高炉下部气固湍流和煤粉燃烧的数值模拟与优化研究

高炉喷吹煤粉时,由于煤粉的不完全燃烧,在回旋区处会产生未燃煤粉,影响高炉的透气性。建立了气固两相湍流和煤粉燃烧的三维数学模型,并且验证了该模型的可靠性。用所建模型对由直吹管、风口、回旋区和焦炭床构成的高炉下部区域进行了喷吹煤粉流动与燃烧现象的模拟研究。模拟结果揭示了高炉炉内气固流动和煤粉燃烧的基本性质和特点;通过正交试验方法研究不同操作因素对评价指标煤粉燃尽率的影响,得到4个操作因素对燃尽率的影响程度依次分别为喷煤量、富氧率、鼓风量和鼓风温度。而工况(喷煤量1 25kg/t,鼓风量1 950m3/min,鼓风温度1 523K,富氧率5.0%)为最佳优化工况,可实现提高喷煤量和煤粉燃尽率的效果。     

从炉顶加入粒煤的设想

全焦冶炼时,吨铁的焦炭消耗量大。为了大幅度降低焦比,近年来高炉普遍采用喷吹煤粉技术,先进高炉喷煤量已超过200 kg/t。高炉进一步增大喷煤量遇到了一系列困难:首先是随喷煤量增加,风口前氧煤比下降,导致煤粉燃烧率下降,降低喷煤效果。为保证良好的喷煤效果,要求随喷煤量增加,相应提高鼓风含氧量,即采用富氧鼓风,而我国不少高     

太钢6号高炉富氧率与煤比的合理匹配

以太钢6号高炉为对象,分析了不同富氧率和喷煤量条件下,理论燃烧温度、煤粉燃烧率及炉身部位间接还原过程的变化规律,阐述了高炉在不同喷煤量条件下适宜的富氧率范围。认为,在6号高炉2%~3%的富氧率条件下,煤比上限应控制在180~185kg/t;当煤比达到200kg/t时,煤粉燃烧率低于下限75%的要求,至少需将富氧率提高至4%以上。6号高炉在200kg/t煤比条件下,由于富氧率与煤比的合理匹配,炉内未燃煤粉没有大幅增加,燃料比也没有明显的增加。     

安钢炼铁厂1号高炉富氧喷煤工业试验

为提高喷煤比,安钢炼铁厂1号高炉进行了为期3个月的富氧喷煤工业试验。研究了富氧率、煤粉粒度、煤比对煤粉燃烧率和炉况的影响。鹤壁烟煤煤比140kg／t以下可以不富氧或少量富氧即能保证0．8以上的煤焦置换比;煤比提高到160kg／t须富氧2％,达到180kg／t则须富氧3％。     

超高富氧对理论燃烧温度的影响

对理论燃烧温度公式进行修正,从而更加准确的研究了高炉超高富氧对理论燃烧温度的影响。并计算出富氧、鼓风湿度、喷煤量与理论燃烧温度所对应的关系。在不考虑其他因素对理论燃烧温度影响的前提下,富氧率每增加1%,理论燃烧温度Tf升高约30.6℃;鼓风湿度每提高1%,Tf降低4.6℃;喷煤量每提高10 kg/t,Tf降低约6℃。计...     

添加MgO对高炉喷煤煤粉燃烧率的影响

提出通过风口喷煤向高炉中加入含MgO物料,以替代烧结料中添加MgO的传统方法。通过试验考察了添加轻烧菱镁石对煤粉燃烧率的影响。结果表明：添加MgO有助于提高煤粉燃烧率,进一步富氧则助燃效果更明显。在安钢160kg／t喷煤比的条件下,适宜的轻烧菱镁石添加量为3％～4％。     

高炉喷吹煤粉氧煤枪的开发与应用

采用氧煤枪可以提高喷入高炉的煤粉周围局部区域氧气浓度,加速燃烧反应。本文介绍了氧煤枪的基本特点和工业试验结果:单风口试验,富氧23～26％,喷煤量达0.9～1.44t/h,燃烧状况良好。这种氧煤枪结构简单,使用寿命较长。     

提高邯钢西区1号高炉煤焦置换比的理论分析

通过对邯钢高炉煤焦置换比的研究,理论计算出不同时期置换比的值,研究得到影响置换比的主要因素有煤比、焦比、煤粉固定碳质量分数、焦炭固定碳质量分数和富氧率等。研究表明,随着煤比的增加置换比明显下降,煤比每增加10kg/t,置换比降低0.038;煤粉w(C)每增加1%,置换比可提高0.049左右;提高富氧率,有利于煤粉的燃烧,可以有效提高置换比。邯钢西区1号高炉的经济喷煤量在120～125kg/t。     

高炉氧煤喷吹单独供氧与综合强化燃烧的研究

研究表明，高炉氧煤喷吹及强化煤粉燃烧利用逆向，交叉射流供氧的方法比一般富氧鼓风效果要好，高炉富氧率为４％时，可增加煤粉燃烧率５％～８％。催化一单独供氧综合强化燃烧是提高煤粉燃烧率的更有效方法。     

混煤及富氧措施提高喷煤量的试验研究

高炉喷煤是降低高炉炼铁生产成本的重要措施之一,根据某高炉现场原料在实验室条件下的煤粉燃烧性试验,以现场煤种、粉气比的煤粉燃烧率为基准,考察了烟煤配比、富氧对煤粉燃烧率的影响,试验结果表明：4种无烟煤中,S2煤是最佳混合喷吹的无烟煤;增加烟煤配比和采用富氧措施,可使煤粉的燃烧率提高 。当S1和S2混合煤中烟煤S1配比为67%,富氧3%时,喷煤比可比基准提高37 kg/t(HM)。     

鞍钢2号高炉富氧大喷吹冶炼试验

本文总结分析了鞍钢2号高炉富氧大量喷吹煤粉的工业性冶炼试验,结果表明:①鼓风含氧达到28.95％,喷吹煤量170.02kg/t,炉况基本稳定顺行。鼓风含氧每增加1％,增产2～3％;焦比降低0.5％;煤粉喷吹量增加12～13kg/t;煤焦置换比达0.8以上;煤气热值升高2.6％;②生铁质量有所提高,吨铁成本降低1～3元;③基本上找出其冶炼规律及对高炉设备原燃料、出渣出铁的要求。     

高炉富氧喷煤后的焦比变化

通过对高炉富氧喷煤的能量计算，研究了高炉富氧喷煤后的焦比变化，讨论了富氧喷煤对焦比的影响，富氧喷煤后焦比降低量及煤粉燃烧率对及富氧喷煤效果的影响。     

高炉富氧喷煤技术研究开发的进展

近年来,研究开发了一系列高炉富氧喷煤关键技术,如氧煤枪、炉前供氧与安全控制、煤粉流量计量与控制以及煤粉混合喷吹等技术。氧煤枪在包钢、鞍钢试用效果良好,单枪喷煤量和供氧量分别达到1200～2500kg/h和150～300m~3/h。首台高炉炉前供氧及安全控制装置将在天津铁厂投入使用。电容噪声传感器及相关仪可用于支、总管煤粉流量的测量。煤粉燃烧促进剂A、B可大大提高煤粉的燃烧率。     

高炉富氧鼓风技术的理论分析

研究了富氧喷煤条件下,高炉炉腹煤气量、理论燃烧温度的变化规律,同时对比分析了由富氧鼓风到全氧鼓风对高炉冶炼可能带来的影响.以一座4000m<'3>级高炉的生产指标为例,计算结果表明,这一高炉富氧率在0%～14%时,富氧率每提高1%,炉腹煤气量增加2.7%～3.9%,理论燃烧温度提高7～16K.如果单纯考虑炉腹煤气量对高炉冶炼的影响,在保持鼓风量不变的前提下,高炉所能接受的最大富氧率应该为12%左右.     

高炉大喷煤量与富氧率的合理搭配

为改善高炉冶炼效果,采用两段卧式燃烧炉模拟实际高炉喷煤工艺条件,系统研究了不同条件下富氧喷煤对煤粉燃烧过程的影响.在热风富氧的条件下,单种煤和混合煤的燃烧率随富氧率的增加都有提高,而且无烟煤燃烧率的提高幅度略高于烟煤. 缩小煤粉粒度、提高热风温度都有利于煤粉燃烧率的提高,但在鼓风富氧率比较高和煤粉粒度较细小时,煤粉粒度的变化对煤粉燃烧率的影响比较小,混合煤粉的燃烧率随热风温度升高而提高的幅度也略微下降.     

首钢京唐5500m~3高炉富氧喷煤实践

对首钢京唐5500m~3高炉富氧喷煤实践进行了总结。简要阐述了富氧喷煤对高炉冶炼过程的影响,阐明了京唐高炉采用鼓风富氧和氧煤枪富氧这两种富氧方式的冶炼特点,重点阐述了富氧喷煤技术在京唐高炉上的应用效果。京唐两座高炉平均富氧率5.6%(其中氧煤枪富氧0.7%),煤比基本在170kg/t。京唐高炉富氧喷煤后,产量维持在较高水平,利用系数在2.3以上,焦比300kg/t。     

富氧喷煤对高炉风口回旋区特征影响的理论研究

运用热力学软件FactSage,针对攀钢4号高炉,研究了富氧和喷煤的变化对高炉风口回旋区特征的影响,主要是对理论燃烧温度以及煤气成分的影响。其结果表明:在攀钢目前的冶炼条件下,4号高炉的喷煤比可以继续提高至185 kg/t,但在245 kg/t时达到极限。提高喷煤比和富氧率均可提高回旋区的温度,但喷煤比的效果会更加显著;喷煤比和富氧的变化对煤气成分影响也各不相同。     

技术信息

鞍山钢铁公司为完成国家计委、冶金部下达的“八五”重点科技攻关项目“高炉氧煤强化炼铁新工艺”的任务,于1995年8月21日～11月20日在3号高炉(83lm~3)进行了喷煤比为200kg/t铁的工业试验,并取得了圆满成功。这项科技成果于1996年6月6～7日通过了部级鉴定,鉴定会由冶金部科技司主持。与会专家一致认为,在鞍钢的原燃料条件下,3号高炉连续3个月以上实现富氧率3.42％、喷煤比203kg/t铁、入炉焦比367kg/t铁、利用系数2.185、置换比0.8以及吹出炉外煤粉小于喷吹量的0.5％,其主要技术经济指标达到了国际先进水平。     

高炉全氧炼铁

高炉全氧炼铁工艺采用氧气代替热风，提高煤粉燃烧速度和风口理论燃烧温度，大幅度提高高炉煤粉喷吹量和冶炼强度。喷煤量可达300～350kg，／t铁，焦比可达150kg／t铁。近年除德国提出Fink高炉全氧炼铁流程外，加拿大．日本钢管公司（NKK）和我国研究人员也先后提出不同流程。除日本钢管公司流程在3．9m3试验高炉上进行过试验外．其他流程还处于数学模拟计算研究阶段，现在判断哪一个流程更有实用价值还为期过早。和传统高炉相比它有如下优点：①生产率大幅度提高。由于单位生铁炉缸煤气发生量锐减，冶炼强度可大幅度提高。不同方案的全氧…     

高炉全氧鼓风操作的研究

高炉全氧鼓风操作具有高生产率、高喷煤率、低焦比、煤气还原性强,热值较高等优越性,将使现行的高炉炼铁方法发生重大变革。本文对国内外已提出的四种全氧鼓风高炉炼铁方法做了评述。结合我国情况,对全氧鼓风大量喷吹煤粉,炉顶煤气脱除二氧化碳后循环喷入炉身的工艺方案做了模拟计算,结果表明:采用这一工艺,高炉生产率可提高2倍,喷煤量可超过300kg/t,焦比只需现在的三分之一。以300m~3高炉为例,吨铁投资可节约10.6％,生铁成本可降低3～7％。这一方法使钢铁厂能源结构发生巨大变化,能充分利用我国丰富的煤炭资源和复合共生铁矿,可对我国现有中、小高炉设备进行技术改造,促进钢铁工业的发展。