高炉喷煤枪的发展趋势
梁南山
(涟钢技术中心)
1 概述
高炉喷吹煤粉自20世纪60年***始应用于生产以来，经过不断试验研究与完善提高，已相当普及。目前世界上90%以上的生铁是在采用喷吹燃料的高炉上生产的。一些***的高炉喷煤量已达200kg/tFe以上。喷煤枪作为高炉喷吹煤粉的重要设备，它的结构与性能直接影响到煤粉燃烧率、煤焦置换比、喷煤的广度与均匀度以及风口寿命等诸多方面。为了适应高炉不断提高喷煤比及喷煤效益的需要，喷煤枪在近来得到了广泛的研究与探讨，人们在***初单管喷枪的基础上进行了一系列的改进与试验。
2 喷煤枪的发展趋势
2.1 由一口一枪趋向一口双枪
***初喷煤每个风口仅一根喷枪，且有少数风口，如铁口上方的风口由于温度高，易将喷枪的软连接烧坏，以及操作不便等原因而难于喷煤。随着喷枪连接方式由柔性连接至刚性连接的改变，许多高炉已实现全风口喷吹。喷煤的广度与均匀度已大为提高。不仅如此，国外一些高炉已开始在一个风口内配置两根喷枪。如1994年，日本即在福山4号高炉的每个风口上配置了非对称偏心双枪，使粉煤的扩散性大为改善，燃烧率得到了很大提高。在高炉喷煤比达到230kg/tFe的条件下，炉顶粉尘中几乎看不到未燃烧的粉煤。
2.2 从单一材质趋向复合材质
***初的喷枪大都由单一的不锈钢(如1Cr18Ni9Ti)无缝管制成，随着风温和喷煤量的提高，喷煤枪磨损和烧损及喷煤磨蚀风口等问题日益突出。现在的喷枪大都针对喷枪各部分温度及磨蚀程度的不同而采用了不同的材质。如1998年钢铁研究总院与首钢炼铁厂合作研制的喷枪前段采用了高温合金，喷枪弯头内衬金属陶瓷。使喷煤枪的实际消耗量降低约77.07%，单枪平均使用寿命达到81天。
2.3 从单管趋向套管
随着喷煤比的大幅提高，煤粉燃烧率成了人们普遍关注的问题，为此许多钢铁厂将原单管式喷***成了各式各样的套管式同轴喷枪。外管通以压缩空气或氧气，根据流体力学原理，使输入的压缩空气或氧气经套管及旋流喷嘴后产生旋流，使煤粉与热风或氧气充分接触，以提高煤粉燃烧率。本钢1988年即开始对输入压缩空气的套筒式旋流喷枪进行了研究与试验。特别对于200kg/tFe以上高喷煤率的高炉，***先在欧洲产生的氧煤枪已成为一个研究的热点。原西德蒂森钢铁公司通过对氧煤枪的结构优化(在风口上方直接供氧)曾在焦比为268kg/tFe时，喷煤比达到了224kg/tFe。在国内，北京科技大学、包钢、攀钢、鞍钢、东北大学等都对氧煤枪进行过研究与试验。
2.4 喷口从简单趋向复杂
***初的喷枪出口截面形状大都为圆形，随着喷煤比的提高，为了尽量增加煤粉与氧气的接触面积，并使煤粉流的喷射面积***大限度地占据风口截面实现均匀分布，喷口的形状发生了许多变化。如偏心圆形、椭圆形、三孔形的喷枪相继出现。日本1995年在川崎钢铁公司千叶厂的5号、6号高炉的全部风口上采用了强搅动喷枪，其喷口实际上就是将传统喷枪的喷管斜切。更复杂喷口形状的喷枪可能还会产生。
2.5 由连续流趋向脉冲流
传统的喷枪都是对煤流采取连续喷吹的形式，这样在喷枪及风口前端形成了一个相对稳定的温度分布区间及氧浓度分布区间，煤粉流的中心区域通常成了低温缺氧的地方，那里的煤粉将无法完全燃烧。如果将煤粉流由连续流改为脉冲流，那么煤粉与热风的接触面积将大为增加，搅拌与混合也将大为加强，这对提高煤粉燃烧率无疑会起到非常有益的作用。同时这也有利于防止喷枪的堵塞。德国施韦尔根1号高炉即采用了这种脉冲供煤与脉冲供氧的喷枪形式。
目前，我国高炉喷煤尚处于较低的水平，1999年原***企业的煤比114kg/tFe，原骨干企业的煤比仅为88kg/tFe，全年平均煤比超过200kg/tFe的仅宝钢一家。为配合高炉喷煤水平的提高，在喷煤枪的研制方面我们应密切结合现有的实际情况，切实把握好喷煤枪的发展方向，避免主观选择与盲目追随，为我国高炉喷煤的发展作出一些有意义的尝试。笔者在此提出以下的一些观点供商榷：
(1)在目前的情况下，无论对于任何厂家，都可以尝试将传统的连续喷煤***造成脉冲喷煤枪，这能有效地提高煤粉的燃烧率而无须太多的投入。
(2)对于那些制粉能力与制氧能力均比较充足的厂家，应积极地开发***能的氧煤枪及采取双枪喷吹等形式。对于那些制粉能力与制氧能力短期内尚难以与高煤比相匹配的厂家，就应积极地改进喷枪的结构及参数优化，以尽可能地提高煤粉的燃烧率，使有限的煤粉得到***大限度的利用。
(3)对于喷枪的材质，笔者认为应***提高喷枪前段的抗高温氧化性能，而对喷枪***内衬金属陶瓷不持肯定态度，因为陶瓷虽然能提高***的某些性能，但其导热性能差，使喷枪外壳所受喷吹流体的冷却作用减弱，致其在高温热风中的氧化加快而同样影响其使用寿命。笔者认为喷枪外涂耐氧化的高温涂料倒是可取的。
(4)对于喷枪的喷口形状，我认为可以采用多口多流喷嘴以使煤粉流***大限度地占据风口截面，但同时应尽量不减少喷流在喷口的流通截面积，以免喷口的喷吹流速过高而易于磨蚀风口。
