高爐噴煤槍的發(fā)展趨勢(shì)
2014-7-10 23:55:04 點(diǎn)擊：
高爐噴煤槍的發(fā)展趨勢(shì)
1 概述
2.1 由一口一槍趨向一口雙槍
最初噴煤每個(gè)風(fēng)口僅一根噴槍，且有少數(shù)風(fēng)口，如鐵口上方的風(fēng)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(shí)現(xiàn)全風(fēng)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(gè)風(fēng)口內(nèi)配置兩根噴槍。如1994年，日本即在福山4號(hào)高爐的每個(gè)風(fēng)口上配置了非對(duì)稱偏心雙槍，使粉煤的擴(kuò)散性大為改善，燃燒率得到了很大提高。在高爐噴煤比達(dá)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(zhì)趨向復(fù)合材質(zhì)
最初的噴槍大都由單一的不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti)無縫管制成，隨著風(fēng)溫和噴煤量的提高，噴煤槍磨損和燒損及噴煤磨蝕風(fēng)口等問題日益突出�，F(xiàn)在的噴槍大都針對(duì)噴槍各部分溫度及磨蝕程度的不同而采用了不同的材質(zhì)。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(nèi)襯金屬陶瓷。使噴煤槍的實(shí)際消耗量降低約77.07%，單槍平均使用壽命達(dá)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(guān)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(jù)流體力學(xué)原理，使輸入的壓縮空氣或氧氣經(jīng)套管及旋流噴嘴后產(chǎn)生旋流，使煤粉與熱風(fēng)或氧氣充分接觸，以提高煤粉燃燒率。本鋼1988年即開始對(duì)輸入壓縮空氣的套筒式旋流噴槍進(jìn)行了研究與試驗(yàn)。特別對(duì)于200kg/tFe以上高噴煤率的高爐，最先在歐洲產(chǎn)生的氧煤槍已成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。原西德蒂森鋼鐵公司通過對(duì)氧煤槍的結(jié)構(gòu)優(yōu)化(在風(fēng)口上方直接供氧)曾在焦比為268kg/tFe時(shí)，噴煤比達(dá)到了224kg/tFe。在國內(nèi)，北京科技大學(xué)、包鋼、攀鋼、鞍鋼、東北大學(xué)等都對(duì)氧煤槍進(jìn)行過研究與試驗(yàn)。
2.4 噴口從簡(jiǎn)單趨向復(fù)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(jù)風(fēng)口截面實(shí)現(xiàn)均勻分布，噴口的形狀發(fā)生了許多變化。如偏心圓形、橢圓形、三孔形的噴槍相繼出現(xiàn)。日本1995年在川崎鋼鐵公司千葉廠的5號(hào)、6號(hào)高爐的全部風(fēng)口上采用了強(qiáng)攪動(dòng)噴槍，其噴口實(shí)際上就是將傳統(tǒng)噴槍的噴管斜切。更復(fù)雜噴口形狀的噴槍可能還會(huì)產(chǎn)生。
2.5 由連續(xù)流趨向脈沖流
傳統(tǒng)的噴槍都是對(duì)煤流采取連續(xù)噴吹的形式，這樣在噴槍及風(fēng)口前端形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度分布區(qū)間及氧濃度分布區(qū)間，煤粉流的中心區(qū)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(xù)流改為脈沖流，那么煤粉與熱風(fēng)的接觸面積將大為增加，攪拌與混合也將大為加強(qiáng)，這對(duì)提高煤粉燃燒率無疑會(huì)起到非常有益的作用。同時(shí)這也有利于防止噴槍的堵塞。德國施韋爾根1號(hào)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(diǎn)企業(yè)的煤比114kg/tFe，原骨干企業(yè)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(yīng)密切結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)際情況，切實(shí)把握好噴煤槍的發(fā)展方向，避免主觀選擇與盲目追隨，為我國高爐噴煤的發(fā)展作出一些有意義的嘗試。筆者在此提出以下的一些觀點(diǎn)供商榷：
(4)對(duì)于噴槍的噴口形狀，我認(rèn)為可以采用多口多流噴嘴以使煤粉流最大限度地占據(jù)風(fēng)口截面，但同時(shí)應(yīng)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(fēng)口。
1 概述
高爐噴吹煤粉自20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用于生產(chǎn)以來，經(jīng)過不斷試驗(yàn)研究與完善提高，已相當(dāng)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(chǎn)的。一些先進(jìn)的高爐噴煤量已達(dá)200kg/tFe以上。噴煤槍作為高爐噴吹煤粉的重要設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)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(fēng)口壽命等諸多方面。為了適應(yīng)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?cè)谧畛鯁喂車姌尩幕A(chǔ)上進(jìn)行了一系列的改進(jìn)與試驗(yàn)。
圖為噴煤系統(tǒng)組人員在探討噴槍如何延長(zhǎng)使用壽命
2 噴煤槍的發(fā)展趨勢(shì)2.1 由一口一槍趨向一口雙槍
最初噴煤每個(gè)風(fēng)口僅一根噴槍，且有少數(shù)風(fēng)口，如鐵口上方的風(fēng)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(shí)現(xiàn)全風(fēng)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(gè)風(fēng)口內(nèi)配置兩根噴槍。如1994年，日本即在福山4號(hào)高爐的每個(gè)風(fēng)口上配置了非對(duì)稱偏心雙槍，使粉煤的擴(kuò)散性大為改善，燃燒率得到了很大提高。在高爐噴煤比達(dá)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(zhì)趨向復(fù)合材質(zhì)
最初的噴槍大都由單一的不銹鋼(如1Cr18Ni9Ti)無縫管制成，隨著風(fēng)溫和噴煤量的提高，噴煤槍磨損和燒損及噴煤磨蝕風(fēng)口等問題日益突出�，F(xiàn)在的噴槍大都針對(duì)噴槍各部分溫度及磨蝕程度的不同而采用了不同的材質(zhì)。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(nèi)襯金屬陶瓷。使噴煤槍的實(shí)際消耗量降低約77.07%，單槍平均使用壽命達(dá)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(guān)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(jù)流體力學(xué)原理，使輸入的壓縮空氣或氧氣經(jīng)套管及旋流噴嘴后產(chǎn)生旋流，使煤粉與熱風(fēng)或氧氣充分接觸，以提高煤粉燃燒率。本鋼1988年即開始對(duì)輸入壓縮空氣的套筒式旋流噴槍進(jìn)行了研究與試驗(yàn)。特別對(duì)于200kg/tFe以上高噴煤率的高爐，最先在歐洲產(chǎn)生的氧煤槍已成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。原西德蒂森鋼鐵公司通過對(duì)氧煤槍的結(jié)構(gòu)優(yōu)化(在風(fēng)口上方直接供氧)曾在焦比為268kg/tFe時(shí)，噴煤比達(dá)到了224kg/tFe。在國內(nèi)，北京科技大學(xué)、包鋼、攀鋼、鞍鋼、東北大學(xué)等都對(duì)氧煤槍進(jìn)行過研究與試驗(yàn)。
2.4 噴口從簡(jiǎn)單趨向復(fù)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(jù)風(fēng)口截面實(shí)現(xiàn)均勻分布，噴口的形狀發(fā)生了許多變化。如偏心圓形、橢圓形、三孔形的噴槍相繼出現(xiàn)。日本1995年在川崎鋼鐵公司千葉廠的5號(hào)、6號(hào)高爐的全部風(fēng)口上采用了強(qiáng)攪動(dòng)噴槍，其噴口實(shí)際上就是將傳統(tǒng)噴槍的噴管斜切。更復(fù)雜噴口形狀的噴槍可能還會(huì)產(chǎn)生。
2.5 由連續(xù)流趨向脈沖流
傳統(tǒng)的噴槍都是對(duì)煤流采取連續(xù)噴吹的形式，這樣在噴槍及風(fēng)口前端形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度分布區(qū)間及氧濃度分布區(qū)間，煤粉流的中心區(qū)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(xù)流改為脈沖流，那么煤粉與熱風(fēng)的接觸面積將大為增加，攪拌與混合也將大為加強(qiáng)，這對(duì)提高煤粉燃燒率無疑會(huì)起到非常有益的作用。同時(shí)這也有利于防止噴槍的堵塞。德國施韋爾根1號(hào)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(diǎn)企業(yè)的煤比114kg/tFe，原骨干企業(yè)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(yīng)密切結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)際情況，切實(shí)把握好噴煤槍的發(fā)展方向，避免主觀選擇與盲目追隨，為我國高爐噴煤的發(fā)展作出一些有意義的嘗試。筆者在此提出以下的一些觀點(diǎn)供商榷：
(1)在目前的情況下，無論對(duì)于任何廠家，都可以嘗試將傳統(tǒng)的連續(xù)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(cè)煤粉噴槍
(2)對(duì)于那些制粉能力與制氧能力均比較充足的廠家，應(yīng)積極地開發(fā)高效能的氧煤槍及采取雙槍噴吹等形式。對(duì)于那些制粉能力與制氧能力短期內(nèi)尚難以與高煤比相匹配的廠家，就應(yīng)積極地改進(jìn)噴槍的結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)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(duì)于噴槍的噴口形狀，我認(rèn)為可以采用多口多流噴嘴以使煤粉流最大限度地占據(jù)風(fēng)口截面，但同時(shí)應(yīng)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(fēng)口。
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