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高炉喷吹燃料(fuel   injection   into   blast   furnace)
将气体、液体或固体燃料通过专门的设备从风口喷入高炉，以取代高炉炉料中部分焦炭的一种高炉强化冶炼技术。它可改善高炉操作，提高生铁产量，降低生铁成本。高炉炼铁是以冶金焦作为燃料和还原剂的，喷吹燃料在风口区的高温下转化为CO和H2，可以代替风口燃烧的部分焦炭，一般可取代20%～30%，高的可达50。喷吹燃料已成为当代高炉降低焦比的主要措施。喷吹燃料还可以促进高炉采用高风温和富氧鼓风，这几项技术相结合，已成为强化高炉冶炼的重要途径。
简史早在19世纪，欧洲、美国就有人提出了高炉喷吹燃料的设想，有的还申报了专利。但是直到20世纪中叶才在工业上逐步实现。1947年法国纳维一梅松(Na，yes．Maisons)工厂试验向高炉喷吹燃料油，1948年前苏联捷尔仁斯基工厂向高炉喷吹煤粉，1957年前苏联彼得洛夫斯基工厂在高炉上喷吹天然气。自此以后，世界各国根据自己的资源条件和世界市场上燃料的价格喷吹不同的燃料。例如前苏联，俄罗斯及美国天然气资源丰富则大量喷吹天然气，60年代世界市场油价便宜，世界各国在高炉上大量喷吹重油。70年代末，因油价高涨，大部分高炉停止喷油，并逐步转为喷吹煤粉。1990年日本、德国有2／3的高炉在喷吹煤粉，喷吹量一般为50～80kg／t铁，到1998年有的已超过200kg／t铁。中国从50年代末开始在高炉上喷油，60年代初大部分高炉已实现喷油。1964年首都钢铁公司和鞍山钢铁公司在高炉上喷吹无烟煤成功，1966年首钢3座高炉全年平均喷煤量达159kg／t。重庆钢铁厂在60年代喷吹过天然气，有的厂还喷吹过焦油、沥青。60年代末，逐步转为喷煤粉。中国高炉喷吹燃料的特点是：采用喷吹燃料的高炉多，重点企业中90％以上的高炉已喷吹煤粉，喷吹煤种有无烟煤、烟煤和二者的混合煤，喷吹量一般在80～100kg／t，宝山钢铁公司等的大型高炉的喷吹量已达到200kg／t以上。
冶金效果高炉喷吹燃料，主要采用含C、H高的气、液、固体燃料。其代表性成分如下：

含碳和氢高的燃料从风口喷入高炉，在风口区2000℃左右的高温下迅速分解，并转化为以C0和H。为主的气体产物，放出热量，参加还原过程，使高炉冶炼每吨生铁的焦炭消耗相应降低。由于喷吹燃料与风口区焦炭在化学成分和温度上的差异，每公斤重油、煤粉，每立方米天然气所替代的焦炭数量(即置换比)也有所不同。影响置换比的因素，主要是燃料自身的碳、氢含量；其次，与高炉风口区的赤热焦炭(约1500℃)相比，喷吹燃料的温度只有50～80℃，两者相差1420～1450℃；另外，喷吹燃料主要为各种碳氢化合物，它们在高温下迅速分解并吸收大量热量。与赤热焦炭相比的温差和高温下的分解热，对每公斤煤粉约为30lOkJ，每公斤重油为3890kJ，每立方米天然气为6934．kJ。喷吹各种燃料的置换比：重油为1．0～1．2kg／kg，煤粉(灰分14％～18％)为O．8～O．9kg／kg，天然气为0．5～0．7kg／m。高炉喷吹燃料时，因喷入燃料温度低和在高温下分解吸热，对高炉风口区和炉缸热平衡产生影响。为了维持高炉冶炼正常进行，在喷吹燃料时，要相应提高风温或富氧，如下表：

喷吹工艺
喷吹天然气    喷吹流程是：天然气总管一调压站(过滤、减压至0．3～0．5MPa)一控制站(设有流量计、控制调节阀、逆止阀)一高炉环管一风口。天然气的主要成分是CH4，CH4在高温下分解吸收大量热量，喷吹天然气最好能结合高炉富氧，一般喷吹量为50～80m3／t。天然气作为一种优质民用燃料和重要的化工原料，一般不用于高炉喷吹。国外只有前苏联因天然气资源丰富在高炉上大量喷吹天然气，80年代前苏联80％以上的高炉在喷吹天然气。
喷吹重油    重油系炼制石油的副产品，粘度高、流动性差，输送过程中需采用蒸汽加热。主要喷吹流程为：油罐车一油泵一油罐(加热至90℃左右)一油泵(1．0～1．2MPa)一过滤一流量计一高炉环管一风口。因重油粘度高，为保持管道畅通，还设有回油管将重油返回油罐。为促使重油在高炉风口区迅速燃烧、气化，要使重油在喷枪出口处雾化成极细的油滴，一般小于50”m。研制出各种结构的雾化喷枪以及水油乳化喷吹设备等。如雾化不良，重油在高温下会形成大量烟炭，影响重油的利用，甚至影响高炉操作。
喷吹煤粉    高炉喷吹煤粉在工业上应用较早，但所需设备较复杂喷吹煤粉的主要流程是：干燥、粉碎一收集一输送一喷吹。粉碎设备有球磨机和中速磨煤机。粉碎与干燥同时进行，一般采用专门的燃烧炉燃烧煤气产生具有一定温度的烟气进行干燥，有的加入部分高炉热风炉废气，一起输入粉碎设备，边干燥，边粉碎。要求无烟煤粉粒度为<O．074mm者占80％以上，烟煤粒度为<O．O’74mm者占50％左右。煤粉收集主要由布袋除尘器完成。采用球磨机系统的设有粗粉分离器，将粒度较大的煤粒收集起来返回球磨机重新粉碎，布袋除尘器内为毛、化纤质滤袋，具有一定的过滤面积。干燥、粉碎、收集装置合起来称为制粉系统。有的工厂将制粉系统与喷吹系统建在一起。有的工厂由于高炉附近场地条件的限制，将制粉系统与喷吹系统分别设置，高炉较多的工厂多采用这种方式，集中制粉，分散喷吹，各高炉分别建喷吹站。采用这种方式，从制粉系统到各高炉喷吹站间设输煤管道，一般用仓式泵进行气力输送，输送距离为500～1000m，也有超过1000m的。仓式泵输送压力为0．4MPa左右。
喷吹系统主要有并联罐和串联罐两种形式：(1)并联罐系统(图1)。特点是每个系统有2～3个喷吹罐并列布置，各罐轮流喷吹，共用一根输煤管将煤粉送至高炉，经设在高炉附近的煤粉分配器将煤粉均匀地输送到各风口。对分配器分配煤粉的均匀性要求较高，一般要求各风口间煤粉量分配误差<±5％。并联罐系统的优点是喷吹罐并列布置，使喷吹站结构高度降低，上部为常压煤粉仓，各喷吹罐分别设有电子秤，计量准确。只用一根输煤管，管路简单，便于布置。分配器支管数目可多可少，最多达40根支管，可用于具有40个风口的超大型高炉。只用一根输煤总管，能方便地调节高炉喷煤量。．(2)串联罐系统(图2)。特点是由两罐或三罐串联布置。三罐式的上部为煤粉仓(或常压罐)，中部为中间罐，下部为喷吹罐；两罐串联式则没有煤粉仓(或常压罐)。中间罐和喷吹罐各设一台电子秤。下部的喷吹罐连续向高炉喷吹，需补充煤粉时，将煤粉仓(或常压罐)中的煤粉放入中间罐，并对中间罐进行充压后，煤粉由中间罐放入喷吹罐。喷吹罐下设有多个锥形漏斗，漏斗下有专门的阀门和煤粉混合器，有多少个风口，就有多少个锥形漏斗及混合器，每个混合器分别通过各自的喷吹管路向高炉风口喷吹煤粉。一般每座高炉设一个喷吹系统，大型高炉风口多，设有两个喷吹系统。串联罐系统的优点是，占地面积小，有可能按各风口需要量控制喷煤量。缺点是这种系统需要的设备多(混合器、阀门等)，管路布置复杂，设备维修工作量大，称量系统难于达到准确、连续计量。近年来，有的工厂吸取并联罐系统单管路——分配器喷吹方式的优点，将串联罐系统的喷吹罐下改为只设一个大漏斗，一根喷煤总管将煤粉输送到高炉后再经分配器将煤粉分配到各个风口，减少了阀门、混合器，简化了管道系统。

喷吹煤种    有3种：(1)无烟煤。碳化程度最高，含固定碳60％～80％，挥发分<10％，灰分6％～30％。无烟煤的特点是，固定碳含量高，挥发分低，着火温度高。喷吹时可不采取特殊的安全防护措施。(2)烟煤。碳化程度次于无烟煤，固定碳40％～70％，挥发分15％～40％，灰分7％～30％。烟煤的特点是碳含量较低，挥发分高，着火温度较低。烟煤粉易燃易爆，喷吹烟煤必须采取严密的安全防护措施。(3)褐煤。碳化程度低，固定碳40％左右，挥发分含量高>40％，含水分高，着火温度低，具有强烈的爆炸性，喷吹褐煤也要采取严密的安全防护措施。
喷吹烟煤的安全措施     分制粉系统和喷粉系统两部分：制粉系统要控制磨煤机入口、出口及布袋除尘器内的温度，烟气中O2、CO含量。在各有关部位设O2、CO、温度检测仪表和报警、消防系统、煤粉仓设爆破孔。喷吹系统的喷吹罐、中间罐采用惰性气体充压并设有爆破孔。采用仓式泵输送煤粉的，仓式泵也要用惰性气体充压，并在喷吹站的布袋除尘器、煤粉仓等处设置O2、CO和温度检测仪表及报警、消火系统。长距离输送煤粉，要设置惰性气体吹扫管路系统。
展望    高炉喷吹燃料的种类，除特定的地区因资源条件可能继续喷吹天然气或重油外，由于煤的资源丰富，价格低廉，以及近年来喷煤工艺技术的发展，绝大多数高炉将逐步转为喷吹煤粉。喷吹煤种可因地制宜，大部分高炉喷吹烟煤。随着制氧工业的发展，高炉用氧量将逐步增加，促进喷煤量相应提高，预计将有一批高炉喷煤量达200kg／t以上，高炉焦比降到300kg／t以下，利用系数达2.5～3.0t／(m3•d)。高炉喷吹燃料技术的发展，将改变高炉的燃料结构，并使高炉强化冶炼达到新的水平。