含碳乳化液代替天然气高炉冶炼的可行性
在高炉冶炼中用其它添加物作燃料来代替天然气是一个迫切的问题，建议利用含碳乳化液（煤粉、重油和水）作为补充燃料。通过对风口区的热制度、风口煤气还原态势和高炉上部热交换过程变化的评价，表明利用含碳乳化液替代天然气的工艺是可行的。
1 概述
当今，利用天然气、煤粉、重油及其他燃料添加物在高炉复合喷吹冶炼方面积累了大量的经验，大大减少了稀缺焦炭的用量。但是，也形成了这样的局面，要求重新考虑工业企业的热平衡问题，特别是在冶金行业，都是动力消耗很大的工序，最大限度地节约天然气成为了迫切的问题。在这方面强劲的需求不只限于俄罗斯，世界各国都如此。所以，完善利用天然气代替物的高炉冶炼工艺获得了足够的重视。
在利用补充燃料代替天然气时，存在如下问题：由于必须将这些燃料准备好并送入高炉，造成设备复杂化；风口区理论燃烧温度的提高，在利用天然气时，要补偿碳氢化合物分解时的热量消耗；因为在利用复合喷吹(没有天然气)时，完全有可能改变炉料和煤气流的热容，因此引起风口煤气和炉顶煤气组成变化及沿高炉高度热交换过程渗透特性的变化。
不用天然气高炉冶炼时的这些复杂状态，可通过向高炉添加含碳乳化液燃料来避免。
这些乳状液的主要成分是煤粉、重油和水分，调节这些成分的组成比例，可以控制风口区的温度制度、沿高炉高度的热交换制度，改变还原煤气量，利用乳化液预热时的物理热，影响风口煤气的动能。另外，在改变乳化液中煤粉、重油的比例时，还可能扩大适宜于高炉冶炼用煤的标号范围。
2 可行性评价
考虑到这些事实，在冶炼炼钢生铁和钒生铁条件下，利用含碳乳化液而不用天然气工作制度下进行了高炉转换计算，这很接近乌拉尔工厂的现实。
计算结果和分析是按照下列方案完成的：确定加热的理论温度水平，评价风口区还原态势和高炉上部热交换过程的规律性；预测含碳乳化液代替天然气条件下焦炭的减少量。
在冶炼钒生铁时，理论燃烧温度的计算，是在利用推荐的乳化液代替天然气的方案下进行。乳化液的组成（%）：70%的煤、15%的重油和15%的水。方案1~5表明了这些计算。上述方案中利用原始数据条件下，理论燃烧温度实际并未改变（2105~2135℃），处于较高的水平。其次，由于在冶炼钒生铁时，允许理论燃烧温度降低到2000℃，进行了实现这种条件的含碳乳化液用量的计算。而从确立了在利用含碳乳化液的条件下，含碳乳化液用量为150kg/t铁（方案6），将会保证加热到理论温度水平。这样，可以确定，在冶炼钒生铁时，所有研究工艺方案都符合基本的要求（理论燃烧温度≥2000℃）。
后续的计算，确定含碳乳化液代替天然气的炼钢生产冶炼的理论燃烧温度。在这种制度下，还可完成含碳乳化液代替天然气高炉冶炼条件下逐步取代天然气的变化过程。需要指出的是，方案6是利用含碳乳化液冶炼极限用量（150kg/t铁）预测，方案7和方案8是对原始制度设计原型的完善。炼钢生铁冶炼下理论燃烧温度为2066~2145℃，超过了冶炼钒生铁。但是，在上述制度下，所有方案都可能成功地实现T＞2050℃。
最理想的结果是随着含碳乳化液用量的增加，天然气用量减少的情况下，理论燃烧温度升高。
下一阶段进行利用含碳乳化液代替物下的风口煤气还原能力的计算。制备乳化液所用的燃料特性：库兹涅茨克煤成分，%：Wr—12，Ar—13.2，Sr—0.3，Cr—58.7，Hr—4.2，Nr—1.9，Cr—9.7；燃烧热QrH—22819kJ/kg；重油成分%：Ar—0.05，Cr—86.94，Hr—12.09，Sr—0.33，（O+N）r—0.59；QrH—41.93MJ/kg。天然气里含有95.3%CH4、0.3%CO2、4.4%N2。
由于在高炉冶炼中还原剂利用程度几乎相同，约45%，风口煤气还原态势计算，是根据冶炼钒生铁和炼钢生铁的氢和碳氧化物的总量来进行的。
结果表明，在提高含碳乳化液用量和降低天然气消耗（其比例为1:1）两种冶炼制度下，风口煤气的还原态势在降低。当然，在提高含碳乳化液比例时，这样的降低会减小，这是在两种情形下依方案6计算确定的。计算表明，更能接受的方案是在一定的比例下，含碳乳化液用量是天然气用量的1.2~1.3倍。
结果表明，在提高含碳乳化液用量和降低天然气消耗（其比例为1:1）两种冶炼制度下，风口煤气的还原态势在降低。当然，在提高含碳乳化液比例时，这样的降低会减小，这是在两种情形下依方案6计算确定的。计算表明，更能接受的方案是在一定的比例下，含碳乳化液用量是天然气用量的1.2~1.3倍。
需要指出的是，在分析风口区理论燃烧温度变化时，正确结果的获取正是在含碳乳化液和天然气在上述比例下实现的。
计算的下一个阶段是评价高炉上部热交换过程。要确定原始和计划方案中炉料和煤气流的热容比例（悬浮液代替了天然气）。令人高兴的是，工作指标良好，具有很高的生产率和很低的焦比。
计算按如下程序完成：确定气化碳量，确定炉顶煤气流热容和炉料流热容，然后是高炉上部炉料和煤气流热容比。
冶炼炼钢生铁和钒生铁的原始数据如下：焦炭用量—在所有方案中均为400kg/t铁；天然气和含碳乳化液；（CO+CO2）含量在冶炼炼钢生铁时为44.2%，而在冶炼钒生铁时为42.2%；
结果是在冶炼炼钢生铁和钒生铁时，技术参数实际上是一致的：炉顶煤气单位发生量相同，煤气和炉料流热容及它们的相互关系实际上没有区别。
特别应当指出的是，在利用含碳乳化液代替天然气的过程中，所有这些参数都不会超出原始制度，可以肯定天然气和含碳乳化液比例选择的正确性，还要指出的是，记录显示，高炉上部热交换过程接近最优水平。
总之，所有一切表明，含碳乳化液代替天然气是合理和经济的，煤粉和重油等效代替天然气，在所有研究方案中，都突出地显现出含碳乳化液的优势，而且含碳乳化液的用量要高于代替的天然气量。
（来源：炼钢）
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