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高炉大喷煤及两段式喷煤的模拟研究和工业实践

丁智敏  
【摘要】:高炉喷吹煤粉(PCI)替代焦炭提供热量和作为还原剂,不仅降低焦比和生铁成本,而且可以改善高炉炉缸工作状态,使高炉(BF)生产稳定顺行。风口前煤粉的燃烧降低了风口前理论燃烧温度,为高炉提高风温和富氧鼓风提供了有利条件,有利于矿石还原和高炉操作指标的改善。目前高炉喷吹煤粉是一项非常普及的技术,基本上被所有大中型高炉所采用,而且喷煤比呈逐年上升的趋势。相比于部分高炉的大喷煤量,国内大部分高炉的喷煤比仍有提高的空间。因此进一步提高高炉喷煤量成为了大多数钢铁企业降低生铁成本的重要措施之一。然而随着高炉喷煤量的升高,煤粉在高炉风口前的燃烧率将降低,产生的未燃煤粉(UPC)在高炉内的过量堆积限制了高炉喷煤量的提高。为此,本文通过提高煤粉在风口回旋区燃烧率和改善未燃煤粉在高炉内的分布两方面来研究提高高炉喷煤量的方法,为高炉生产提供理论依据和参考。本文主要研究内容和获得的结果如下:1.以五种煤粉为原料,对单煤及其混合煤粉的输送性能和燃烧性能进行了试验研究,结果表明:(1)二元混合煤粉的Carr流动性指数和Carr喷流性指数不是单种煤粉指数的线性加和。(2)通过优化煤种、混煤、富氧等措施,可显著提高风口回旋区的煤粉燃烧率,使高炉喷煤量增加,但增加的幅度有限。2.高炉内未燃煤粉的堆积限制了高炉喷煤量的进一步提高,为研究高炉内未燃煤粉的堆积分布状况,采用“Euler-Euler”法对高炉内未燃煤粉的分布进行了数值模拟,结果表明:(1)高炉内的未燃煤粉主要堆积在高炉软熔带下方,死料柱、风口回旋区下方和软熔区域是未燃煤粉最容易堆积的区域。风口回旋区下方堆积的未燃煤粉主要是受风口回旋区的影响。倒V、V、W三种软熔带中,W型软熔带高炉内未燃煤粉分布相对均匀,在相同喷吹条件下可容纳较多煤粉。(2)高炉软熔带的参数变化时,高炉内未燃煤粉堆积量的变化主要在软熔带及其下方。适当提高软熔带根部位置可以增加高炉内未燃煤粉的堆积量,当根部位置过高时,未燃煤粉堆积量增加幅度较小,而压差将显著上升。当软熔带温度区域较窄时,有利于增加高炉内未燃煤粉的堆积量且可以减小压差。当死料柱直径较大,高炉内未燃煤粉堆积量增加。(3)随着未燃煤粉直径的减小,高炉内未燃煤粉的堆积量减少。在高炉滴落带中间区域,未燃煤粉的堆积区域明显变小。煤粉粒度对煤粉在风口前的运动形式影响较大,而风口前煤粉的运动形式又影响了煤粉在高炉内的分布状况。当未燃煤粉粒度直径由120μm增大为170 μm时,未燃煤粉堆积量变化很小,压差增加较大,因此喷吹粒度较小的煤粉,使未燃煤粉的粒度尽量小于120 μm有利于高炉生产。3.两段式喷煤工艺,可通过改变煤粉进入高炉的部位和风口喷入的煤粉量,改变高炉内未燃煤粉的分布,改善高炉透气性。为更好地掌握两段式喷煤工艺,对高炉两段式喷煤进行了模拟研究和工业实践,结果表明:(1)两段式喷煤试验时,高炉风口下部的煤粉堆积量显著减少,炉腰、炉腹堆积煤粉量下降,炉身煤粉量增加;煤粉在高炉内的径向分布趋于均匀。(2)高炉采用两段式喷煤工艺后,高炉稳定顺行,日产铁量增加。同传统喷煤方式相比,煤比增加11.35 kg·t-1,焦比降低9.87 kg·t-1。第二段喷枪喷入高炉的煤粉可以得到充分的利用,不会随煤气逸出炉外。两段式喷煤还可以保护焦炭强度,从而可以改善高炉透气性,提高鼓风量。(3)煤粉粒度在75~170 μm的范围内,高炉第二段喷枪喷煤采用粒径较粗的煤粉时,喷入的煤粉在高炉炉身的堆积量更多,对两段式喷煤工艺更有利。当煤粉粒度为75μm,第二段喷枪固气比在15~20 kg·kg-1的范围内时,固气比的变化对第二段喷枪喷入煤粉在高炉炉身堆积分布的影响较小。


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