【今日关注】采用高炉脉冲吹氧技术提高高炉效率并减少碳排放

摘要：序列脉冲喷吹工艺(缩写为SIP)能够解决这个问题。SIP能够提高高炉下部的透气性，改善风口循环区外的气流分布和使液体顺畅地流入炉缸，为高炉运行的效率和稳定性带来明显的优点。工艺稳定性的提高为推动工艺突破当前的限制铺平了道路：

世界金属导报

世界各地的高炉炼铁企业承担着以下任务：以高产量生产优质铁水、在使用低质原料及采用高喷煤率的情况下维持稳定生产、减少碳排放和降低能源成本。

序列脉冲喷吹工艺(缩写为SIP)能够解决这个问题。SIP能够提高高炉下部的透气性，改善风口循环区外的气流分布和使液体顺畅地流入炉缸，为高炉运行的效率和稳定性带来明显的优点。工艺稳定性的提高为推动工艺突破当前的限制铺平了道路：

● 提高生产效率

● 推动低质原料的使用

● 提高煤气利用率

这项开拓性新技术由蒂森克虏伯欧洲钢铁公司和蒂森克虏伯AT.PRO tec有限责任公司合作开发。继首套高炉SIP系统在Schwelgern一号高炉上投入使用后，现在，该技术通过与普锐特冶金技术签署的一份排他性合作协议而在全球范围内面向高炉炼铁企业进行推广。

图1：高炉工艺优化和原料选择自由度扩展潜力的示意图

SIP的技术原理及优点

通过以预设的顺序向每个风口脉冲喷吹高压氧气，冲击波能够到达高炉风口循环区深处使煤充分燃烧，不仅燃烧残碳细粉，而且改善焦炭透气性。透气性的改善提高了煤气利用率，改善了气流分布和排出。

降低燃料比

提高煤气利用率，降低总燃料比，减少CO2总排放量

最大限度降低成本

改善整个炉膛的气流分布和排出，提高生产潜力

通过提高喷煤比而减少焦炭用量，从而降低运行成本

以往通过热风炉或氧-煤喷吹而引入的氧气得到调整

图2：风口循环区和周围焦炭区的状态 a)不采用SIP，b)采用SIP

SCHWELGERN一号高炉

SIP系统的描述

Schwelgern一号高炉的有效容积为4,416 m³，炉缸直径为13.6 m，配有40个风口，额定产能为350万吨/年，直到不久前在运行时都采用氧-煤喷吹技术。

SIP系统由以下重要部分组成：

● 氮气供应，包括过滤站和环绕高炉的环形总管

● 氧气供应，包括压力控制站、脉冲缓冲罐和环绕高炉的环形总管

● SIP箱，位于风口平台上方，用来向通过每个风口的吹管插入的专用SIP喷枪提供氧气脉冲。图3是安装的SIP箱的照片

● PLC 系统

图3：Schwelgern一号高炉SIP箱的照片，它们位于风口上方的一个平台上

透气性和高炉工艺稳定性的提高

Schwelgern一号高炉的经验表明，大约14天后的变化非常明显。

得益于中心气流穿透所带来的透气性大幅提高，高炉下部侧壁温度降低，从而减小了高炉炉身冷却部件的热负荷。图4展示了进行SIP操作之前和期间料层探头测量的中心温度。初始平均温度 700 °C 升高到1000 °C。中心气流得到改善也意味着高炉侧壁的气流减少，从而也影响了高炉侧壁的温度。图5也揭示了这种关联性。

图4：Schwelgern一号高炉在不进行和进行第一次SIP操作时料层探头(位于料线以下大约2 m)的温度测量结果。上方图展示的是不进行和进行第一次SIP操作时料层探头测量的高炉中心温度随时间的变化

采用SIP技术期间，风口(14.1 - 31 m)以上的侧壁温度的明显特点是温度峰减少。运行大约14天之后，温度水平降低。在SIP操作结束之后，同样在一段时间延迟后恢复到初始条件。

图5：第一次SIP操作期间Schwelgern一号高炉风口以上的侧壁温度(沿同一条垂直测量线(5号线)的测量结果)

阻力指数低表明透气性好。高炉横截面上的煤气压力均匀分布，是高炉工艺保持稳定的一个特征。图6还给出了高炉周围的4个位置对称的测量点之间的炉身压差测量值的最大偏差。高炉采用SIP技术运行时的分布函数的变化范围明显减小，平均值同样变小，这表明炉身中的工艺条件更加稳定(高炉运行更平稳)。

图6：基准阶段1和SIP分析阶段1a的阻力指数计算值K1和压差测量值∆p的相对频率分布的比较

透气性的改善和高炉工艺的稳定为优化还原剂使用并且保持同样的原料质量和类似的产量水平带来了机会。

调整炉料分布以优化煤气利用率

图7展示了焦炭管道宽度、喷煤率、焦炭消耗和煤气利用率随时间的变化。在炉料分布中大量减少中心加焦，焦炭管道的宽度也随着喷煤率提高而减小。最佳焦炭替代率超过了1 。SIP操作结束后，像之前那样的高喷煤率和低焦炭消耗同样再也没有达到过，最终，在炉料分布中大量减少中心加焦的作法不得不取消。

图7：Schwelgern一号高炉的选定运行数据随时间的变化，基准阶段1及第一次和第二次SIP操作采用不同颜色标示

高炉原料的质量

在一段原料质量变差的时期（见表1），蒂森克虏伯欧洲钢铁公司高炉性能明显变差。4座高炉中有3座受到了这一形势的波及。尤其应当注意的是，Schwelgern二号高炉出现不稳定问题(悬料、滑料和管道现象)的频率明显增大。不过，Schwelgern一号高炉的这一频率在开始第三次SIP操作之后却明显减小(图8)。

一号和二号高炉的原料质量焦炭平均粒度小I40低I10高CSR低CRI高烧结矿平均粒度小粉料多强度低RDI高块矿种类经常改变球团矿种类经常改变参数二号高炉一号高炉（采用SIP）产量低最高产能鼓风量小大喷煤率低典型水平RAR很高典型水平煤气利用率低高煤气温度分布不好好，稳定炉壁热负荷高低透气性差，不稳定好，稳定管道现象经常发生不常发生悬料经常发生不常发生铁水温度降低且不稳定典型水平铁水成分达不到目标值且不稳定典型水平