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我国喷煤技术的现状和展望
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高炉喷吹煤粉的设想很早就有，1831年美国人就曾提出专利，但在很长时间内，炼铁工业规模很小，焦煤资源充足，喷煤的设想没有受到重视。直到20世纪50年代，由于钢铁工业迅速发展，炼焦…
高炉喷吹煤粉的设想很早就有，1831年美国人就曾提出专利，但在很长时间内，炼铁工业规模很小，焦煤资源充足，喷煤的设想没有受到重视。直到20世纪50年代，由于钢铁工业迅速发展，炼焦煤感到不足，这一技术开始被重视。从1955年到1963年的8年时间，先后有苏、美、法等6个国家在3座试验高炉和9座生产高炉上试喷高挥发分煤，普遍遇到容易自燃或爆炸、炉缸堆积、风口破损、管道磨损严重等问题。又由于工艺简单、投资低廉的喷重油技术的兴起，上述各厂先后停止了喷煤。
现在，国外只有美、苏等国家的少数高炉喷吹煤粉。美国阿姆柯公司阿夕兰厂1964年在容积为1488 m3的贝勒方特高炉(1号高炉)上，建成一套喷煤装置，同年12月试喷，几经失败和修改后，于1966年1月投人生产。该高炉采用高压系统，喷吹细度为88％~95％小于200目的烟煤，最高喷吹率达到28％，灰分只有焦炭的一半，置换比1．1左右。1973年，阿夕兰厂在阿曼达高炉(2号高炉)上建立了新系统。该系统在贝勒方特高炉的基础上，做了较多的改进，喷吹比较顺利，1974年平均为88 kg／t铁，全年喷煤12．3万t，置换比0．9～1．1。
阿曼达喷煤系统布置紧凑，自动化水平高，全系统只用一人操作。喷吹部分用三个罐并列，一个罐喷煤、一个罐装煤、一个罐备用。
苏联高炉重新喷煤始于1964年，第一个装置设置在卡拉干达1719 m3的2号高炉上，1965年开始喷吹，1969年西西伯利亚厂2000 m3高炉喷煤装置投产。苏联最好的喷煤装置是顿涅茨厂700 m3的3号高炉，1967年建成，用了五年时间改进后，进入稳定时期，1972～1973年喷煤量达到80～100 kg／t铁。
我国鞍钢、首钢在1963年开始试验，。1964年3月在首钢1号高炉上试喷无烟煤成功，1965年2月正式投产，并在同年11月经鉴定后向全国推广。此后，这项技术在我国发展很快，经过十几年的实践，积累了丰富的经验。目前我国的喷煤技术工艺成熟、设备可靠，与国外技术相比；设备简单，投资少，并在应用的普遍性和喷吹率方面在世界上居领先地位，但计量、检测和自动控制水平则较差。
一、我国高炉喷吹煤粉的现状
目前，喷煤技术在我国高炉上普遍采用，在重点钢铁企业大于200 m3的高炉中，建有喷煤设备的占64％，地方中型企业也有不少高炉喷煤粉。截至：1980年底，重点企业已建成喷煤能力150万t／a，1980年全年喷110万t，平均每吨铁喷39．7 kg，这些煤粉代替焦炭88万t，收到显著的经济效果。
大喷吹量是我国在喷煤技术上取得的显著成就。1979年首钢平均每吨铁喷煤123 kg，其中1号高炉144kg／t铁，喷煤率为27％；上钢一厂、本钢一铁厂、宣钢的喷煤量也在100kg／t铁左右。
现在，一批企业的高炉正在新建、扩建和改造喷煤设施。过去认为不宜喷煤的冶炼特种矿石的高炉，也在开展喷煤的试验研究工作。因此，预计今后几年内喷煤技术在我国将有更大的发展。
我国喷煤均为细粒度煤粉。制粉使用球磨机，磨出的煤粉除个别单位用机械方法输送外，多数单位制粉车间与喷吹塔相距较远，煤粉用风力输送到喷吹塔。首钢1978年采用仓式泵输煤取得良好效果，已经掌握了1000 m左右长距离、浓相输送的设备和技术。
喷吹罐的形式各厂不尽相同，大体上有如下四种形式：
(1)单罐多列式。喷吹罐直接和粉煤仓相连，喷吹时罐内充压，装煤时卸压，多罐轮换使用，此种方式设备简单、投资省，总体计量容易解决，但占地面积较大，喷吹的连续性和稳定性较差。
(2)双罐并联式。贮煤罐与喷吹罐上下重叠，软连接并隔以钟阀。上罐为贮煤罐，在受煤时处于常压，向下罐放煤时充压，使与下罐压力相等。下罐为喷吹罐，经常处于高压状态，连续向高炉喷煤。一般采用两个系列并联，正常情况下，两系列同时工作，需要检修或处理故障时，仍可保持一个系列喷吹。因此，连续性好，作业率高，占地面积也较小，其缺点是设备投资较多。
(3)三罐重叠式。由集煤罐、贮煤罐及喷吹罐上下重叠而成。喷吹罐(下罐)经常处于高压状态，连续向高炉喷煤；贮煤罐(中罐)则向喷吹罐放煤时充压，从集煤罐受煤时放压，反复不已；集煤罐(上罐)收集由制粉车间输送来的煤粉。三罐重叠式用一个系列就可连续向高炉喷煤，占地面积最小，其缺点是塔体较高，检修不便，检修或处理故障时则不能连续喷吹。
(4)常压喷煤。用螺旋泵向高炉喷吹，因系常压，安全可靠，适用于常压和容积较小的高炉。
喷吹支管的形式，大体可分为三种：
一种是喷吹罐下面设置多个锥体，每个锥体下方安装一套吹送器，煤粉通过支管，单独向每一个风口进行喷吹，这种形式可以对每个风口的喷煤量进行调节，因此可使各风口的喷煤量比较均匀，且容易做到单风口煤量测量和控制。当个别风口出现故障时，可个别处理而不会影响其他风口喷煤，并且喷吹罐底部做成多个锥体，也可减少罐内积存死煤，防止自燃，故此种方式优点较多。
双罐并联式由于有两个罐，单支管数量多，可以满足风口较多的大容积高炉的需要，而单罐多列式和三罐重叠式因只有一个喷吹罐，支管数量少，往往影响喷吹的均匀性和喷吹量。
另一种方式是由喷吹罐下面引出一个或几个总管，在炉旁通过瓶式分配器，分成多个支管，接往各风口，此种方式设备简单，但很难做到各风口间煤量均匀，各风口的煤量不能单独调整，不易实现单风口调节，个别风口或支管出现故障，就须总管停煤，影响喷煤连续性。
第三种介于前两种之间，一些采用三罐重叠式的喷吹设备，为了解决支管数量少的问题，每根支管在炉旁分为二根或三根通向风口，这种方式具备一些单支管喷吹的优点，但也有第二种方式的一些缺点。
综合以上几种喷吹方式，以双罐并联式、单支管喷吹优点较多。单罐多列式因其设备简单，投资少，可在较小容积的高炉上采用。
送至粉煤仓或喷吹塔的煤粉，大多用多级离心分离器和布袋过滤器收集，工作状况好的，排放浓度可降低到100 mg／m3左右，但有一些单位，由于分离过滤设备在设计和维护上存在问题，大于国家规定的排放标准。
计量大多使用电子秤，单位时间总喷煤量的计量技术已基本解决，喷煤量的自动调节和单支管计量技术正在加紧研究。
大多数喷煤设备自动控制水平较低，首钢1979年投产的新2号高炉喷煤装置和马钢二铁厂烟煤喷吹装置实现了顺序控制，是个可喜的进展。
在安全装置上，绝大多数喷煤设备是完备的，这些安全装置包括：煤粉罐的测温和报警装置，防止煤粉在煤粉仓和煤粉罐内积存和自燃装置，防止高炉热风回流装置，输煤管路吹扫装置和防止静电引爆装置，爆破减压装置，必要的惰性气体保护装置等。这些安全设施加上一系列的安全操作规程，经过各厂十几年实践，证明是可靠的。自1965年首钢经验在全国推广以来，国内从未发生爆炸事故。
我国过去大量喷吹的是无烟煤，无烟煤的储量虽然不少(约占煤炭储量的1／4)，但在地理分布上不够均衡，一些无烟煤矿，因煤质较硬不宜喷吹，而过去大量使用的无烟煤如阳泉煤，近年来随着工业的发展，供不应求，而且灰分和含硫量大幅度升高，已明显影响喷煤效果。因此，喷煤技术进一一步推广后，存在着开辟新的喷吹煤资源的问题，固然可以通过无烟煤洗选的办法解决一部分问题，但最好的办法，还是选择占我国煤炭储量40％左右、分布广泛的非炼焦用烟煤作为新的喷吹煤源，这无论在资源利用还是经济上都更合理。
近年来，我国喷吹烟煤的技术得到了可喜的进展。1978年首钢试验高炉在原有安全装置之外，采取控制制粉系统气体含氧量，高压系统采用惰性气体保护，严格控制制粉和喷吹系统温度，增设连锁保护装置等措施，喷吹挥发分为31．4％的大同煤(具有强爆炸性)，安全地喷吹了100天。每吨铁喷煤量79～123 kg。试验期间，虽然因热风炉设备问题，风温较低，只有791～825℃，但置换比仍然达到0．87～1．0。同年，马钢第二炼铁厂，在4座255～300 m3的高炉上，安全地试喷了挥发分为17％～21％的淮北瘦煤，平均每吨铁喷煤73 kg，高炉稳定顺行，产量增加，焦比下降，置换比0．90～1．0。此后，马钢又进行了一系列的实验室和工业试验，在此基础上，第二炼铁厂正式兴建烟煤喷吹装置，于1980年7月投产。苏州钢铁厂在84 m3的高炉上，成功地掌握了常压喷吹烟煤技术，结构简单，安全可靠，很适合在中、小型高炉上推广。可以说，我们已经掌握了烟煤喷吹技术。现在首钢、
太钢、本钢都在进行工作，将原有喷吹无烟煤的设备，改造成可以兼喷烟煤，预计烟煤喷吹技术在国内将很快得到推广。这样，多数厂可以就地取煤，煤粉的质量将比现在得到明显的改善，经济效果也将更好。
二、我国喷煤技术当前需要进行的工作和展望
十几年来，我国炼铁工作者在喷煤技术上积累了丰富的经验，如今应该根据我国的具体情况，发挥优势，使喷煤应用更广泛，技术更先进，在我国钢铁工业发展中起到更大、更好的作用。还要积极向国外输出技术，为缓和世界性的能源危机做出贡献。为此，应该做好如下几点工作。
(一)进一步推广采用喷煤技术，扩大喷煤能力，增加喷吹量，改变炼铁燃料组成
我国重点钢铁企业还有一些高炉没有喷煤设施，中小钢铁企业没有喷煤高炉的比例则更大些，应该积极做工作，在不太长的时间内，使尽量多的高炉喷吹煤粉。这对解决焦炭不足和完全停止用油、改善高炉顺行、采用高风温、降低燃料比以及降低生铁成本都是非常必要的。
已有喷煤设施的高炉，除个别企业外，目前喷煤能力均感不足，喷煤经济效果的发挥受到限制，有的企业还没有把重油完全替换下来，因此需要扩大喷煤能力。
根据已掌握的喷煤技术和积累的经验，在国内重点企业现有的原料和高炉操作条件下，大部分高炉每吨铁喷吹煤粉100～150 kg，高炉是可以接受的。因此，新建和扩建的喷煤设施的喷煤能力l，应按每吨铁150～200 kg(喷吹率为25％或更多些)考虑。
由于我们大部分高炉已经有了喷煤设施，为了达到上述喷煤能力，需要新建和改建的工作量和费用并不很多。这些工程完成后，重点企业高炉的喷煤能力将比现在增加1～2倍，那时，我国炼铁燃料组成将发生重大的变化，无烟煤和非结焦煤将占炼铁燃料的1／5或更多。
随着原料条件和高风温、高压、富氧及鼓风脱湿等冶炼条件的改善，喷煤率还会进一步提高。
喷煤量的极限，可以根据焦炭在高炉内的作用来分析。包括：(1)供给热量；(2)提供还原剂；(3)起炉料骨架作用，改善料柱透气性。从理论上讲，前两项完全可以用煤粉代替。第三项的最小极限是多少?目前还缺少这方面的理论和实践。但从首钢1号高炉1 966年的实践情况看，喷煤率达到50％以上是可能的。
(二)扩大煤种和改善煤质
当前，我国喷煤粉技术使用和推广上的一个重大障碍是无烟煤的质量下降和数量不足。如1965年喷吹用的阳泉煤灰分是12％～13％，含硫0．5％～0．6％，而近年来，灰分已增加到18％～22％，硫1．0％。1．2％，明显地降低了煤粉的置换比，并增加了高炉硫负荷。因此，如进一步推广和扩大喷煤能力，矛盾将更为突出。解决的途径有二：
(1)无烟煤人洗。精煤的灰分和含硫量可以做到不高于现用冶金焦炭的相应成分，即灰分不大于12％～1 3％，硫不大于0．6％～0．7％。这样虽然煤的价格有所上升，但冶炼效果好，置换比可由0．7～0．8提高到0．9～1．0，可以回收洗煤费用而有余。
(2)采用烟煤。我国非结焦性烟煤，储量大弋分布广、煤质上选择余地大，可以改善冶炼效果，而且大部分厂可以就地取材，节约运力，降低成本。过去担心的爆炸问题，经过近几年的实践已经解决。因此，应在国内有计划地推广。
(三)提高装备水平
我国喷煤技术虽然工艺上比较成熟，但大多数厂装备水平较低。主要表现在：
(1)控制水平低，大多数喷煤设备还是手动操作，用人较多；
(2)计量不准；
(3)调节手段落后；
(4)有些企业除尘还不能达到国家标准，污染环境。
针对上述情况，应当努力提高装备水平，解决好以下几个问题：
第一，要解决计量和调节技术问题。对高炉热制度影响最大的是单位时间总煤量。在解决了总煤量计量问题以后，要尽快地研究煤量的自动调节技术，以满足高炉热制度稳定的要求。各风口喷煤量的均衡，虽然可以通过调整喷吹设备参数做到均匀，但真正解决还是要靠单支管煤量的计量和调节。因此，要积极开展单支管喷煤量的检测和控制技术的试验研究工作。
第二，应提高自动化水平，增加操作可靠性，减少用人，有计划地组织研究、采用电子计算机控制技术。
第三，要完善监测仪表，如各种温度计、压力计、氧气浓度自动分析仪、必要的连锁装置和必要的安全装置，以确保喷煤安全。
第四，还要采用高效、耐用、检修方便的煤粉回收和除尘装置，防止大气污染。
通过上述工作，我国的喷煤技术不仅将会在应用广泛、喷吹量大、设备简单可靠等方面保持国际上的领先地位，而且装备水平也将达到世界先进水平，从而能在国际上有更强的竞争能力，可以较多地向世界各国输出这项技术。
(本文发表于《歹台金情报》1981年第7期)
