李杰   宋灿阳   李小静   杜先奎   秦学武

(马鞍山钢铁股份有限公司技术中心)

1  前言 

高炉风口喷吹煤粉能够有效降低焦比，改善高炉冶炼操作，有利于高炉稳定顺行同时为高炉使用高风温和提高富氧率创造条件。而提高煤粉喷吹量受喷吹煤粉的燃烧性显著影响，尤其在高煤比(160kg/t以上)喷吹条件下，煤粉的燃烧性影响高炉的料柱透气性。

煤粉燃烧是经过脱气、结集和残焦燃烧3个阶段完成的，而煤粉从煤枪出口到离开燃烧带的时间很短暂,在这个时间内要使全部喷吹煤粉完成这3个阶段是相当困难的，必然会产生一定数量的未燃煤粉，其中一部分未燃煤粉进入炉渣后，提高了炉渣粘度，限制了喷煤量，降低了高炉冶炼效果。

因此，本文通过研究高炉喷吹煤粉的燃烧性，为高炉喷吹用煤的煤种优化和提高喷煤比降低炼铁成本提供一定的技术支撑。

2  试验

2.1  试验原料

试验原料来自某钢铁企业高炉喷吹使用的6种无烟煤和1种烟煤，这7种喷吹煤粉的工业分析及元素分析结果见表1。试验前，为了除去煤粉中的水分，将喷吹煤粉置于干燥箱中在105℃下干燥2h。

2.2  试样制备

对于单种煤试样，将干燥后的煤样置于破碎机中破碎，随后使用振动筛筛选10min，选取粒度＜200目的煤粉进行称量制样。

对于混合煤试样，将粒度<200目的无烟煤和烟煤按照特定的配比置于容器内混匀30min，随后称量16~18mg混合试样。

2.3  试验仪器及方法

喷吹煤粉的燃烧性能测定采用热重分析法，试验仪器采用北京北光宏远仪器有限公司生产的WCT-2D型微机差热天平，可得到煤粉燃烧过程中实时温度一重量曲线。

将16~18mg的煤粉放入WCT-2D型微机差热天平的氧化铝坩埚内，向差热天平通入流量恒定为60mL/min的空气流，并以20℃/min的升温速率加热煤粉至完全燃烧，再按照煤粉燃烧率的计算公式(1)，计算得到煤粉燃烧至不同温度时的燃烧率。

RT=(Wo-Wc)/Wo

式中，RT为煤粉在某一温度下的燃烧率；WC 为某一温度下样品残留可燃物的质量；WO为样品可燃物质量。

3  试验结果与讨论

3.1  单种煤粉的燃烧性

无烟煤A和烟煤在升温速率20℃/min条件下单独燃烧的TG曲线和燃烧率曲线，如图1所示。

从图1可知，烟煤TG曲线的最终燃烧拐点温度早于无烟煤A的燃烧拐点温度，表明烟煤的燃烧结束温度低于无烟煤A的燃烧结束温度，烟煤的燃烧性能相对较好。同时结合其他5种无烟煤的实验结果，得到不同特定温度下的无烟煤和烟煤燃烧率曲线，如图2所示。

从图2可知，1）不同温度下的烟煤燃烧率明显高于无烟煤，在700℃燃烧率已接近完全燃烧，总体燃烧性能较好，初始燃烧温度低于无烟煤的初始燃烧温度，易于燃烧，实验选定的烟煤在600℃一下的燃烧率为68.68%，6种无烟煤的平均燃烧率为31.94%，仅为烟煤燃烧率的47%，烟煤的燃烧率明显高于无烟煤燃烧率，这主要是燃烧机理决定的。无烟煤是煤化程度较深的煤，其结构致密，燃烧是由外向内层层推进的层状燃烧。烟煤挥发分含量较高，受热分解时逸出大量挥发分，在其镜质组中形成大量气孔，燃烧反应将以内孔燃烧为主，表面燃烧为辅进行，燃烧时与空气接触面积大。烟煤含挥发分较高，易于燃烧，能在有限空间和时间内尽可能地气化，有利于增大高炉喷煤量。

2）在无烟煤中，600℃时无烟煤燃烧率最低的为无煤E，最高的为无烟煤C，按600℃燃烧率排序为：无烟煤C＞无烟煤B>无烟煤F>无烟煤D>无烟煤A>无烟煤E；700℃燃烧率排序为：无烟煤C>无烟煤D>无烟煤B>无烟煤F>无烟煤A>无烟煤E；800℃燃烧率排序为：无烟煤D>无烟煤C>无烟煤B>无烟煤F>无烟煤A>无烟煤E。

3）从不同温度时无烟煤燃烧率分析可知，无烟煤C的燃烧性能较好，在实际生产提高高炉煤比操作过程中，应当增大喷吹用无烟煤中这种煤粉的比例，促进喷吹煤粉在风口前的燃烧，提高煤粉利用率，达到降低炼铁成本的目的。无烟煤E的燃烧性能较差，会导致煤粉在风口处的燃烧率较低，生成未燃煤粉进入炉渣中，有碍于高炉出渣。因此，在喷吹煤粉采购中，应优化煤种来源，尽可能多地采购无烟煤C资源,同时控制无烟煤E的采购量。

3.2  不同烟煤配比下的混煤燃烧性

为了探求不同烟煤配比条件下混煤燃烧的规律，将烟煤分别与无烟煤C、无烟煤E、无烟煤F按照烟煤配比为40%、50%和60%混合进行燃烧性能试验。根据单种煤粉的试验结果可知，当煤粉试样燃烧至700℃时，燃烧进入中后期，燃烧较为稳定，所以本文研究混煤燃烧至700℃时的试测燃烧率和加权燃烧率的关系，试验结果如图3所示。由组成该混煤的2个单种煤试样的燃烧率加权计算得混煤燃烧至不同温度时的加权燃烧率。

从图3可知，1)随着混煤中烟煤配比的逐步增加，混煤燃烧率也随之升高，主要原因是无烟煤配加烟煤后，混煤挥发分含量增加，促进了燃烧的进行。挥发分含量高，在煤粉燃烧过程析出的就多，析出的挥发分跟氧发生反应放出热量就多，促进煤粉的燃烧；同时挥发分析出的多，煤粉颗粒中残留的微孔就多，煤粉颗粒同氧气接触的表面积就越大，煤粉的燃烧速度就快。同时可看出，相同温度和烟煤配比条件下，无烟煤C与烟煤配煤的燃烧率最高，比其它配煤至少高4%，这也与其单质煤的燃烧率较高相符。

 2)在不同温度下，混煤燃烧率实测值均大于燃烧率加权值，说明使用混煤可以促进无烟煤和烟煤相互燃烧，加快燃烧过程，提高混煤燃烧率。

 3)当烟煤配比进一步增加时，燃烧率增加幅度变小，与加权燃烧率的差值变小，特别是当烟煤占60%时，混煤的燃烧率实测值接近燃烧率加权值。

4  结语

 本文运用热重分析方法，对某企业高炉喷吹用无烟煤和烟煤的燃烧性进行了试验研究，得出如下结论：

1)同6种无烟煤相比，烟煤在不同温度下的燃烧性均明显高于无烟煤。烟煤在600℃下的燃烧率为68.68%，6种无烟煤的平均燃烧率为31.94%，仅为烟煤燃烧率的47%。

2)混煤的燃烧率实测值大于加权值，使用混煤可以发挥无烟煤和烟煤各自的优点，相互促进燃烧，加快燃烧过程，提高混煤燃烧率。

3)根据无烟煤的燃烧性的试验结果，建议喷吹煤粉采购中应尽可能多地采购无烟煤C资源，同时控制无烟煤E的采购量；高炉提煤比操作中应将烟煤C确定为喷吹用无烟煤的首选煤种，以提升混煤燃烧率和发挥未燃煤粉保护焦炭的作用。