钢铁8601 刘文权（提供）

一、研究的背景与问题

当前钢铁企业正在面临着前所未有的成本压力，而高炉炼铁系统成本占钢铁生产总成本的60%左右，而在炼铁生产成本中，燃料成本占了50%以上。因此，如何在高炉炼铁生产中降低燃耗、节约成本，已成为如今国内钢铁企业需要解决的重要课题。从高炉冶炼工艺角度看，烟煤来源广泛，价格低；烟煤煤质较软，可磨性好，能节省磨煤能耗。由于烟煤的挥发分高，煤粉燃烧率高，喷入高炉后在风口前迅速热解、完全燃烧，可以提高喷煤量；同时烟煤的氢含量高，煤气中H2含量增加，可以改善煤气利用，并利于提高间接还原。所以，喷吹烟煤是降低炼铁成本的有效措施之一。

目前钢铁企业喷吹系统多数采用烟煤与无烟煤混合喷吹，混合煤粉挥发分多数不超过23%，烟煤使用量不超过40%。此外，我国早期高挥发分喷吹烟煤的经验中，主要集中于挥发分低于30%的煤种，而挥发分大于35%的低阶煤喷吹技术尚未突破。高炉高挥发分烟煤喷吹技术也有很多关键技术需要攻克。比如：如何安全使用烟煤，防止爆炸，保证安全生产；如何优化高炉冶炼规律避免烟煤喷吹时炉凉、边缘气流异常、炉内压差高；如何确定合理高炉布料制度、送风制度和高炉热制度；如何确定最经济的富氧率和高挥发分烟煤喷吹模式等问题。

本技术成果针对钢铁现场喷煤现状，通过基础调研、科学研究、装备升级等方面的工作，安全有效的提高高挥发分烟煤喷吹比例，降低高炉生产成本，提高企业市场竞争力。

二、解决问题的思路与技术方案

本项目实施的总体思路如图1所示。首先，对高炉生产现场进行系统评估，包括制粉-喷吹系统的安全状况、煤炭资源状况和高炉操作条件等，基于现场评估结果制定技术攻关方案；随后，针对高炉喷吹煤进行系统的冶金性能分析，建立喷吹煤性价比评价模型，开发低成本智能配煤系统，指导现场喷吹煤高性价比甄选和科学搭配；然后，针对高炉喷吹煤制粉-喷吹系统的装备安全隐患，进行技术改造、安全监控预警平台升级和安全操作规程制定，保证生产的安全稳定；最后，基于高挥发分烟煤喷吹的技术特点，制定高炉适宜的原燃料匹配标准、送风制度、布料制度，开展高挥发分烟煤低成本喷吹的工业应用，实现节约成本和降低CO₂排放的目标。

三、主要创新性成果

1、针对烟煤品种繁多、热值波动大、风口燃烧机理不明等问题，揭示了高炉喷吹煤在风口回旋区的燃烧放热机理，创建了以有效发热值为核心的高炉喷吹煤性价比评价模型，开发了多煤种混合智能搭配系统，指导企业采购高性价比喷吹煤，降低吨铁成本。

2、针对制粉-喷吹系统氧含量高、抑爆联锁反应迟缓等安全隐患难题，创建了高挥发分烟煤“储运-制粉-喷吹”全生命周期的安全作业规程，开发了热风炉废气成分智能调控系统、制粉-喷吹系统安全预警平台，解决了热风炉换炉过程烟气氧含量超标、磨机煤粉自燃、管道磨损漏风等安全问题。

3、针对高炉比例高挥发份烟煤喷吹带来的气流波动、炉温异常等难题，揭示了高挥发分烟煤喷吹对风口回旋区放热、炉内气流分布和矿石还原的影响机理，开发了高比烟煤喷吹理论燃烧温度模型、炉腹煤气量指数模型，制定了适用于高挥发分烟煤喷吹的送风制度、布料制度和炉热制度，保证了高炉的稳定顺行。

四、应用情况与效果

该项目成果在山西建龙进行了工业应用，10号高炉烟煤比例提升至100%，煤粉平均挥发分为35.81%，实现了高炉全烟煤喷吹生产。2022年10月，山西建龙全厂高炉喷吹烟煤比例提升至75%，混煤平均挥发分为30.65%，填补了国内空白，2022年降低铁水成本2455万元。

该项目成果2023年在纵横钢铁进行了整体工业化应用，逐步实现全厂高炉高挥发分烟煤比例提高至60%，高炉炉况稳定顺行，燃料消耗稳定不变，吨铁成本显著降低。

来源：北京科技大学、山西建龙实业有限公司、河北纵横钢铁集团有限公司

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