relations of the amounts of dust and sludge,unconsumed carbon,coke and coal with PCI rate 3吨铁未消耗焦炭和煤粉量以及煤粉利 用率 煤粉中的挥发分在高炉风口前全部被挥发，绝 大多数的灰分进入炉渣.假定煤粉消耗的碳量与灰 在表6中是不同喷煤比条件下，高炉重力灰和 分量成正比，即假定未消耗煤粉中灰分比例与煤粉 瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉质量分数，喷煤比变化 的相同，宝钢喷吹煤粉中灰分的质量分数都小于 后，重力灰和瓦斯泥的量也变化，确定了高炉重力 10%,见表8. 灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉的质量分数后，由 在上述假定条件下可以计算出煤粉在高炉中的 重力灰量和瓦斯泥量可以确定出吨铁重力灰和瓦斯 利用率，结果见表9.表9给出不同喷煤量时煤粉在 泥中未消耗焦炭和煤粉的量，其结果见表7. 高炉内的利用率，其中未消耗煤的总量是由未消耗 由表7可见，重力灰量和瓦斯泥量大体上随着 煤粉的碳量换算过来的，宝钢高炉喷吹煤粉的利用 喷煤比的增加而增加，在喷煤比较高时，炉尘量波动 率较高，即使在喷煤量达到245kgt时，利用率仍 较大 可达到96.55%
关系数在0∙92～0∙99之间表明线性相关很好．未 消耗焦炭和煤粉在重力灰和瓦斯泥中的质量分数变 化的规律完全相同．随着喷煤比的增加未消耗焦 炭的质量分数下降下降的斜率基本相同重力灰中 未消耗焦炭比瓦斯泥中的多而未消耗煤粉的质量 分数增加瓦斯泥中未消耗煤粉的质量分数比重力 灰增加得快． 表6 不同喷煤比条件下重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉质量 分数 Table6 Mass fractions of unconsumed coke and coal in dust and sludge at different PCIs ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 重力灰中 未消耗焦炭 瓦斯泥中 未消耗焦炭 重力灰中 未消耗煤粉 瓦斯泥中 未消耗煤粉 170 13∙24 10∙59 0∙09 0∙10 205 8∙87 7∙94 7∙14 10∙21 235 8∙97 5∙30 10∙73 18∙13 245 6∙83 6∙44 12∙59 21∙53 图1 重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉质量分数与喷煤比 的关系 Fig．1 Relations of the mass fractions of uncontained coke and coal in dust and sludge with PCI rate 3 吨铁未消耗焦炭和煤粉量以及煤粉利 用率 在表6中是不同喷煤比条件下高炉重力灰和 瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉质量分数．喷煤比变化 后重力灰和瓦斯泥的量也变化．确定了高炉重力 灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉的质量分数后由 重力灰量和瓦斯泥量可以确定出吨铁重力灰和瓦斯 泥中未消耗焦炭和煤粉的量其结果见表7． 由表7可见重力灰量和瓦斯泥量大体上随着 喷煤比的增加而增加在喷煤比较高时炉尘量波动 较大． 表7 不同喷煤比重力灰和瓦斯泥中未消耗焦炭和煤粉的碳量 Table7 Unconsumed coke and coal content in dust and sludge at different PCI rates kg·t －1 炉尘 种类 喷煤比／ （kg·t －1） 炉尘量 吨铁炉尘 的碳量 未消耗焦炭 的碳量 未消耗煤 粉的碳量 重力灰 170 17∙55 2∙34 2∙32 0∙02 瓦斯灰 170 9∙80 1∙05 1∙04 0∙01 重力灰 205 20∙76 3∙32 1∙84 1∙48 瓦斯灰 205 13∙31 2∙41 1∙06 1∙36 重力灰 235 16∙22 3∙20 1∙75 1∙46 瓦斯灰 235 17∙34 4∙06 0∙92 3∙14 重力灰 245 24∙24 4∙61 1∙56 3∙05 瓦斯灰 245 22∙91 6∙50 1∙56 4∙94 图2给出了炉尘中（重力灰和瓦斯泥）未消耗焦 炭和煤粉的总量与喷煤比的关系．由图可见：随着 喷煤比增加炉尘量增加但在高喷煤比后炉尘量 波动较大．未消耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加 逐渐增加而未消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响 基本上保持在3kg·t －1的水平表明宝钢高炉焦炭 品质很高这为高喷煤比奠定了必要的基础． 图2 吨铁炉尘量、未消耗碳、焦炭和煤粉量与喷煤比的关系 Fig．2 Relations of the amounts of dust and sludgeunconsumed carboncoke and coal with PCI rate 煤粉中的挥发分在高炉风口前全部被挥发绝 大多数的灰分进入炉渣．假定煤粉消耗的碳量与灰 分量成正比即假定未消耗煤粉中灰分比例与煤粉 的相同．宝钢喷吹煤粉中灰分的质量分数都小于 10％见表8． 在上述假定条件下可以计算出煤粉在高炉中的 利用率结果见表9．表9给出不同喷煤量时煤粉在 高炉内的利用率其中未消耗煤的总量是由未消耗 煤粉的碳量换算过来的．宝钢高炉喷吹煤粉的利用 率较高即使在喷煤量达到245kg·t －1时利用率仍 可达到96∙55％． 第6期 吴 铿等： 高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究 ·667·
,668 北京科技大学学报 第30卷 表8宝钢高炉煤粉工业成分（质量分数） 加而增加；在喷煤比较高时，炉尘量波动较大.未消 Table 8 Proximate analysis of pulverized coal in Baosteel% 耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加逐渐增加；而未 喷煤比/ (kgt1) 水分 灰分 挥发分 固定碳 消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响，基本上保持在 3kgt的水平.在高喷煤比时，虽然吨铁的焦炭量 170 2.02 8.65 14.12 75.22 下降，但焦炭破损的程度并没有增加，表明宝钢高炉 205 2.56 7.53 17.98 71.93 焦炭品质很高 235 0.44 8.28 25.99 65.31 245 0.44 8.28 25.99 65.31 参考文献 [1]Ichida M.Orimoto T,Tanaka T,et al.Behavior of pulverized 表9宝钢高炉喷吹煤粉利用率 coal ash and physical property of dripping slag under high pulver- Table 9 Utilization rate of pulverized coal in Baosteel ized coal injection operation.ISIJ Int.2001.41(2):136 重力灰二次灰 未消耗 煤粉利用煤粉 [2]Ma Z F.Wu K.Dou Q H,et al.Effect of pulverized coal size on 喷煤比/ 量/ (kg) 量/ 煤总量/ 率（不包括 利用 combustion hefore tuyere in BF.Iron Steel,2003,38(7):35 (kgt(kgt)(kt)灰分)/%率/% (马政蜂，吴铿，窦庆和，等.煤粉粒度对高炉风口前燃烧性能 170 17.552 9.798 0.057 99.84 99.97 的影响.钢铁，2003,38(7)：35) 205 20.762 13.307 2.834 98.65 98.62 [3] MaZ F.Wu K.Yang T J.et al.Industrial experiment with rougher pulverized lean coal in BF.JUniv Sci Technol Beijing. 235 17.242 15.971 5.371 97.81 97.71 2003,25(3):211 245 22.23922.615 8.447 96.69 96.55 (马政峰，吴铿，杨天钧，等.放宽高炉喷吹煤粉粒度的工业实 验.北京科技大学学报，2003,25(3)：211) 4结论 [4]Chen P.The Character.Classification and Application of Chi- nese Coal.Beijing:Chemical Industry Press.2001) 矿相显微分析显示，高炉重力灰和瓦斯泥主要 (陈鹏。中国煤炭性质、分类和利用。北京，化学工业出版社， 由未消耗焦炭和煤粉以及矿物和杂质组成，未消耗 2001) [5]Xu W R.Wu K.Zuo B.et al.A calculated Method of Measur- 的焦炭中主要是以颗粒镶嵌结构为主，未消耗的煤 ing Unused Pulverized Coal in the Dust and Sludge at BF and 粉中主要以变形颗粒为主，而在矿物和杂质中主要 Utili=ation of PCI:China Patent ZL 02 1 31238.9.2004-12- 以灰渣和含铁的物质为主，随着喷煤比增加，重力 29 灰和瓦斯泥中未消煤粉的面积百分比增加，使得未 (徐万仁，吴铿，左兵，等.一种测定高炉炉尘中未燃煤粉含量 耗焦炭面积比以及杂质和矿物的面积百分比都呈现 及煤粉利用率的计算方法：中国专利ZL02131238.9.200 12-29) 出下降趋势 [6]Zhang F.Wu K.Zhu J M.et al.Source of material containing 重力灰和瓦斯泥中碳的质量分数随着喷煤比的 carbon in dust and sludge at BF.J Unis Sci Technol Beijing. 增加而增加，瓦斯泥中碳的质量分数增加幅度比重 2006,28(6):559 力灰要高，当重力灰中碳的质量分数高于瓦斯泥 (张飞，吴壑，朱锦明，等。高炉炉尘中含碳物质的来源.北京 时，未消耗煤粉的比例很少；而重力灰中碳的质量分 科技大学学报，2006,28(6)：559) 数低于瓦斯泥时，未消耗的煤粉比例显著增加；重力 [7]Xia Z H.Wu K.Zhu J M,et al.Utilization ratio of pulverized Changcun lean coal in large coal injection in a blast furnace.J 灰比瓦斯泥中碳的质量分数越低，炉尘中未消耗煤 Univ Sci Technol Beijing.006.28(7):676 粉比例越高 (夏柱海，吴铿，朱锦明，等。高炉喷吹常村煤时煤粉的利用率 重力灰和瓦斯泥的质量大体上随着喷煤比的增 北京科技大学学报，2006,28(7)：676)
表8 宝钢高炉煤粉工业成分（质量分数） Table8 Proximate analysis of pulverized coal in Baosteel ％ 喷煤比／ （kg·t －1） 水分 灰分 挥发分 固定碳 170 2∙02 8∙65 14∙12 75∙22 205 2∙56 7∙53 17∙98 71∙93 235 0∙44 8∙28 25∙99 65∙31 245 0∙44 8∙28 25∙99 65∙31 表9 宝钢高炉喷吹煤粉利用率 Table9 Utilization rate of pulverized coal in Baosteel 喷煤比／ （kg·t －1） 重力灰 量／ （kg·t －1） 二次灰 量／ （kg·t －1） 未消耗 煤总量／ （kg·t －1） 煤粉利用 率（不包括 灰分）／％ 煤粉 利用 率／％ 170 17∙552 9∙798 0∙057 99∙84 99∙97 205 20∙762 13∙307 2∙834 98∙65 98∙62 235 17∙242 15∙971 5∙371 97∙81 97∙71 245 22∙239 22∙615 8∙447 96∙69 96∙55 4 结论 矿相显微分析显示高炉重力灰和瓦斯泥主要 由未消耗焦炭和煤粉以及矿物和杂质组成．未消耗 的焦炭中主要是以颗粒镶嵌结构为主未消耗的煤 粉中主要以变形颗粒为主而在矿物和杂质中主要 以灰渣和含铁的物质为主．随着喷煤比增加重力 灰和瓦斯泥中未消煤粉的面积百分比增加使得未 耗焦炭面积比以及杂质和矿物的面积百分比都呈现 出下降趋势． 重力灰和瓦斯泥中碳的质量分数随着喷煤比的 增加而增加瓦斯泥中碳的质量分数增加幅度比重 力灰要高．当重力灰中碳的质量分数高于瓦斯泥 时未消耗煤粉的比例很少；而重力灰中碳的质量分 数低于瓦斯泥时未消耗的煤粉比例显著增加；重力 灰比瓦斯泥中碳的质量分数越低炉尘中未消耗煤 粉比例越高． 重力灰和瓦斯泥的质量大体上随着喷煤比的增 加而增加；在喷煤比较高时炉尘量波动较大．未消 耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加逐渐增加；而未 消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响基本上保持在 3kg·t －1的水平．在高喷煤比时虽然吨铁的焦炭量 下降但焦炭破损的程度并没有增加表明宝钢高炉 焦炭品质很高． 参 考 文 献 ［1］ Ichida MOrimoto TTanaka Tet al．Behavior of pulverized coal ash and physical property of dripping slag under high pulverized coal injection operation．ISIJ Int200141（2）：136 ［2］ Ma Z FWu KDou Q Het al．Effect of pulverized coal size on combustion before tuyere in BF．Iron Steel200338（7）：35 （马政峰吴铿窦庆和等．煤粉粒度对高炉风口前燃烧性能 的影响．钢铁200338（7）：35） ［3］ Ma Z FWu KYang T Jet al．Industrial experiment with rougher pulverized lean coal in BF．J Univ Sci Technol Beijing 200325（3）：211 （马政峰吴铿杨天钧等．放宽高炉喷吹煤粉粒度的工业实 验．北京科技大学学报200325（3）：211） ［4］ Chen P．The CharacterClassification and Application of Chinese Coal．Beijing：Chemical Industry Press2001） （陈鹏．中国煤炭性质、分类和利用．北京化学工业出版社 2001） ［5］ Xu W RWu KZuo Bet al．A calculated Method of Measuring Unused Pulverized Coal in the Dust and Sludge at BF and Utiliz ation of PCI：China Patent ZL 02131238．9．2004－12－ 29 （徐万仁吴铿左兵等．一种测定高炉炉尘中未燃煤粉含量 及煤粉利用率的计算方法：中国专利 ZL02131238．9．2004－ 12－29） ［6］ Zhang FWu KZhu J Met al．Source of material containing carbon in dust and sludge at BF．J Univ Sci Technol Beijing 200628（6）：559 （张飞吴铿朱锦明等．高炉炉尘中含碳物质的来源．北京 科技大学学报200628（6）：559） ［7］ Xia Z HWu KZhu J Met al．Utilization ratio of pulverized Changcun lean coal in large coal injection in a blast furnace． J Univ Sci Technol Beijing200628（7）：676 （夏柱海吴铿朱锦明等．高炉喷吹常村煤时煤粉的利用率． 北京科技大学学报200628（7）：676） ·668· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷