摘要：文中介绍了高炉喷煤对炼铁技术发展的重大意义，评价了我国喷煤水平现状，阐述了高喷煤比的关键技术：保持炉缸热量充沛技术，提高煤粉燃烧率技术，提高炉料透气性技术和煤焦置换比高的

相关技术。

关键词：喷煤比  焦炭  高炉操作  

高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外高炉炼铁技术发展的大趋势，也是上世纪我国钢铁工业发展的三大重要技术路线之一，也是降低炼铁成本的重要手段。所以，我们应当努力提高喷煤比。提高喷煤比的技术措施是：保证炉缸热量充沛，使用高风温，提高炉料铁品位（降低吨铁渣量），进行脱湿和富氧鼓风，提高炉料透气性和高炉操作水平，优选煤种，均匀喷吹，改善煤粉燃烧条件等。

    1  高炉喷煤的重大意义    

（1）减少炼焦过程对环境的污染。高炉喷煤代替焦炭，就减少了高炉炼铁对焦炭的需求，就可以使焦炉少生产焦炭。焦炉少生产焦炭或少建焦炉，就可以减少炼焦过程对环境的污染。

  （2）缓解我国主焦煤的短缺，优化炼铁系统用能结构。炼焦配煤一般需要配50％以上的主焦煤，以满足高炉炼铁对焦炭质量方面的要求。喷吹煤粉的煤种广泛，可以不使用主焦煤。这就缓解了我国主焦煤的短缺，同时也降低了炼铁系统的购煤成本。

    （3）高炉喷煤可以实现结构节能。2015年我国重点钢铁企业焦化工序能耗为99.66kgce／t，喷煤的制粉和喷吹所需的能耗在20~35kgce／t。高炉每喷吹1t煤粉，就可以产生炼铁系统用能结构节约64~79kgce／t左右的效果。

（4）高炉喷煤可降低炼铁系统的投资。据统计，国外建设喷煤车间的投资是焦化厂单位投资的25％~30％，转换为冶金焦的单位投资是30％~40％；中国喷煤车间的单位投资是焦化厂建设单位投资的12％~16％，为冶金焦部分投资的15％~20％。所以，在新建和扩容高炉时，建设或扩建喷煤车间必须同步实施，这样会有较大的经济效益。

    （5）煤粉代替焦炭会有巨大的经济效益。今年5月份，炼焦煤加权平均采购成本为629.13元/t，喷吹煤采购成本为517.67元/t，冶金焦炭为902,10元/t；冶金焦炭和煤粉的每吨价差在384.43元。一个年产400万t的炼铁企业，如果喷煤比在130kg／t，就可以年喷吹52万t煤粉，代替的等量的焦炭，可以产生年降低1537.72万元的炼铁成本。

（6）提高企业劳动生产率，降低生产运行费。喷煤车间的员工人数和生产运行费用要比焦化厂少得多，这样就可以产生因高炉喷煤而提高钢铁企业劳动生产率、障低生产运行费用的效果。

（7）多喷煤，允许高炉使用高风温。没有喷煤的高炉一般可以使用1000~1050℃风温。如太高了，会造成风口理论燃烧温度过高，硅还原高，高炉难以操作。所以，高炉刚开炉时用不上高风温。

    2、我国喷煤水平发展不平衡，与国际先进水平尚有差距    

据统计，2015年我国中钢协会员企业高炉喷煤比142.17kg／t，比上年度下降3.30kg／t，是近年来喷煤比下降较大的一年。这是因为炉料价格下降，高炉进行经济喷煤，造成去年喷煤比下降的局面。与去年相比,有53个企业喷煤比在下降，有17个企业喷煤比得到提高。喷煤比降幅较大的企业有：张店降低27.43kg/t,西林降低27.41kg/t,涟钢降低23.94kg/t,冷水江降低22.72kg/t,韶关降低19.39kg/t,德龙降低16.63kg/t,太钢降低16.58kg/t,长治降低15.59kg/t,青钢降低15.24kg/t,酒钢降低14.89kg/t,新兴铸管降低14.51kg/t,济钢降低13.15kg/t,湘钢降13.17kg/t,武钢股份降低12.96kg/t,邢钢降12.76kg/t等。有17个企业喷煤比得到提高，提高煤比较多的企业有：鄂钢提高22.61kg/t,圣戈班提高17.90kg/t,申特提高17.73kg/t,鞍钢提高15.01kg/t,宣提高9.52kg/t,南京提高9.32kg/t。

提高喷煤比的技术条件是：高风温，富氧，脱湿鼓风;入炉矿含铁品位高，渣铁比低，炉料透气性好，优化高炉操作,炉内煤气分布均匀;各风口煤粉喷吹均匀,喷吹煤质量好（发热值高，可磨性，流动性，可燃烧性，含碳量高，含有害杂质低等）;矿石冶金性能好,使软熔带低,且窄等。喷煤比值的高低一定要与高炉生产条件相适应，特别是原燃料质量水平状况。当前，炼铁企业已不在单纯追求高喷煤比的指标，讲求经济喷煤比，经济燃料比，最佳的经济效益。

2015年全国重点钢铁企业中,喷煤比较高的企业有：太钢172.43kg/t,营口中板174.91kg/t,淮钢161.44kg/t,莱钢161.17kg/t、宝钢集团160.86kg/t,国丰160.63kg/t,通钢159.44kg/t,沙钢158.88kg/t、鞍钢158.71kg/t,首钢156.57kg/t,水钢156.30kg/t,建龙155.92kg/t、武钢股份155.46kg/t、柳钢153.47kg/t、青钢152.18 kg/t等；喷煤比最低的企业仅为88.70kg/t。

  我国高炉喷煤水平与国际先进水平尚有较大差距，国际领先的高炉喷煤比是266kg／t，宝钢也曾达到过260kg／t的水平。国际先进水平的喷煤比为180~200kg／t。目前,新建大于2000立方米的高炉设计喷煤比均要大于180 kg／t, 4000立方米以上的高炉设计喷煤比均要大于200 kg／t。

《中国钢铁工业科学与技术发展指南(2011~2020年)》中提出了高炉喷煤指标：2011~2020年全国重点钢铁企业大于2500m³高炉喷煤量≥160~200kg／t，大于1000m³高炉喷煤量≥140kg/t,使用30%以上多金属难选复合矿冶炼的高炉喷煤量≥140kg/t。

  3  高喷煤比的关键技术

    钢铁工业是个有条件组织生产的行业，炼铁生产工艺、技术、装备运行是有一整套科学规律的，要符合炼铁学基本原理。具备什么样条件，就会出现什么样的生产技术指标。这也就是说，高炉炼铁生产是要有一定条件的，提高喷煤比也是需要一些关键支撑技术。本人认为，高喷煤比的关键技术是：保持炉缸热量充沛技术，提高煤粉燃烧率技术，提高炉料透气性技术和煤焦置换比高的相关技术。

    3.1 保持炉缸热量充沛技术

    高炉炼铁正常生产需要炉缸有充沛的热量，以保证铁矿石还原，渣铁流动性好、易分离，炉渣脱硫率高和透气性好。炉缸热量是用炉缸理论燃烧温度来表示。炉缸热量充沛是要求炉缸的温度和热量要高。理论燃烧温度在2200±50℃视为合理值。宝钢高炉炉料质量好，允许风口前理论燃烧温度在2100±50℃，高炉仍然可以正常运行。

    煤粉喷进风口后需要吸收热量。首先是煤粉被加热，然后是挥发分燃烧和碳素燃烧。这样，每喷吹l0kg/t无烟煤会使炉缸温度下降15~20℃，l0kg/t烟煤会使炉缸温度下降20~25℃。喷煤量大于l00kg／t会使炉缸温度下降150~250℃以上。高喷煤比会使炉缸温度下降幅度更大。为使炉缸温度保持在2200±50℃合理范围内，就需要采取保持炉合理缸温度的技术措施，具体办法是：

    (1)提高热风温度：热风温度升高l00℃，可使炉缸理论燃烧温度升高60~80℃，允许多喷30~40kg／t煤粉。

    (2)采用富氧鼓风：富氧率提高1％，炉缸理论燃烧温度升高45~50℃，允许多喷煤粉20~30kg／t。

    (3)采用脱湿鼓风：鼓风湿度每降低1g／m3，理论燃烧温度升高6~7℃，热风温度提高9℃,允许多喷3~4kg／t煤粉。

  3.2 提高煤粉燃烧率技术

    煤粉在炉缸内的燃烧包括可燃气体(煤粉受热分解而来)的分解燃烧和固态碳(煤粉分解后残留碳)表面燃烧。这些燃烧水平取决于温度、氧气含量和煤粉的比表面积和燃烧时间。宝钢测定高炉喷煤比在170kg／t、205kg／t、203kg／t时，煤粉在风口回旋区的燃烧率分别为84.9％、72.0％和70.5％。这说明还要有30％左右的煤粉要在风口回旋区以上的炉料中进行燃烧和气化。高炉内未能燃烧的煤粉将会被高速运动的煤气流带出高炉，致使煤气除尘灰中的含碳量增多。所以说，除尘灰中含碳量多少，是煤粉燃烧率高低的重要标志。

    提高煤粉燃烧率的技术措施是：

    (1)提高热风温度：喷煤比在180~200kg／t，高炉需要有1200℃以上的热风温度。风温低于1000℃以下的高炉是不利于喷煤的.

    (2)进行富氧鼓风：富氧率提高1%，煤粉燃烧率提高1.51%，风口前理论燃烧温度升高45~50℃，可允许提高喷煤比12~20kg／t，提高产量4.79%，煤气热值提高3.4%，煤气量减少，风口径要缩小1%-1.4%。既可提高炉缸温度，又提供了氧气助燃剂，喷煤比在180~200kg／t时需要富氧3％以上；在燃烧学理论上，要求要有1.15以上的空气过剩系数。

    (3)提高煤粉的比表面积，与氧气接触面大，促进煤粉燃烧：要求一般煤粉粒度-200网目要大于50％。采用烟煤和无烟煤混合喷煤，煤粉粒度-200网目要大于60％(烟煤中的挥发分遇高温时要分解，致使煤粉爆裂，增加煤粉比表面积)。无烟煤煤粉粒度-200网目要大于70％-80%。煤粉水分控制1.5%±0.5%,最高不超过2.5%。

    (4)脱湿鼓风可以产生提高炉缸温度和鼓风中氧气含量高的双重效果。湿分降低1%，理论燃烧温度升高45℃，焦比降低0.9%，产量增高3.2%。将鼓风湿度控制在6％左右。进行脱湿鼓风,可以实现四季如冬的风量鼓风(夏季要比冬季风量少14%左右),鞍钢鲅鱼圈等高炉就有脱湿鼓风装置。

(5)提高炉顶煤气压力，减小煤气流速，延长煤粉在炉内燃烧的时间，降低煤气压力差。据测算，煤粉在炉缸的燃烧时间在0.01~0 04s内，其加热速度103~106k／s。提高炉顶煤气压力还促进增产和冶炼低硅铁的作用。

    3.3 提高料柱透气性技术

    高炉正常操作要维持一个合理的煤气压差值，即热风压力减去炉顶压力的数值。一些高炉工作者利用这个指数来操作高炉。料柱透气性高低是由多方面因素所决定的(原燃料质量,鼓风风速高低,装料制度等)，只有采取综合措施才能提高料柱的透气性。高喷煤比条件下，焦炭质量好坏（碱金属对捣固焦破坏作用大，使焦炭易粉化）对炉料透气性影响比例很大，应引起高度重视。

(1)提高高炉入炉矿含铁品位，减少渣量。

  高炉内煤气阻力最大的地方是软熔带（占总阻力的60%以上）。特别是铁矿石刚开始熔化，还原成FeO和形成初渣，渣铁尚未分离，尚未滴落至炉缸。如果高炉入炉品位在59％以上，吨铁渣量小于300kg，煤气的阻力会大大缩小，也会减少炉渣液泛现象。张寿荣院士特别强调这一点。2015年部分企业高炉低渣量、高煤比情况见表1。

2008~2013年日本高炉指标见表3。

多年来，日本高炉的炉料结构与我国相近，熟料比在80%左右，利用系数在2.0t/m3.d以下，是中等冶炼强度的操作，喷煤比也不太高；但操作水平比我国高；得到低燃料比、低成本，值得我们认真借鉴学习。多年日本高炉指标具体情况见表3。

 注意国内外高炉是不同生产条件下，喷煤比是不同的数据。

 (2)提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能，会大大提高炉料柱透气性。

焦炭在高炉内有5个作用：骨架作用，还原剂，提供热量，生铁渗碳，填充炉缸。特别是在高喷煤比条件下，焦比低，焦炭的骨架的作用就更加重要了。可以说，焦炭的质量好坏决定了高炉的容积大小和喷煤比水平的高低。高喷煤比对焦炭质量的要求是：M40在80％以上，M10小于7％，灰分小于12.5％，硫分小于0.65％，热强度CSR>60％，热反应性CRI<30％。对于2000m3，以上容积的大高炉，喷煤比在160kg／t以上时，要求焦炭质量要更好一些：M40≥85％，M10≤6.5％，灰份≤12．0％，硫份≤0.6％，CSR≥65％，CRI≤26％。同时要求焦炭中K2O+Na2O的含量要<3.0kg／t。宝钢高炉要求: M40≥88％, M10≤6.5％，CSR≥66％，CRI≤26％，焦炭中K2O+Na2O的含量要<2.0kg／t。

  (3)炉料成分、性能稳定、均匀

  炉料成分稳定是指炼铁原料含铁及杂质和碱度波动范围小。工业发达国家要求烧结矿含铁波动范围是±0.05％，碱度波动0.03(倍)。我国《高炉炼铁工程设计规范》要求是铁份波动±0.5％，碱度波动±0.008(倍)。烧结厂设计规范也是此要求.因为含铁品位和碱度的波动会造成软熔带透气性的巨大变化(高硅铁和高碱度渣熔化温度高，流动性差)。

    铁矿石的软化温度(大于1250℃)、软化温度区间(小于250℃)、熔滴温度和熔滴温度区间是铁矿石冶金性能的重要指标，对于炼铁技经指标和炉料透气性有重大影响。所以要求炉料的冶金性能要稳定。

    要求炉料粒度要均匀，就是减少炉料在炉内的填充作用。如果炉料粒度大小不均且混装，就会使炉料空间减少。如同4个苹果之间夹着乒乓球，造成空间减小。我们希望炉料的空间有0．44，以利于煤气流的畅通。要求炉料中5~10mm粒度的含量要小于30%，一定不要超过35％，否则会对炉料的透气性产生重大影响。

炼铁原料（烧结、球团、块矿）的转鼓强度高、热稳定性好、还原性能好、性能稳定等为高炉顺行创造良好条件，提高烧结矿（碱度在1.8~2.0倍）的碱变，会使转鼓强度高、冶金性能好的优点。链篦机-回转窑生产的球团矿质量和工序能耗均比竖炉所生产的球团好。入炉的块矿要求是含水分低、热爆裂性差、还原性能好、粒度偏小。

（4）优化高炉操作技术会有效地提高炉料透气性。

大高炉采用大矿批，使焦炭料层厚度在炉喉是0.5~0.6m，在变动焦炭负荷时，也不要轻易变动焦炭的料层厚度。使高炉内的焦炭起到透气窗的作用，对于保持和提高高炉炉料的透气性十分重要。

优化布料技术（料批、料线、布料方式等）和适宜的鼓风动能（调整风口径和风口长度），可以实现高炉内煤气流均匀分布，同时有提高炉料透气性的作用。合理的鼓风动能使炉缸活跃，布料合理可以实现煤粉在炉料中充分燃烧，减少未燃煤产生量。

稳定高炉的热制度、送风制度、装料制度、造渣制度，活跃炉缸会给高炉的高产、优质、低耗、长寿、高喷煤比带来有利条件。高炉生产需要稳定。稳定操作会创造出炼铁的高效益。减少人为因素对生产的影响，提高对高炉生产的现代化管理水平（实现规范化、标准化、数字化管理），会促进炼铁生产技术的发展，易实现高煤比。

3.4提高煤焦置换比技术

上述3个小节中所讲述的技术均是提高煤焦置换比的技术。本节从喷煤管理角度来分析提高煤焦置换比的因素。

高炉喷吹用的煤是非炼焦煤，属于无烟煤、烟煤中的贫煤、不粘结煤和褐煤。喷吹煤要经过干燥（含水＜2.0%）、磨煤（粒度-200目>70%）、粗粉分离，进入煤粉仓，进行喷吹。使用热风炉烟气和燃烧炉对煤进行干燥，使用中速碗式磨煤机对煤进行细磨，采用大面积布袋收粉器收集煤粉，喷吹罐有串联或并联使用。喷吹煤粉的浓度大于40kg/m3时，叫浓相喷吹。

高炉喷吹烟煤的安全措施：磨机入口含氧量要控制在5%~6%。煤粉仓、袋式收粉器以及喷煤罐组要设置温度检测装置，有超温度和超CO浓度报警信号；制粉、喷吹系统的设备均设置防静电接地措施。

（1）提高喷吹煤的质量。因为喷吹煤粉的品种广泛，所以要求喷吹煤的质量应是含有害杂质少，可磨性好、含碳量高，发热值高，灰分低（要求煤粉的灰份一定要低于焦炭的灰分含量）、含硫低、燃烧性好，流动性好等。煤粉中含有K2O +Na2O总量要小于3.0kg/t.因为K、Na在高炉内会造成结瘤和焦炭易产生裂纹，致使焦炭强度下降；K的破坏作用比Na大十倍，要特别关注降低K的含量。

（2）煤粉喷吹要均匀，高炉所有风口均要喷煤，流量要实现均匀、稳定。高炉均匀喷吹煤粉，会使高炉每个风口的鼓风动能一致，并会使炉缸热量分配均匀，促使高炉生产顺行和喷煤量的提高，进而煤焦置换比得到提高。各风口喷煤的均匀度误差要<3%，不超过5%。为保证各风口喷煤量均匀，建议将煤粉分配器高位安置（建议在炉顶平台下），使各单支管路尽量长短相近，不让煤粉走捷径，出现个别风口多喷的现象出现。

（3）采用烟煤和无烟煤混喷有利于提高喷煤比和煤焦置换比。烟煤挥发高，且含有一定水分，进入风口后会爆裂，促进分解燃烧和残碳燃烧，燃烧效率高。建议烟煤配比在30%左右。配比太高后管路的安全措施要加强，并且煤粉含碳量下降会造成煤焦置换比降低的现象。无烟煤发热值高，煤焦置换比高，但燃烧性差特别是高喷煤比时，会影响炉料透气性和高炉顺行。煤种优化是提高置换比的重要措施。

（4）关于高炉喷煤比高低的衡量标准。因各炼铁企业生产条件的不同，高炉极限的高喷煤比数值是不同的，但是，行业对于喷煤极限值的条件认识是一致的：在增加喷煤量的同时，高炉燃料比没有升高，这是个最佳喷煤值。验证的第二个方法就是：高炉煤气除尘灰中的含碳量没有升高，洗涤水中没有浮上一层如油一样的碳粉。

（5）科学地确定与本企业冶炼条件相适应的经济喷煤量：煤粉质量及其在风口的燃烧率，焦炭质量及其保证骨架作用（料柱的透气性透液性）；产生炉腹煤气量能否保证炉况顺行，矿石质量及其冶炼过程产生的渣量；煤粉在炉内利用率及置换比，炉缸状态活跃程度等。上述诸多因素中目前起关键或决定性作用的是燃烧率，即煤粉在炉内的利用率，也表现在置换比。

正常大高炉的腹煤气量值在2.6左右，波动范围在2.2~2.9，小高炉的腹煤气量值在10-12。在这范围内，当腹煤气量值超过正常范围说明料柱透气性变差，允许的炉腹煤气量小。高炉过大炉腹煤气量将导致高炉难行甚至悬料，但腹煤气量值也不宜过小，过小的腹煤气量值有可能产生管道行程。

（6）合理的喷煤比：就目前我国高炉一般冶炼条件下：入炉品位57%±1%，渣量350kg/t左右，焦炭M40 80左右（M25 89左右）M10

7-8%，CRI 28左右，CSR60以上，风温1100-1200℃，鼓风不脱湿，富氧率1-3%，煤粉粒度-200目70-80%，混合煤挥发分在18%-20%；煤粉在风口前燃烧率达到70%以上等，经济喷煤量在130-150kg/t，如果达到更高的喷煤量（200kg/t±20kg/t）则冶炼条件需要进一步改善，例如入炉品位59%-62%，渣量260-280kg/t，焦炭M40 89-90，

M10＜6%,CRI24%以下，CSR68%以上，风温1250℃，鼓风脱湿到冬季水平5g/m3-10g/m3，富氧率4%左右等。

4  富氧后高炉操作技术变化

（1）富氧率低于1%对高炉生产没有大的影响。

（2）富氧高于2%，风口区理论燃烧温度会升高，有利于提高喷煤比。

（3）富氧高于7%，如喷煤比低，会产生压差升高，炉子难行，出现被迫减风的现象。

（4）富氧率高于10%，会出现风口区温度升高，而炉顶温度下降，吨铁煤气量减少等现象。为此，高炉要提高喷煤比、调整装料制度，精心操作高炉，确定合理的压差值，加强对炉前的管理，及时出净渣铁。

（5）一般炉料质量条件下，煤比在130kg/t以下时，可以不富氧。

（6）在一般炉料质量条件下，高炉煤比应在130kg/t左右。