高钙烟煤主要特性及高炉喷吹工艺性能综合评价
郭豪
1
，李燕江
1
，胡启晨
1
，索延帅
1
，乔军强
2
，张建良
3,4
(1.中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176；2.国家能源集团神东煤炭集团煤炭经销中心， 陕西 榆林 719315；
3.北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京 100083；4.昆士兰大学化学工程学院， 布里斯班市 4072)
为了拓展用煤资源，钢铁企业正在挖掘高钙烟煤在高炉喷吹领域的应用潜力。以神东矿区27个成品销售煤种为主要研究对象，1种高炉喷吹常用烟煤和3种高炉喷吹常用无烟煤作为对比，采用国标进行检测，并结合描述性统计方法对比研究了神东高钙烟煤与高炉喷吹常用烟煤、无烟煤在煤质特性和高炉喷吹工艺性能指标两方面的优势和劣势。研究结果表明，与高炉喷吹常用烟煤28-山西烟煤相比，神东高钙烟煤具有低灰、高碳、高碳氢比(w(C)/w(H))、低氮、低硫、高热值、高钙以及高硅铝比的煤质特性，部分神东高钙烟煤还具有超低硫煤和特低硫煤特点；除1号煤、7号煤和22号煤灰分过高外，其余24种神东高钙烟煤均可用于高炉喷吹。此外，在高炉喷吹工艺性能指标方面，神东高钙烟煤的可磨性指数、着火点温度、爆炸性以及流动性指数和喷流性指数优于或接近高炉喷吹常用28-山西烟煤；但是神东高钙烟煤的灰熔点软化温度偏低，处于平均值1 147 ℃附近，通过优化配煤可以规避神东高钙烟煤灰熔点低的劣势，为神东高钙烟煤在高炉喷吹环节的合理高效应用提供保障。
高炉喷吹； 高钙烟煤； 煤质特性； 工艺性能； 灰熔点
为实现“碳达峰”“碳中和”目标，中国钢铁行业正在积聚力量，积极面对未来的低碳转型挑战，科研和工程技术人员提出了一系列创新技术，如短期目标-富氢碳循环高炉技术、长期零碳目标-全氢直接还原技术等。然而，在氢冶金等可行技术大规模应用之前，高炉工序仍是钢铁企业最主要的生产流程。当前，喷吹燃料已成为高炉工序部分替代焦炭、减少能源消耗和污染物排放的最主要技术。
近年来，随着喷煤技术和工艺装备的不断进步，钢铁企业为了扩大炼铁用煤资源范围，高钙烟煤的应用价值正在被挖掘。张文辉等指出中国应深入研究煤炭性质和用户需求，增加高炉喷吹煤、化工用煤等原料煤的市场比重，推进动力煤企业煤炭产品向燃料与原料并举转变；并且根据神东烟煤CaO含量高的特点，通过试验研究了煤中CaO在高炉喷吹中的作用，结果表明，高CaO含量可有效提高高炉风口区域煤粉燃烧效率，减少高炉炼铁过程中助熔剂添加量，提高炼铁效率，降低生产成本。梁旺等通过在高钙烟煤灰中添加不同含量的CaO，研究了高钙烟煤灰的熔融特性变化情况。白云峰等针对某高钙烟煤低灰、低硫、低磷、高CaO、高热值及高燃烧率的特点，探索了高比例喷吹该烟煤条件下的炉料结构，为该烟煤大规模应用于高炉喷吹奠定了基础。王峰等以上湾高钙烟煤为研究对象，通过试验发现配加此烟煤后无需额外采用其他调剂手段就能够稳定理论燃烧温度，保证高炉的稳定顺行。乔军强等通过热重试验发现神东烟煤对混煤燃烧过程具有促燃作用，且高炉喷吹混煤中神东烟煤所占比例可以达到50%甚至更高。
本研究在前人成果基础上，进一步扩大研究范围，以神东矿区不同系列27个煤种为主要研究对象，结合描述性统计方法对神东烟煤和高炉喷吹常用烟煤、无烟煤的煤质特性和高炉喷吹工艺性能指标进行系统评价分析，以期为开发高炉合理高效喷吹神东烟煤综合技术提供数据支撑，进一步促进高钙烟煤高炉喷吹理论的发展。
1)与高炉喷吹常用28-山西烟煤相比，神东高钙烟煤具有低灰、高碳、高碳氢比、低氮、低硫、高热值、高钙以及高硅铝比的煤质特性，除1号煤、7号煤和22号煤灰分过高外，其余24种神东烟煤均可用于高炉喷吹。
2)神东高钙烟煤的可磨性指数、着火点温度、爆炸性和喷吹性工艺性能指标优于或接近高炉喷吹常用28-山西烟煤，高炉喷吹配加神东烟煤具有提高混煤燃烧效率、减少未燃煤粉的潜力。
3)神东高钙烟煤灰熔点tS偏低，主要集中在［1 100，1 200］ ℃，波动范围较小，处于平均值1 147 ℃附近，通过优化配煤可以规避神东烟煤灰熔点低的劣势；高炉喷吹神东高钙烟煤可提高产量、降低吨铁燃料成本。
4)后续可针对高钙特性，通过工艺矿物学系统研究神东烟煤方解石(CaCO3)等各种矿物的赋存状态、嵌布特征、单体解离度与连生关系，结合数据挖掘技术建立其与高炉喷吹燃烧过程关键指标参数的关系，为高炉生产现场工程技术人员预判高炉运行状况提供指导。
郭豪, 李燕江, 胡启晨, 索延帅, 乔军强, 张建良. 高钙烟煤主要特性及高炉喷吹工艺性能综合评价[J]. 中国冶金, 2023, 33(10): 24-33. GUO Hao, LI Yanjiang, HU Qichen, SUO Yanshuai, QIAO Junqiang, ZHANG Jianliang. Main characteristics of high calcium bituminous coal and comprehensive evaluation of blast furnace injection process performance[J]. China Metallurgy, 2023, 33(10): 24-33.
http://www.zgyj.ac.cn/CN/Y2023/V33/I10/24
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