CN111876534A - 减少高炉风口及喷枪接渣的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少高炉风口及喷枪接渣的方法，该方法包括：定义煤粉燃烧后产生煤灰的评价指数K₁和K₂，根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量计算评价指数K₁，K₁的值与煤灰的灰熔点温度负相关；根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量计算评价指数K₂，K₂的值与煤灰1500℃黏度负相关；选用产生煤灰的评价指数K₁和K₂在预设范围内的煤粉作为高炉喷吹用煤粉。本发明的减少高炉风口及喷枪结渣的方法，可以对燃烧产生的煤灰的灰熔点温度和1500℃黏度进行控制，进而使进入高炉喷吹煤粉的性能满足不结渣的要求。

Description

减少高炉风口及喷枪接渣的方法

技术领域

本发明涉及高炉冶炼技术领域，尤其涉及一种减少高炉风口及喷枪接渣的方法。

背景技术

现代高炉生产中，为降低高炉焦比，绝大多数高炉采用风口喷吹煤粉提供热量，替代部分焦炭。但是，在喷吹煤粉时，由于喷吹煤粉的燃料率不足及粘结性高等问题、以及喷吹参数控制不合理等因素，导致高炉风口及喷枪前段处经常会发生结渣现象，风口结渣使风口通道面积减小，风压升高，影响喷煤作业和炉况顺行。同时，风口结渣后，降低风口冷却强度，严重时导致风口漏水，需休风更换，破坏高炉正常运行，造成铁水产量降低、成本升高的不良后果。

风口及喷枪结渣的产生不仅与煤枪插入位置、角度、风口衬套材质、鼓风条件有关，还与煤的粘结性、挥发分、灰成分及性质有很大关系。为防止风口结渣，许多学者和技术人员对风口结构进行研究和设计，例如，现有技术提供的一种新型高炉喷煤预燃器，该喷煤预燃器可限制煤粉预燃数量，防止风口结渣。现有技术提供的一种煤粉高温低NOX燃烧的分级布风装置，加强煤粉燃烧，提高煤粉燃烬率，同时又能解决传统旋风炉风口结渣等问题。对于喷枪结渣的问题，提出了采用停止喷吹、机械振动、停止喷枪冷却风、旋转一系列措施，破坏结渣出现的条件，实现在线处理喷枪结渣。上述方法在风口结构及结渣处理方面做了大量工作，但是，如何选择合理的煤粉性能以减小风口结渣的研究并未提及。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种减少高炉风口及喷枪接渣的方法。具体技术方案如下：

一种减少高炉风口及喷枪接渣的方法，所述方法包括：

定义煤粉燃烧后产生煤灰的评价指数K₁和K₂，

根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量计算评价指数K₁，K₁的值与煤灰的灰熔点温度负相关；

根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量计算评价指数K₂，K₂的值与煤灰1500℃黏度负相关；

选用产生煤灰的评价指数K₁和K₂在预设范围内的煤粉作为高炉喷吹用煤粉。

在一种可能的设计中，根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量，利用下述公式计算K₁：

式中化学式表示对应物质在煤灰中的含量。

在一种可能的设计中，根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量，利用下述公式计算K₂：

式中化学式表示对应物质在煤灰中的含量。

在一种可能的设计中，K₁的值与煤灰的灰熔点温度关系如下：

K₁＝-0.0011m+1.6215

式中，m为煤灰灰熔点温度值，单位为℃。

在一种可能的设计中，K₂的值与煤灰1500℃黏度的关系如下：

K₂＝4.3858n^-1.207

式中，n为煤灰1500℃黏度，单位为Pa·s。

在一种可能的设计中，控制K₁小于0.25使煤灰灰熔点温度大于1250℃。

在一种可能的设计中，控制K₂大于1使煤灰1500℃黏度低于5Pa·s。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的减少高炉风口及喷枪结渣的方法，通过对煤灰中各组分含量进行测量，然后获取评价指数K₁和K₂，通过K₁和K₂的值，可以对不同煤粉燃烧产生煤灰性能进行评估，进而对煤粉结渣性能进行评估。通过选用产生煤灰的评价指数K₁和K₂在预设范围内的煤粉，可以对燃烧产生的煤灰的灰熔点温度和1500℃黏度进行控制，进而使进入高炉喷吹煤粉的性能满足不结渣的要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的不同温度条件下煤灰黏度变化趋势表；

图2为本发明一实施例提供的K₁与煤灰灰熔点温度关系表；

图3为本发明一实施例提供的K₂与煤灰1500℃黏度关系表。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

本发明实施例提供了一种减少高炉风口及喷枪结渣的方法，该方法包括：

定义煤粉燃烧后产生煤灰的评价指数K₁和K₂，

根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量计算评价指数K₁，K₁的值与煤灰的灰熔点温度负相关；

根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量计算评价指数K₂，K₂的值与煤灰1500℃黏度负相关；

选用产生煤灰的评价指数K₁和K₂在预设范围内的煤粉作为高炉喷吹用煤粉。

本发明实施例提供的减少高炉风口及喷枪结渣的方法，通过对煤灰中各组分含量进行测量，然后获取评价指数K₁和K₂，通过K₁和K₂的值，可以对不同煤粉燃烧产生煤灰性能进行评估，进而对煤粉结渣性能进行评估。通过选用产生煤灰的评价指数K₁和K₂在预设范围内的煤粉，可以对燃烧产生的煤灰的灰熔点温度和1500℃黏度进行控制，进而使进入高炉喷吹煤粉的性能满足不结渣的要求。

实际应用时，可以选煤粉试样进行燃烧，然后根据煤灰中的成分计算K₁和K₂，进而判断该煤粉是否可用。

具体地，根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量，利用下述公式计算K₁：

式中化学式表示对应物质在煤灰中的含量。

具体地，根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量，利用下述公式计算K₂：

式中化学式表示对应物质在煤灰中的含量。

对于本发明的技术构思，以下进行详细说明：

煤粉经由喷枪输送至高炉风口前端，与热风中的氧气发生燃烧反应，煤粉燃烧时间仅仅1-2s，反应时间特别短暂，并不能完全燃尽，形成部分未燃煤粉，随煤气或炉渣排出炉外。同时，煤粉燃烧后，也会形成煤灰，绝大部分煤灰进入炉渣排出炉外。但是，煤粉在风口前端燃烧时，若煤粉灰熔点温度低、且黏度较高时，燃烧后的煤灰会在风口或喷枪处结渣。煤粉灰熔点及黏度的检测时间较长，检测时间4-6小时，煤灰黏度检测的试样量要求100g以上，而煤粉烧至上述试样量的时间需要1-2天。检验工作量和检验时长都较大，不能及时有效判定煤粉的结渣性能。研究表明，煤灰成分与灰熔点和黏度有一定的关联性。本方法运用煤灰成分建立灰熔点和黏度的评价指数，K₁和K₂。煤灰成分主要由Fe₂O₃、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、P₂O₅、MnO、TiO₂组成。

高炉风口前端温度高于1600℃，大部分煤粉的煤灰流动性温度低于1600℃，从上述条件分析，风口前端煤灰不会结渣，但是，当煤灰在流动性温度时黏度大于10Pa·s，风口前端有结渣现象发生。高炉使用的煤粉由无烟煤和烟煤混合而成，烟煤的灰熔点温度通常低于1200℃，无烟煤的灰熔点温度1400-1500℃，两种煤种混合后灰熔点温度介于1200-1400℃。高炉煤粉灰熔点温度企业要求大于1250℃。

煤灰黏度是随温度而变动的，具体见图1所示。

对于高炉喷吹煤灰的黏度要求：1500℃时黏度低于5Pa·s。

综合上述分析：当煤灰灰熔点大于1250℃，1500℃黏度低于5Pa·s时，可降低高炉风口结渣。

探寻K₁、K₂与灰熔点、黏度关系。

取10-30种煤粉试样，其中包括部分单种煤以及混合煤的试样。将煤粉试样燃烧后得到对应的煤灰，按照煤灰成分和黏度的检测标准对上述试样进行检测。得到如下数据，见表1。

表1煤灰成分、灰熔点温度和黏度数据

将K₁与灰熔点温度进行数据回归，见图2所，可得回归方程：

K₁＝-0.0011m+1.6215

回归系数R²＝0.9759。

式中，m为煤灰灰熔点温度值，单位为℃。

根据上述回归关系，可知随着K₁的减小，煤灰灰熔点温度逐渐增加。当K₁小于0.25时，煤灰灰熔点温度大于1250℃，满足生产实际需要。

将K₂与1500℃黏度进行数据回归，见图3所示，可得回归方程：

K₂＝4.3858n^-1.207

回归系数R²＝0.875

式中，n为煤灰1500℃黏度，单位为Pa·s。

根据上述回归关系，可知煤灰黏度随着K₂的增大而降低，当K₂大于1.0时，煤灰黏度低于5Pa·s，满足生产实际需要。

其中，本领域技术人员可以理解的是，上述K₁和K₂的取值还可以根据实际生产中对灰熔点和黏度的不同需求而进行适应性调整。

以下结合具体实施例，对本发明的减少高炉风口及喷枪结渣的方法的应用进行说明：

某钢在开发喷煤新资源和高炉用煤粉时，对煤粉燃烧后产生的煤灰成分进行检测，并计算评价指数K₁和K₂，见表2所示。

表2煤灰成分及评价指数

对于开发的新资源(单种煤)而言，K₁指数的排序：煤种3<煤种1<煤种5<煤种4<煤种2，说明煤灰的灰熔点温度排序；煤种3>煤种1>煤种5>煤种4>煤种2。其中，煤种1、煤种3、煤种5的K1值低于0.25。满足高炉对灰熔点温度的要求。K₂指数排序：煤种4>煤种2>煤种5>煤种3>煤种1，其黏度排序：煤种4<煤种2<煤种5<煤种3<煤种1。其中煤种2、煤种4、煤种5的K₂值高于1。满足高炉对煤灰黏度的要求。综上分析，高炉使用一种单种煤时，上述新资源中仅仅煤种3满足高炉对结渣性能的要求。对于其他单种煤而言，不能单独用于高炉喷吹中。可考虑混合配用。

对于混合煤而言，煤种6和8的K₁<0.25，K₂>1，满足高炉要求。煤种7的K₁<0.25，K₂<1，黏度性能不能满足高炉需求，煤种9的K₁>0.25，K₂>1。某钢厂分别将煤种6至煤种9用高炉中，分别使用3个月后，高炉定检休风后，观察风口结渣情况。结果见表3所示。

表3风口结渣现象

煤种	风口总数量/个	风口结渣数量/个	结渣比例
				煤种6	38	3	7.89％
煤种7	38	12	31.58％
				煤种8	38	4	10.52％
煤种9	38	8	21.05％

从生产实践的效果表明，使用煤种6和煤种8后，风口结渣现象较少。说明上述结渣指数评价标准是比较有效的。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，所述方法包括：

定义煤粉燃烧后产生煤灰的评价指数K₁和K₂，

根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量计算评价指数K₁，K₁的值与煤灰的灰熔点温度负相关；

根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量计算评价指数K₂，K₂的值与煤灰1500℃黏度负相关；

选用产生煤灰的评价指数K₁和K₂在预设范围内的煤粉作为高炉喷吹用煤粉。

2.根据权利要求1所述的减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，根据煤灰中氧化钙含量、二氧化硅含量和氧化铝含量，利用下述公式计算K₁：

式中化学式表示对应物质在煤灰中的含量。

3.根据权利要求1或2所述的减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，根据煤灰中氧化铁含量、氧化钙含量、氧化镁含量和氧化铝含量，利用下述公式计算K₂：

式中化学式表示对应物质在煤灰中的含量。

4.根据权利要求2所述的减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，K₁的值与煤灰的灰熔点温度关系如下：

K₁＝-0.0011m+1.6215

式中，m为煤灰灰熔点温度值，单位为℃。

5.根据权利要求3所述的减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，K₂的值与煤灰1500℃黏度的关系如下：

K₂＝4.3858n^-1.207

式中，n为煤灰1500℃黏度，单位为Pa·s。

6.根据权利要求4所述的减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，控制K₁小于0.25使煤灰灰熔点温度大于1250℃。

7.根据权利要求5所述的减少高炉风口及喷枪接渣的方法，其特征在于，控制K₂大于1使煤灰1500℃黏度低于5Pa·s。

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