高炉喷煤是降低炼铁生产成本的重要手段。我国是国际上较早应用高炉喷煤技术的国家之一，在高炉喷煤初期采用无烟煤，且当时高炉热风温度在1000℃左右，绝大部分的高炉没有采用富氧喷吹，开始喷煤时主要借鉴锅炉喷煤的技术，对高炉喷吹的煤粉粒度的要求是小于75μm的比例在80%以上。喷吹煤粉在锅炉和高炉中的最大区别是，锅炉喷吹煤粉如果在燃烧区内，没有被完全燃烧的煤粉将与废气一起直接进入烟囱被排除，而在高炉风口回旋区，没有被完全燃烧的煤粉在随炉内煤气上升的过程中会与CO2产生气化反应。

　　在保证高炉喷吹煤粉利用率基本不变的条件下，适当放宽高炉喷吹煤粉粒度，可以提高磨煤机的台时产量，达到降低炼铁成本的目的。研究者对首钢京唐喷吹煤粉的粒度组成和不同粒度煤粉燃烧特性进行了研究，确定其放宽粒径的可行性，并在京唐高炉进行了工业试验。

　　国内高炉喷吹煤粉粒级现状

　　粒子大小及其分布理论与试验表明，当粒子的粒径大于200μm的时候，粉体休止角较小；当粒径在100μm～200μm范围时，随着粒径的减小，粉体比表面积增大，粒子间的摩擦力所起的作用增大，休止角增大，流动性变差；当粒径小于100μm时，其粘着力大于重力，休止角大幅度增大，流动性差。因此，适当减少煤粉中小于75μm的比例，对煤粉流动性是有利的。首钢与北京科技大学合作进行了宽粒径高炉喷吹煤粉的工业试验。所谓宽粒径喷煤，是减少煤粉中小于75μm的比例，增加75μm~150μm的比例，严格控制煤粉中大于300μm的比例。后来，南钢与北京科技大学合作，将高炉喷吹的煤粉中小于75μm的比例下降到50%左右。

　　采用新国标方法后，国内大部分高炉喷吹煤粉中小于75μm的比例为60%~70%。

　　京唐高炉喷煤采用浓相输送和氧煤枪综合技术，按德国厂家提供的设备使用说明，要求喷吹煤粉粒度小于75μm的比例在85%以上。随着京唐高炉操作水平的提高，焦比逐步下降，喷煤比稳步增加，为了进一步降低成本，提高京唐公司磨煤机的供煤量是一个重要保障。

　　京唐高炉喷吹煤粉的性能

　　原煤的工业分析及灰熔点。京唐高炉采用烟煤和无烟煤混合喷吹的方法，烟煤和无烟煤分别为神华煤和寿阳煤。京唐公司采用精洗原煤，两种不同原煤中灰分含量都较低。寿阳无烟煤固定碳含量高达77.9%，挥发分含量为10.3%，水分含量较低。神华烟煤挥发分较高，为32.4%，其水分含量也较高，达到了7.0%，而固定碳含量为56.4%。

　　采用国家标准GB/219测定原煤中灰分熔融性后发现，神华煤的灰熔点比较低，在1302℃之后开始变形，当温度达到1357℃后则灰锥完全熔化成液体。而寿阳煤在将近1450℃才开始软化，到1489℃完全熔化。针对高炉喷煤，通常认为软化温度超过1350℃，煤粉中的灰分不会在喷枪前形成渣。京唐高炉喷吹的煤粉的灰分的熔点比要求的略高些。

　　喷吹煤粉的燃烧特性分析。为了定量了解京唐高炉喷吹原煤及不同粒级煤粉的燃烧情况，分别对京唐高炉喷煤所使用的两种原煤，在不同富氧条件下进行了燃烧试验。结果显示，在相同试验条件下，神华烟煤燃烧率要远高于寿阳无烟煤的燃烧率，其原因是烟煤中挥发分含量高。煤粉燃烧率随粒度等级放宽，下降的程度有明显差异，小于75μm粒级与75μm~150μm粒级相差不大，神化煤相差在1%左右，寿阳煤的在3%左右；而大于300μm粒级的燃烧率的差别要大些，神化煤相差在2%左右，寿阳煤的在6%~11%。增加富氧率有助于煤粉燃烧率的提高，提高富氧率后，对无烟煤燃烧率的影响比烟煤要大，不同的是对无烟煤较粗的粒级增加燃烧率的效果最为明显。150μm~300μm的粒级与混合粒级的要低1%。

　　混合粒级是按照小于75μm为75%，75μm~150μm为20%，150μm~300μm近5%，大于300μm为0%的粒级进行配置的，与1号高炉在采用宽粒径喷吹前使用的煤粉粒度组成较为接近。对于神华煤和寿阳煤，150μm~300μm粒级的燃烧率与混合粒级煤粉的相差不大，随着富氧率的增加，相差的就更小。神华煤和寿阳煤150μm~300μm粒级与混合粒级煤粉的差距分别在1%左右和2%~5%，300μm~833μm粒级与混合粒级的相差分别在1%多些和3%~7%。

　　宽粒径喷煤的主要目的是减少小于75μm的粒级，增加150μm~300μm的粒级，严格控制大于300μm的粒级。根据前面的燃烧试验，可以看出，在京唐高炉煤气富氧率5%左右的条件下，采用宽粒径喷吹煤粉是不会影响高炉正常生产的。

　　宽粒径喷吹煤粉具备可行性

　　京唐高炉采用宽粒径喷煤是在1号高炉进行的工业试验。工业试验过程长，试验数据很多，为了简单明了，将煤粉放宽粒径工业试验分为工业试验前、工业试验中和工业试验后3个阶段，取每个阶段有代表性的平均数据进行分析和讨论。

　　高炉喷吹煤粉的粒级和燃烧率。试验显示，京唐1号高炉喷吹煤粉中<75μm粒级的百分比，由工业试验前的76.69%逐步降到工业试验后的63.31%；75μm~150μm粒级的百分比，由22.29%逐步增加到31.49%；150μm~300μm粒级的百分比也略有增加；>300μm的煤粉始终保持0%，达到了宽粒径喷煤的要求。工业试验前后，高炉喷吹煤粉的燃烧率基本上是在82%左右，其波动的范围在2%以内。由于宽粒径喷煤主要是减少<75μm粒级和增加75μm~150μm粒级，从前面原煤不同粒级的燃烧率看，该两个粒级燃烧率相差很小。因此，采用宽粒径后，高炉喷吹煤粉的燃烧率变化也很小。

　　高炉炉尘灰含碳量。在高炉保持顺行、稳定生产的情况下。高炉中喷入的煤粉首先在风口回旋区进行燃烧反应，部分未燃尽的煤粉逐步上升，与高炉内下降炉料中的氧化物和上升煤气中的CO2进行反应，高炉内没有被消耗的煤粉会随着煤气从炉内排除，最后被收集到高炉的炉尘中。

　　京唐高炉采用旋风除尘和干法除尘二级除尘装置，炉尘由未消耗的含铁炉料、焦炭和煤粉等组成，炉尘中的碳含量来自未消耗焦炭和煤粉。工业试验后，京唐高炉旋风灰的碳含量在21%左右，而干法灰的碳含量有所下降，这与在工业试验过程中焦炭质量的改善有关。

　　高炉炉尘含碳物质中煤粉利用率。由高炉生产相关数据及高炉炉尘中未消耗煤粉和焦炭的量，可以得到京唐1号高炉在宽粒径喷煤工业试验过程中煤粉和焦炭的利用率。京唐1号高炉采用宽粒径喷煤且高炉喷煤比不断增加后，煤粉在高炉内的利用率都保持在99.7%以上。在大型高炉风口前，未完全燃烧煤粉在炉内行程较长，易与CO2形成气化反应被消耗，煤粉在高炉内的利用率高。同时也看到，煤粉小于75μm粒级由76%降低到64%水平后，对煤粉在高炉内的利用率没有产生不利的影响。

　　京唐高炉的焦比随着喷煤比的增加而下降，是因为焦炭的负荷增加、煤气利用率的改善。焦炭在高炉内的利用率一直保持在99%以上，表明焦炭的质量较高，同时验证了采用宽粒径喷煤没有对焦炭的劣化带来不利的影响。

　　综上所述，小于75μm和75μm~150μm粒级的燃烧率与高炉喷吹的煤粉燃烧率相差不大。由于在宽粒径喷煤中严格控制大于300μm粒级的煤粉，采用宽粒径喷吹煤粉对煤粉的燃烧率影响不大。将京唐高炉喷吹煤粉小于75μm粒级的比例降至64%，相应主要增加了75μm~150μm粒级和少许增加150μm~300μm粒级的比例，保持大于300μm比例为0。在工业试验过程中，高炉内的煤粉和焦炭的利用率都保持在较高的水平。在磨煤机等设备不变的条件下，通过适当放宽煤粉粒和其他必要的技术措施，将京唐高炉磨煤机的供煤量增加了10%左右，为喷煤降焦提供了必要的基础。