侯  兴  周少瑜

（新余钢铁集团有限公司）

摘  要  综述了国内外高炉喷煤技术的发展历程，对未来几年高炉喷煤技术进步趋势进行了展望。

关键词  高炉  喷吹  煤粉  流程

1  引言

    铁矿石还原和加热熔化都需要碳。为了向高炉提供所需要的碳，1840年S.M.Banks首次提出了向炉缸喷吹木炭、焦炭和无烟煤粉的高炉喷煤设想。到20世纪60年代，喷吹煤粉已在高炉上获得大规模的应用。目前，我国是世界上喷煤数量最多、喷煤技术应用最普及的国家。

煤粉从高炉炉缸风口喷入，在风口前燃烧。用仅约冶金焦半价的煤粉代替焦炭，可大大降低炼铁生产成本。煤粉加工方便，不必建造造价昂贵的焦炉，节省了建设投资和建厂占地。炼焦必须以炼焦煤为主原料，喷煤则可不受煤种限制，使有限的炼焦煤资源得到了合理利用。喷煤后，高炉可用煤粉调剂炉温，操作方便又经济。高炉喷煤的这些优点已被全世界钢铁产业所公认，成为现代高炉冶炼的重大技术进步。目前世界上90%以上的生铁是在喷煤高炉上生产出来的。

2  国外高炉喷煤技术的发展

    世界最早的高炉喷吹粉状燃料的工业应用是1840—1845年间在法国布洛涅附近的马恩省炼铁厂高炉喷吹木炭屑开始的。此后历经100多年断断续续的试验，到20世纪50年代，高炉喷吹燃料才开始步入工业规模。1966年美国Armco公司Ashland厂Bellefonte高炉（1488m3）开始喷煤。1973年又在该厂Amanda高炉（2039m3）开始喷煤。然而由于当时国际油价便宜，喷油工艺简单，投资少，因而喷煤技术未得到广泛推广。有资料表明：1960—1968年期间国外有19座高炉喷吹过煤粉。但到1971年仅有5套喷煤装置在工作（三套在美国，一套在法国，一套在英国）。大部分喷煤装置停止使用的原因或是由于向炉内输送煤粉有许多当时难以克服的困难，或是喷煤后高炉炉况不佳，或是出于经济上的原因。

    20世纪20年代，德国加里堡冶金工厂进行了向炉缸喷吹粉状燃料的试验。1927年在试验基础上，专家得出了否定高炉喷煤的结论意见，同时认为高炉喷吹发生炉煤气也是没有前途的。

    1965年，前苏联首个喷煤装置在卡特干达钢铁厂1719m3高炉投入使用，向高炉喷吹了灰分32%～40%的动力煤。经过15个高炉操作周期（每个周期4～7天）不间断喷煤，在相同冶炼条件下，取得了煤焦置换比0.625、高炉增产0.5%～1.5%的效果。此后，前苏联的西西北利亚钢铁厂2000m3高炉、扎波罗热钢铁厂1300m3高炉和顿巴斯工厂700m3高炉也相继进行了较大规模和较长时间的高炉喷煤试验和工业应用。

    1973年发生了第一次世界石油危机，原油价格一年内暴涨数倍，迫使国外高炉纷纷停止喷油改用全焦冶炼，导致铁水成本上升，增产受到限制。1979年又发生第二次世界石油危机，导致世界范围内逐步停止高炉喷油技术。为了避免全焦操作的弊端，大批国外高炉开始采用喷煤技术。1980年西欧首座高炉开始喷吹煤粉。1981年日本首座高炉（新日铁大分厂1号高炉4158m3）开始采用喷煤技术。1982年8月，日本42座高炉全部改为喷煤操作。进入20世纪90年代，西欧、美国、日本的一批焦炉开始老化，由于环保和投资等原因，难以新建和改造焦炉。为了保持原有的钢铁产能，必须大幅降低焦耗，喷煤成为弥补焦炭不足的主要技术措施。而且，炼焦煤资源日益短缺，全世界都感受到了炼焦煤资源的危机。因此，增加喷煤以煤代焦已成为高炉技术发展的必然趋势，并且发展日益加速。到20世纪90年代初期，西欧德国、英国、荷兰部分高炉煤比已达到或超过200kg/t。随后亚洲日本高炉也进入了高煤比行列。1995年日本高炉平均煤比达到100kg/t。1998年平均煤比达到130kg/t。1991年日本全国喷煤总量是600万t，占当年世界喷煤总量1750万t的35%。国外高炉喷煤最好记录是1998年6月日本JFE福山厂3号高炉（3223m3）的月均煤比266kg/t，焦比289kg/t，喷煤率47.9%。

3  我国高炉喷煤技术的发展

我国高炉喷煤大致经历了3个阶段：

    （1）第一阶段（1964—1989年）。我国鞍钢、首钢从1964年开始高炉喷煤，是世界上开发应用高炉喷煤技术最早的国家之一。1964年4月23日，鞍钢首次在8号高炉喷吹烟煤。因发生爆炸事故，高炉喷煤一度中断。1966年鞍钢5座高炉同时开始喷吹无烟煤。首钢1964年4月30日在1号高炉（576m3）进行了喷吹无烟煤试验。1965年10月，在无富氧情况下，喷煤率达到30%以上，创造了当时国内外喷煤工业试验取得的最好成绩。经过调整高炉操作，首钢于1966年进行了大喷煤试验，1月3座高炉都开始喷吹无烟煤。当年该厂在入炉品位52.15%、渣量512kg/t、风温1092℃条件下，煤比达到159kg/t、喷煤率达25.4%。其中1号炉在入炉品位51.8%、渣量569kg/t、风温1105℃条件下，煤比达到225kg/t、喷煤率达35.21%。1966年4月，煤比达到279kg/t，焦比336kg/t，置换比0.804，喷煤率为45.4%。这些指标在当时处于世界领先地位，故而斐声中外，名噪一时。这一阶段的特点是全部喷吹无烟煤，而且大多为山西阳泉无烟煤。由于供应紧张，高炉都喷吹未洗原煤，有的灰分高达20%以上，置换比很低，加之风温低、无富氧，全国重点企业的平均煤比在60kg/t以下徘徊了十几年，企业都以产量为中心，喷煤积极性不高。

    首钢、鞍钢喷煤成功之后，武钢、太钢、本钢等企业都开始喷煤工业生产。上世纪80年代以前，我国在喷煤高炉数量和喷煤比上均处于国际领先水平。

    （2）第二阶段（1990—1999年）。1990年鞍钢喷吹烟煤获得成功，宝钢2号高炉引进了喷吹烟煤安全技术。此后，一些高炉开始喷吹烟煤或混合煤，使喷吹烟煤或混合煤的企业逐渐增加。这一阶段因进口矿大增，我国重点企业高炉入炉品位上升，风温提高，原燃料条件逐步改善，新型煤粉、喷吹工艺的形成和改善及高炉装备水平的提高，促进了煤比指标不断刷新。1999年，我国重点企业平均煤比首次超过100kg/t，达到114kg/t。1999年6月，宝钢1号高炉月均煤比260.6kg/t、喷煤率51%，至今仍是我国大型高炉喷煤的月度最好记录。

    （3）第三阶段（2000年以后）。这一时期，世界石油价格保持高位震荡，全球能源供求矛盾尖锐，以及我国节能政策的逐步落实，我国煤焦价格逐渐与国际接轨，高炉喷煤效益大幅提高，使我国高炉喷煤进入了一个崭新的发展阶段。随着淘汰落后和高炉大型化进程的加快，国内新建或拟建高炉的设计喷煤量大多在200kg/t以上（见表1）。2010年，我国重点企业高炉平均喷煤量达到149kg/t。目前我国高炉年喷煤量约为5000～7000万t。

4  国内外高炉喷煤技术发展趋势展望

    （1）根据不同的设备结构和组合，目前有以下7种较成熟的喷煤生产流程：①德国kuttner流程；②美国Armco流程；③日本住友流程；④日本川崎流程；⑤卢森堡Paul wurth流程；⑥混合型流程；⑦英钢联粒煤喷吹流程。上述各流程均有喷吹量200kg/t的能力和业绩，但近年来新建喷煤装置采用较多的流程是并罐、总管加分配器流程。

    （2）从现有资料看，由于各种原因，世界各大钢厂并不一味追求高煤比，而是根据本厂厂情确定喷煤量，但新建喷煤装置通常都选取了较高的设计煤比。日本钢铁厂煤比自1998年达到130kg/t以后，近10年一直未再提高甚至略有下降（见表2）。我国高炉喷煤比长期保持上升趋势，2010年比1999年煤比提高了35kg/t（见表3）。

表1  2000年以后我国部分新建高炉设计煤比统计

表2  日本钢铁厂近年来煤比和焦比变化，kg/t

表3  我国重点钢企近年来煤比和焦比变化，kg/t

（3）目前世界先进水平煤比为180～220kg/t（喷煤率35%～40%），世界一流水平煤比为220～240kg/t（喷煤率40%～45%）。未来几年月均煤比240～260kg/t和50%左右。喷煤率可能会成为新的世界一流煤比指标。

（4）随着焦炭价格高涨和发展循环经济的需要，为了最大限度地降低焦耗，在高炉上混喷多种含铁、碳物料的操作观念将得到推广。

（5）近几年高炉喷煤仍将使用现有喷吹工艺流程，但在控制系统和计量检测方面将会有较大改进。

（6）采用富氧、脱湿和高风温技术相结合在高炉喷煤中的应用将日益广泛和普及，对提高喷煤比和煤焦置换比有积极作用。

5  参考文献

[1]  杨天钧等.  高炉富氧煤粉喷吹.  冶金工业出版社，1996.

[2]  汤清华等.  高炉喷吹煤粉知识问答.  冶金工业出版社，1997.

[3]  A.H.拉姆.  现代高炉过程的计算分析.  冶金工业出版社，1987.