高爐噴煤槍的發展趨勢
2014-7-10 23:55:04 點擊：
高爐噴煤槍的發展趨勢
1 概述
2.1 由一口一槍趨向一口雙槍
最初噴煤每個風口僅一根噴槍，且有少數風口，如鐵口上方的風口由于溫度高，易將噴槍的軟連接燒壞，以及操作不便等原因而難于噴煤。隨著噴槍連接方式由柔性連接至剛性連接的改變，許多高爐已實現全風口噴吹。噴煤的廣度與均勻度已大為提高。不僅如此，國外一些高爐已開始在一個風口內配置兩根噴槍。如1994年，日本即在福山4號高爐的每個風口上配置了非對稱偏心雙槍，使粉煤的擴散性大為改善，燃燒率得到了很大提高。在高爐噴煤比達到230kg/tFe的條件下，爐頂粉塵中幾乎看不到未燃燒的粉煤。
2.2 從單一材質趨向復合材質
最初的噴槍大都由單一的不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti)無縫管制成，隨著風溫和噴煤量的提高，噴煤槍磨損和燒損及噴煤磨蝕風口等問題日益突出。現在的噴槍大都針對噴槍各部分溫度及磨蝕程度的不同而采用了不同的材質。如1998年鋼鐵研究總院與首鋼煉鐵廠合作研制的噴槍前段采用了高溫合金，噴槍彎頭內襯金屬陶瓷。使噴煤槍的實際消耗量降低約77.07%，單槍平均使用壽命達到81天。
2.3 從單管趨向套管
隨著噴煤比的大幅提高，煤粉燃燒率成了人們普遍關注的問題，為此許多鋼鐵廠將原單管式噴槍改成了各式各樣的套管式同軸噴槍。外管通以壓縮空氣或氧氣，根據流體力學原理，使輸入的壓縮空氣或氧氣經套管及旋流噴嘴后產生旋流，使煤粉與熱風或氧氣充分接觸，以提高煤粉燃燒率。本鋼1988年即開始對輸入壓縮空氣的套筒式旋流噴槍進行了研究與試驗。特別對于200kg/tFe以上高噴煤率的高爐，最先在歐洲產生的氧煤槍已成為一個研究的熱點。原西德蒂森鋼鐵公司通過對氧煤槍的結構優化(在風口上方直接供氧)曾在焦比為268kg/tFe時，噴煤比達到了224kg/tFe。在國內，北京科技大學、包鋼、攀鋼、鞍鋼、東北大學等都對氧煤槍進行過研究與試驗。
2.4 噴口從簡單趨向復雜
最初的噴槍出口截面形狀大都為圓形，隨著噴煤比的提高，為了盡量增加煤粉與氧氣的接觸面積，并使煤粉流的噴射面積最大限度地占據風口截面實現均勻分布，噴口的形狀發生了許多變化。如偏心圓形、橢圓形、三孔形的噴槍相繼出現。日本1995年在川崎鋼鐵公司千葉廠的5號、6號高爐的全部風口上采用了強攪動噴槍，其噴口實際上就是將傳統噴槍的噴管斜切。更復雜噴口形狀的噴槍可能還會產生。
2.5 由連續流趨向脈沖流
傳統的噴槍都是對煤流采取連續噴吹的形式，這樣在噴槍及風口前端形成了一個相對穩定的溫度分布區間及氧濃度分布區間，煤粉流的中心區域通常成了低溫缺氧的地方，那里的煤粉將無法完全燃燒。如果將煤粉流由連續流改為脈沖流，那么煤粉與熱風的接觸面積將大為增加，攪拌與混合也將大為加強，這對提高煤粉燃燒率無疑會起到非常有益的作用。同時這也有利于防止噴槍的堵塞。德國施韋爾根1號高爐即采用了這種脈沖供煤與脈沖供氧的噴槍形式。
目前，我國高爐噴煤尚處于較低的水平，1999年原重點企業的煤比114kg/tFe，原骨干企業的煤比僅為88kg/tFe，全年平均煤比超過200kg/tFe的僅寶鋼一家。為配合高爐噴煤水平的提高，在噴煤槍的研制方面我們應密切結合現有的實際情況，切實把握好噴煤槍的發展方向，避免主觀選擇與盲目追隨，為我國高爐噴煤的發展作出一些有意義的嘗試。筆者在此提出以下的一些觀點供商榷：
(4)對于噴槍的噴口形狀，我認為可以采用多口多流噴嘴以使煤粉流最大限度地占據風口截面，但同時應盡量不減少噴流在噴口的流通截面積，以免噴口的噴吹流速過高而易于磨蝕風口。
1 概述
高爐噴吹煤粉自20世紀60年代開始應用于生產以來，經過不斷試驗研究與完善提高，已相當普及。目前世界上90%以上的生鐵是在采用噴吹燃料的高爐上生產的。一些先進的高爐噴煤量已達200kg/tFe以上。噴煤槍作為高爐噴吹煤粉的重要設備，它的結構與性能直接影響到煤粉燃燒率、煤焦置換比、噴煤的廣度與均勻度以及風口壽命等諸多方面。為了適應高爐不斷提高噴煤比及噴煤效益的需要，噴煤槍在近來得到了廣泛的研究與探討，人們在最初單管噴槍的基礎上進行了一系列的改進與試驗。
圖為噴煤系統組人員在探討噴槍如何延長使用壽命
2 噴煤槍的發展趨勢2.1 由一口一槍趨向一口雙槍
最初噴煤每個風口僅一根噴槍，且有少數風口，如鐵口上方的風口由于溫度高，易將噴槍的軟連接燒壞，以及操作不便等原因而難于噴煤。隨著噴槍連接方式由柔性連接至剛性連接的改變，許多高爐已實現全風口噴吹。噴煤的廣度與均勻度已大為提高。不僅如此，國外一些高爐已開始在一個風口內配置兩根噴槍。如1994年，日本即在福山4號高爐的每個風口上配置了非對稱偏心雙槍，使粉煤的擴散性大為改善，燃燒率得到了很大提高。在高爐噴煤比達到230kg/tFe的條件下，爐頂粉塵中幾乎看不到未燃燒的粉煤。
2.2 從單一材質趨向復合材質
最初的噴槍大都由單一的不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti)無縫管制成，隨著風溫和噴煤量的提高，噴煤槍磨損和燒損及噴煤磨蝕風口等問題日益突出。現在的噴槍大都針對噴槍各部分溫度及磨蝕程度的不同而采用了不同的材質。如1998年鋼鐵研究總院與首鋼煉鐵廠合作研制的噴槍前段采用了高溫合金，噴槍彎頭內襯金屬陶瓷。使噴煤槍的實際消耗量降低約77.07%，單槍平均使用壽命達到81天。
2.3 從單管趨向套管
隨著噴煤比的大幅提高，煤粉燃燒率成了人們普遍關注的問題，為此許多鋼鐵廠將原單管式噴槍改成了各式各樣的套管式同軸噴槍。外管通以壓縮空氣或氧氣，根據流體力學原理，使輸入的壓縮空氣或氧氣經套管及旋流噴嘴后產生旋流，使煤粉與熱風或氧氣充分接觸，以提高煤粉燃燒率。本鋼1988年即開始對輸入壓縮空氣的套筒式旋流噴槍進行了研究與試驗。特別對于200kg/tFe以上高噴煤率的高爐，最先在歐洲產生的氧煤槍已成為一個研究的熱點。原西德蒂森鋼鐵公司通過對氧煤槍的結構優化(在風口上方直接供氧)曾在焦比為268kg/tFe時，噴煤比達到了224kg/tFe。在國內，北京科技大學、包鋼、攀鋼、鞍鋼、東北大學等都對氧煤槍進行過研究與試驗。
2.4 噴口從簡單趨向復雜
最初的噴槍出口截面形狀大都為圓形，隨著噴煤比的提高，為了盡量增加煤粉與氧氣的接觸面積，并使煤粉流的噴射面積最大限度地占據風口截面實現均勻分布，噴口的形狀發生了許多變化。如偏心圓形、橢圓形、三孔形的噴槍相繼出現。日本1995年在川崎鋼鐵公司千葉廠的5號、6號高爐的全部風口上采用了強攪動噴槍，其噴口實際上就是將傳統噴槍的噴管斜切。更復雜噴口形狀的噴槍可能還會產生。
2.5 由連續流趨向脈沖流
傳統的噴槍都是對煤流采取連續噴吹的形式，這樣在噴槍及風口前端形成了一個相對穩定的溫度分布區間及氧濃度分布區間，煤粉流的中心區域通常成了低溫缺氧的地方，那里的煤粉將無法完全燃燒。如果將煤粉流由連續流改為脈沖流，那么煤粉與熱風的接觸面積將大為增加，攪拌與混合也將大為加強，這對提高煤粉燃燒率無疑會起到非常有益的作用。同時這也有利于防止噴槍的堵塞。德國施韋爾根1號高爐即采用了這種脈沖供煤與脈沖供氧的噴槍形式。
目前，我國高爐噴煤尚處于較低的水平，1999年原重點企業的煤比114kg/tFe，原骨干企業的煤比僅為88kg/tFe，全年平均煤比超過200kg/tFe的僅寶鋼一家。為配合高爐噴煤水平的提高，在噴煤槍的研制方面我們應密切結合現有的實際情況，切實把握好噴煤槍的發展方向，避免主觀選擇與盲目追隨，為我國高爐噴煤的發展作出一些有意義的嘗試。筆者在此提出以下的一些觀點供商榷：
(1)在目前的情況下，無論對于任何廠家，都可以嘗試將傳統的連續噴煤槍改造成脈沖噴煤槍，這能有效地提高煤粉的燃燒率而無須太多的投入。
圖為安檢人員在檢測煤粉噴槍
(2)對于那些制粉能力與制氧能力均比較充足的廠家，應積極地開發高效能的氧煤槍及采取雙槍噴吹等形式。對于那些制粉能力與制氧能力短期內尚難以與高煤比相匹配的廠家，就應積極地改進噴槍的結構及參數優化，以盡可能地提高煤粉的燃燒率，使有限的煤粉得到最大限度的利用。
(4)對于噴槍的噴口形狀，我認為可以采用多口多流噴嘴以使煤粉流最大限度地占據風口截面，但同時應盡量不減少噴流在噴口的流通截面積，以免噴口的噴吹流速過高而易于磨蝕風口。
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