高炉炼铁冶金工程中喷煤比优化与焦炭消耗降低的工艺实践研究

一、引言

在钢铁工业发展中，高炉炼铁是核心，其生产效率和成本控制影响企业竞争力。因焦炭资源紧缺、价格上涨，降低焦炭消耗是钢铁企业降本增效的重要途径。喷煤技术可向高炉喷吹煤粉替代部分焦炭，减少焦炭用量、改善冶炼条件、提升生产效率。目前，多数钢铁企业虽已应用喷煤技术，但喷煤比优化不足，部分企业喷煤比低，焦炭消耗高。所以，开展高炉炼铁喷煤比优化与降低焦炭消耗的工艺实践研究意义重大。

二、喷煤比与焦炭消耗的关联及影响因素分析

（一）喷煤比与焦炭消耗的内在关联

高炉炼铁中，焦炭起发热剂、还原剂和料柱骨架三大作用。喷吹煤粉入高炉后，在高温下燃烧放热，替代焦炭发热功能；其碳元素参与还原反应，替代焦炭还原作用。所以，理论上提高喷煤比可降低焦炭消耗，二者负相关。

但实际生产中，喷煤比并非越高越好。当超过一定阈值，煤粉燃烧不完全，会使高炉煤气成分恶化、料柱透气性下降，影响高炉顺行，甚至增加焦炭消耗。因此，要找到适宜的喷煤比区间，在保证高炉稳定运行的前提下，最大程度降低焦炭消耗。

（二）喷煤比与焦炭消耗的关键影响因素

1. 煤种选择：煤粉品质影响喷煤效果，灰分高会增加渣量、消耗热量、降低利用率；挥发分低则燃烧慢、易不完全；硫分高会使生铁硫超标、影响质量且加剧设备腐蚀。所以，选灰分低、挥发分适宜、硫分低的煤种，是提高喷煤比、降低焦炭消耗的基础。

2.热风温度：它是影响煤粉燃烧效率的重要因素，较高温度能提供热量、加快燃烧速度、提高燃烧率。数据表明，每提高 100^∘C ，燃烧率可提高 5%-8% ，喷煤比提高 15-20kg/t ，焦炭消耗降低 8-10kg/t 。反之，温度低会使燃烧不充分、堆积煤粉、影响透气性。

3. 高炉操作参数：风量、风温、富氧率等操作参数影响炉内冶炼环境。风量过大，煤气流速快，接触时间短，燃烧不完全；富氧率低会限制燃烧速度和程度。合理调整参数，维持稳定气流分布和适宜冶炼强度，是提升喷煤比、降低焦炭消耗的关键。

4. 煤粉喷吹系统：其稳定性和均匀性对喷煤效果至关重要。若有堵塞、泄漏问题，喷吹量波动大，无法稳定喷煤；支管分配不均，会使圆周方向分布差异、局部燃烧不完全，影响整体冶炼效果。因此，完善的喷吹系统是优化喷煤比的重要保障。

三、喷煤比优化与焦炭消耗降低的工艺实践措施

（一）煤种优化与配煤方案调整

基于前期对煤种影响因素的分析，研究团队对原有煤种进行筛选，并制定新的配煤方案。摒弃灰分含量超过 12% 、硫分含量超过 0.8% 的煤种，选用灰分 8%-10% 、挥发分 25%-30% 、硫分 0.3%0.5% 的烟煤作为主喷煤种，同时搭配 10%-15% 的无烟煤，以改善煤粉的燃烧稳定性。

通过实验室试验与工业性试验相结合，确定最优配煤比例为烟煤85% 、无烟煤 15% 。该配煤方案下，煤粉的燃烧率可达 92% 以上，较原有配煤方案提高了 6% ，为喷煤比的提升奠定了基础。

（二）热风温度提升改造

为提高热风温度，企业对热风炉系统进行改造。一方面，更换热风炉内的蓄热体，采用新型高密度格子砖，增加蓄热面积，提高蓄热能力；另一方面，优化热风炉燃烧制度，采用 “ 高风温、低过剩空气系数” 的燃烧模式，减少热量损失。

改造后，热风温度从原来的 1150^∘C 提升至 1280^∘C ，提升幅度达 130℃。根据生产数据统计，热风温度提升后，煤粉燃烧率提高了 7% ，喷煤比提升空间显著增加，同时为焦炭消耗降低提供了有利条件。

（三）高炉操作参数优化

1.风量与富氧率调整

结合高炉冶炼强度，将风量从 4200m³/min 调整至 4400m³/min ，同时将富氧率从 2.5% 提高至 3.8% 。风量的适度增加，延长了煤粉在炉内的停留时间；富氧率的提高，为煤粉燃烧提供了充足的氧气，二者协同作用，有效提高了煤粉燃烧效率。

2.布料制度优化

采用 “ 平台 + 漏斗” 的布料模式，调整料批重量和布料角度，改善炉内料柱透气性。将焦批重量从 28t 调整至 30t，矿批重量从 85t 调整至88t，同时适当缩小布料角度，减少边缘煤气流，使煤气流分布更加均匀，避免局部区域煤粉堆积。

（四）煤粉喷吹系统升级

对煤粉喷吹系统进行全面检查与升级。更换老化的喷吹支管，采用新型耐磨合金管道，减少管道磨损和堵塞；在喷吹支管上安装流量监测装置，实时监控各支管煤粉流量，确保煤粉分配均匀；对喷吹罐压力控制系统进行优化，使喷吹压力波动控制在 ± 0.02MPa 范围内，保障喷煤量稳定。

四、工艺实践效果验证与分析

（一）生产指标改善情况

实施工艺优化措施后，对 2500m³ 高炉连续 3 个月生产数据统计分析，结果显示：喷煤比从 185kg/t 提至 220kg/t ，升幅 18.9% ；焦炭消耗从365kg/t 降至 330kg/t ，降幅 9.6% ；生铁产量从日均 4800t 增至 5100t，升 6.25% ；生铁合格率保持在 99.8% 以上，质量稳定。

（二）经济效益分析

以该高炉年产生铁 180 万吨计，焦炭消耗降 35kg/t ，焦炭单价 2800元/吨，年减焦炭采购成本 17640 万元；喷煤比升 35kg/t ，煤粉单价 1200元/吨，年增煤粉采购成本 7560 万元。综合来看，年成本净节约 10080 万元，效益显著。

（三）高炉顺行情况

工艺优化后，监测高炉炉顶压力、煤气成分、料面下降速度等参数，发现炉顶压力稳定在 230 - 250kPa，波动减小；煤气中 CO₂ 含量提至 19% - 21% ，CO 含量降至 23%-25% ，利用率提升；料面下降速度均匀，维持在 0.8-1.0m/h ，无异常，高炉顺行良好，表明优化后喷煤比与操作参数匹配度高。

五、结论

煤种选择与配煤方案调整是基础，选用低灰、低硫、适宜挥发分的烟煤与无烟煤混合喷吹，可有效提高煤粉燃烧率；热风温度提升对喷煤比优化至关重要，热风温度从 1150^∘C 提升至 1280^∘C ，为煤粉充分燃烧提供了保障，显著提升了喷煤比；合理调整高炉操作参数（风量、富氧率、布料制度）和升级煤粉喷吹系统，能维持高炉稳定顺行，实现喷煤比提升至220kg/t, 、焦炭消耗降至 330kg/t 的目标；工艺优化后，不仅降低了生产成本，还提高了生铁产量，保障了产品质量，为高炉高效低耗生产提供了可行路径。

参考文献

[1]尹晓成. 高炉炼铁工艺中大喷煤量与富氧率的协同优化研究[J].甘肃冶金,2024,46(02):32-34.

[2]姚艳清.基于火焰温度的高炉喷煤优化控制研究[D].内蒙古科技大学,2019.

[3]杜广阔.国丰高炉喷煤系统改造及喷吹实践研究[D].东北大学,2018.