高炉喷吹烟煤爆炸性能的研究

D0I:10.13374/i.issn1001一053x.1980.01.002 北京钢铁学院学报 1980年第1期 高炉喷吹烟煤爆炸性能的研究 炼铁教研室 伟 原飞 摘 要 本文针对大同和江苏的几种烟煤爆炸性能进行了研究，试验表明，煤 粉的爆炸性不仅与其本身的挥发份或可燃基挥发份有关，而且与它的粒度 及其比表面积有关。适当地扩大粒度范围有利于安全喷吹，但必须根据高 炉冶妹的要求来决定，控制制粉及喷吹系统气氛中含0：量在15%以下， 可以防止煤粉爆炸。降低气氛中含O2量可采用充N:或热风炉度气的办 法。 另外本文还討论了煤粉罐（或煤粉仓）利用多孔板流化装置来防止积 煤和降温的问题。 我国高炉唢吹无烟煤粉己有十多年的历史，经验非常丰富，但喷吹烟煤还只是停留在试 验阶段。烟煤与无烟煤在高炉喷吹技术上所不同之点是：烟煤粉具有爆炸性，而无烟煤粉无 爆炸性。所以，研究烟煤的爆炸性能和如何解决安全喷吹的问题就显得特别重要。 为配合一些高炉喷吹烟煤的试验，我们对有关一些煤种的爆炸性能进行了研究。研究的 煤种主要取自首钢018高炉和苏州钢铁厂高炉所用的和将婴使用的烟煤。这些研究表明，所 研究的煤种都具有爆炸性，只是爆炸性强弱有所不同。同时试验还表明，仅仅根据煤种的挥 发份或可燃基挥发份不能准确地确定它的爆炸性，还必须根据它的比表面积以及其他因素来 判断。 一、煤粉爆炸性测定的方法 煤粉爆炸性的测定在我国主要采用长管（或大管）式的试验装置，其装置如图1所示。 试验时用1克-200目的煤粉试样，喷入管内1000℃的火源上，视其返回火焰的长短来 判断它的爆炸性。一般认为，仅在火源处出现稀少的火星或无火星的属于无爆炸性煤，如无 烟煤。发生火焰并返回至喷入一端，其火焰长度400毫米的为爆炸性能强烈的煤，如烟煤、褐煤等。 ◆参加本文试验工作的还有炼铁试验室宋忠平同志。 13

北 京 栩 铁 学 院 举 报 年第 期 高炉喷吹烟煤爆炸性能的研究 ’ 炼铁 教研 室 伟 翻 飞 摘 要 本文 针对 大同和 江 苏 的儿种烟煤爆 炸性能进行 了研 究 ， 试验表明 ， 煤 粉 的爆 炸性不 仅 与其本身的挥 发 份 或可 燃墓挥 发 份有 关 ， 而 且 与它 的粒 度 及 其 比表面积 有关 。 适 当地扩 大粒 度范 围有利于 安全 喷吹 ， 但 必 须 根据 高 炉冶 炼 的要 求来决定 ， 控 制制粉及 喷吹 系统 气氛 中含 在 以 下 ， 可 以 防 止 煤粉爆 炸 。 降低 气氛 中含 量 可 采 用 充 或热风 炉度 气 的办 法 。 另从 本 文还 衬论 了煤粉 罐 或煤粉 仓 利 用 多孔板流化装里 来防 止积 煤 和 降温 的 问题 。 我国高炉喷吹 无 烟 煤粉 己有十 多年 的历 史 ， 经验非常丰富 ， 但 喷吹烟煤还 只 是停 留在试 验阶段 。 烟 煤与无烟 煤 在高炉 喷吹技 术上所不 同之 点是 烟 煤粉 具有爆 炸性， 而无烟 煤粉无 爆 炸性 。 所 以 ， 研 究烟 煤的爆 炸性能和 如何 解决安全 喷吹 的 问题就 显得特别 重 要 。 为配合一 些高炉 喷吹烟煤的试 验 ， 我们对 有关一些煤种的爆炸 性能进 行 了研究 。 研究的 煤种主 要取 自首 钢 高炉和 苏州 钢铁 厂 高炉所用 的和 将要使 用 的烟煤 。 这些研 究表 明 ， 所 研究 的煤种都具有爆炸性 ， 只 是爆 炸性强 弱 有所不 同 。 同时试 验还 表 明 ， 仅仅根据 煤种 的挥 发份 或可燃 基 挥发份 不 能准确地确定它 的爆 炸性 ， 还 必须 根据它的比表面 积 以 及 其他因紊来 判断 。 一 、 煤粉爆炸性测 定的方 法 煤粉爆 炸 性的测定在我国 主 要采 用 长 管 或大管 式的试 验装置 ， 其装置如图 所示 。 试 验 时用 克 一 目的煤粉试 样 ， 喷 入 管内 ℃ 的 火源 上 ， 视 其返 回 火焰 的长短来 判断 它 的爆 炸性 。 一 般认 为 ， 仅 在火源处 出现稀少的火星 或无 火星 的属于无姗 炸性煤 ， 如无 烟 煤 。 发 生 火焰 并返 回至 喷入 一 端 ， 其 火焰 长度 毫米为易燃而 具有姆炸性的煤， 返 回 火焰 毫米的为爆 炸性能 强 烈 的煤 ， 如烟煤 、 褐煤等 。 参加本文试 验 工 作的还 有炼铁试验 室 宋忠平 同志 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1980．01．002

循转地电铜 包金中银 to 试料 速建计 自棋查压四 电打气 图】长管式煤粉爆炸性测定装置 二、试验煤种的化学成份 表1为试验煤种的化学成份，其中可燃基挥发份根据下列公式计算： Vx=100-W-A 式中，.·Vx一可燃基挥发份% V一分析的挥发份% W一水份% A一灰粉% 表1 挥 发份 煤种 灰 份 水份% 硫 % 固定碳 备注 % 可燃基% 安子（无烟煤） 4.8 5.2 15 2.0 0.20 78 钢院 马武山 33.92 37.40 7.32 2.17 0.47 56.59 018分析 晋华宫 30.31 34.20 10.41 1.25 0.36 58.03 权台 29.03 36.80 21.44 1.13 48.4 苏钢 青 龙 16.83 21.60 13.02 9.2 0.55 60.04 庞庄 27.64 34.42 19.20 53.16 夹 河 2924 35.60 18.17 51.59 按上述公式计算结果，除安子煤的可燃基挥发份<10%为无爆炸性的无烟煤外，其他煤粉 的可燃基挥发份都在20%以上，均属爆炸性煤尘。特别是马武山、晋华宫、权台、庞庄及夹 河的煤，可燃基挥发份达34~37,4%，按一般认为均属于强爆炸性煤。但根据燥炸性测定结 14

吕仁 才由几机 图 长 管式煤粉爆炸性 测定装置 一 孙 、 、了黔片犷 一 口二卜 一 一一一一一 一一 二一一 二 ’ 二 、 试验煤种的化 学成份 表 为试 验煤种 的化学成份 ， 式中 － 可燃基 挥发份 － 分析的挥发份 一 水份 － 灰粉 其 中可燃基 挥发份 根据 下列 公 式计算 一 一 挥 发 份 灰 份 水份 硫 固定碳 可燃基 。 ， ‘ 按上述公式计算结果 ，除安 子煤 的可燃基 挥发份 为无爆炸性的无烟煤外 ， 其他 煤粉 的可燃基挥发 份都在 以 上 ， 均属爆 炸性煤尘 。 特 别 是马武 山 、 晋 华官 、 权 台 、 庞庄及夹 河的煤 ， 可燃基挥发份达 ， ， 扶一 般认为均属于强爆炸性煤 。 但根据 爆炸性测定结 毛

果来看，除马武山和夹河为强爆炸性煤外，其它四种煤：屈于弱爆炸性煤。由此可见，仅以 可燃基挥发份来判断其爆炸性等级，显然不能说明问题，下而还要详细地讨论这一问题。 三、爆炸性测定的结果及分析 煤粉燥炸性能测定的结果列于表2，测定结果表明，马武山、夹河为强爆炸性煤，晋华 官、庞庄、青龙、权台均为弱爆炸性煤。 表2 煤种 018高炉 苏州钢铁厂 安子马武山 晋华宫 “权台 二背龙 庞庄 夹河 返回火焰 长度毫米 0 640 115 20 30 100 700 由表2看出，煤粉爆炸性能测定的结果与其可燃基挥发份含量并不一致。如018高炉使 用的马武山和晋华官煤其可燃基挥发份分别为37.4%和34.2%，均应属于强烈爆炸性能，但 晋华官煤粉爆炸性却较弱。它们返回的火焰长度分别为640毫米和115毫米。苏州钢铁厂用的 照片1权台烟煤爆炸时的燃烧状况 试验条件：①煤粉含揮发份29.03%（可燃基挥发份36.8%） ② 煤粉试样1克 ③引爆火源温度1000℃ 返回火焰长度：约20毫米 照片2夹河烟煤爆炸时燃烧状况 试验条件：①煤粉含輝发份29.24%（可燃基揮发份35.6%） ②煤粉试样1克 ③引爆火源温度1000℃ 返回火焰长度：700毫米（起出管外300毫米） 15

果 来 看 ， 除 马武 山和 夹河为 强爆 炸性煤 外 ， 其它 四 种 煤 个属 于弱爆 炸性煤 。 由此 可见 ， 仅 以 可燃 基挥发 份来判断 其爆 炸 性等级 ， 显 然不 能说 明问题 ， 下而 还 要详细地讨论这一 问题 。 三 、 爆炸性测定 的结果 及分 析 煤粉爆炸 性 能 测定 的结果 列 于表 ， 测 定结 果 表 明 ， 马武山 、 夹河为强爆 炸性煤 ， 晋 华 宫 、 庞庄 、 青龙 、 权 台均为弱爆 炸 性煤 。 表 蕊歹万丽了 苏 州 钢 铁 厂 权 台 青 龙 庞庄 夹河 由表 看 出 ， 煤粉爆 炸性能测定 的结果 与 其可燃 摧 挥发份 含量 并不一 致 。 如 。 高炉使 用 的马武 山和 释 华宫煤 其可燃 墓 挥发 份分 别 为 和 ， 均应 属 于强 烈爆炸 性能 ， 但 晋 华宫煤粉爆 炸 性却 较弱 。 它 们返 回 的火 焰长 度 分别 为 毫米和 毫米 。 苏 州 钢铁厂 用 的 照片 权 台烟 煤爆 炸 时的燃烧状况 试 验 条件 ① 煤粉含挥 发 份 可 燃基 挥发 份 ② 煤粉试样 克 ③ 引爆 火源温 度 ℃ 返 回火焰长 度 约 毫米 照片 夹河 烟 煤爆 炸 时燃 烧状况 试 验 条件 ① 煤 粉含挥 发 份 可 燃 墓 摔发 份 ② 煤 粉试 样 克 ③ 引爆 火 源 温 度 。 ℃ 返 回 火焰长 度 毫米 超 出管 外 毫米

几种煤也出现相同情况，权台、庞庄、夹河的可燃基挥发份均在30%以上，而且权台煤粉的 可燃基挥发份达36.8%比其它两种均高，而爆炸性能却最弱，返回火焰很短，约为20毫米， 夹河煤粉可燃基挥发份为35.6%，其返回火焰却达700毫米。照片1及2系用300秒的速度 拍摄的权台与夹河煤粉在爆炸试验时的燃烧情况。 由此可见，影响煤粉爆炸性的因素不仅是 它的可燃基挥发份，还有其他因素，如果把试 验结果与可燃基挥发份作图几乎得不出他们之 《札粉今挥发份 返600 △可燃挥发份 间的函数关系（见图2）。 回 为了弄清这一现象，我们对-200目的高 美河烟礼 挥发份的煤粉进行了显微镜的观察。将-200 地4烟 目的晋华官和马武山的煤粉在同样条件下，在 度3 显微镜下放大200倍观察。结果两种煤粉在 热台烟丸 -200目以下细度显著不同（见照片3和4）， 马武山煤粉在一200目以下的细度比晋华官的 更细。也就是说在-200目以下细度越细则它 10 20 3035 的比表面积越大，因此，燃烧反应也就较快。 V,Vx%(押发份，可燃基揮发份%) 为了进一步弄清楚这一问题，我们还对试 图2煤粉中挥发份（可燃基挥发份） 验的煤粉进行比表面积的测定，测定的结果列 对爆炸性的影响 照片3马武山煤粉 照片4晋华宫煤粉 细度-200目 钿度-200目 放大倍数200倍 放大倍数200倍 于表3。 表3 煤种 马武山 晋华宫 安子煤 权台 青 龙 庞庄夹河 比表面积厘米/克 4850 3629 4150 3760 5700 4500 5310 由表3可以看出~200目的煤粉的比表面积，马武山比晋华官大36.3%，所以在同样 一200目的情况下，不同煤粉的比表面积也不一样。这与显微镜的观察完全一致。一般当可 燃基挥发份相似情况下，随着比表面积的增加其爆炸性也增强（见图3）。 16

几种煤也出现相 同情况 ， 权 台 、 庞庄 、 夹河 的可燃 基 挥发份均在 以 上 ， 而且权 台煤粉 的 可燃 基 挥发份达 比 其它两种 均高 ， 而爆 炸性能却最 弱 ， 返 回 火焰很短 ， 约为 毫米， 夹河 煤粉可燃基挥 发份为 ， 其返 回火焰却达 毫米 。 照 片 及 系用 拍摄的权 台与夹河煤粉 在爆 炸试 验时的嫩 烧情 况 。 由此可见 ， 影响煤粉爆炸 性的因素不仅 是 吉 。 秒 的速度 它 的可燃基挥发份 ， 还 有其他 因素 ， 如果把试 验结 果与可燃基挥发份作图 几乎得不 出他们之 间的函数关系 见 图 。 为 了弄清这一现象 ， 我 们对 一 目的高 挥 发份 的煤 粉进行 了显微镜 的观察 。 将 一 目的晋华宫和 马武 山的煤粉 在同样条件下 ， 在 显微镜下放天 倍 观 察 。 结 果 两种 煤 粉 在 一 目以 下细度显著不 同 见照 片 和 ， 马 武 山煤粉在 一 目以 下的 细度比晋 华宫的 更 细 。 也 就 是说 在 一 目以 下细 度越 细则它 的 比表面 积越大 ， 因此 ，燃烧反应 也就 较快 。 为 了进一步 弄清楚这一 问题 ， 我们还 对试 验 的煤粉进 行 比表面 积 的测定 ， 测定的结果列 减 盛 返 回 火溯 油井 执 度 。 “ 毫而。 手， ， 枉 台烟劣 ‘ 一止丈一一一二生一一 云 加 三 ， ‘ 挥发 份 ， 可燃墓挥 发份 图 煤粉 中挥发 份 可 燃墓挥 发 份 对澡 炸性的形响 照片 马武 山煤粉 细 度一 目 放大倍 数 倍 照片 晋 华 官煤粉 匆 度 一 目 放大倍数 倍 于表 。 表 煤 种 马武 山 晋华官 安 子煤 权 台 青 龙 庞 庄 夹 河 比表面 积厘米 克 … 。 … 。 。 … 。 。 … 。 。 … 。 由表 可 以 看 出 一 目 的煤粉 的 比表 面 积 ， 马武 山 比 晋华 宫大 ， 所以 在同样 一 目的情 况下 ， 不 同煤粉 的 比表 面 积也不一样 。 这 与显 微镜的观 察完全 一 致 。 一般 当可 燃 基挥发份 相似情 况 下 ， 随着比表面积 的增加 其爆炸性也增强 见 图

3* 管 6a0 盛线联装的点沙挥发份含量 可 和套份合量相似的机种 ×1V-9.9%A-21.4%(台N x2V-27.4%A-用，7（成庄） 长 4时 x3V-2.4XA-B.7%(隶河) 毫 40 435p9 5为0e 比表面称% 图3煤粉的比表面积与爆炸性的关系 如图3所示，权台、庞庄、夹河三种煤粉的挥发份及灰份很相近，按一般情况都应属于 强烈爆炸性煤，但实际上只是由于比表面积不一样，只有夹河具有强烈操炸性，而其他两种 煤粉均为弱爆炸性（见图3虚线）。 同时从图3还可看出，在挥发份相似 情况下，比表而积大于4500~5000 厘米2/克，爆炸性能增强较为刷烈。 返 炭妈增炖 墙斗并性面 图4为两种爆炸性强烈的烟煤 道 马武山烟妣 (夹河与马武山煤)不同的细度与爆 409一 炸性的关系。图4表明，当煤粉细度 马好炸域区 较小时爆炸性都增强，两种煤的曲线 的变化趋势基本一致，只是变化的程 度不同而己。当细度小于240目时， 。 任一种煤粉其爆炸性增强就不显著 增瘦（网自） 了，也就是说煤粉细度（或比表面积） 对它的影响就很小了。当细度大于 图4煤粉的翻度与爆炸性的关系 80目时，煤粉的爆炸性几乎都等于 零，80目的细度相当于直径为0.175毫米的颗粒，所以高炉喷吹烟煤即使是爆炸性强的烟煤， 如果采用粒度>80目的煤粉，几乎可以消除它的爆炸性。同时由图4还可以看出，夹河煤粉 达到-180目具有强烈爆炸性，而马武山煤粉要到-200目才具有强烈爆炸性。而这种煤粉的可 燃基挥发份都超过30%，这主要是由于夹河煤粉具有较大比表面积的缘故（夹河煤粉比表面 积为5310厘米2/克，马武山为4850厘米/克)。 在实际生产中，煤粉的粒度并不都是200目以下，<200目的只占一部分，如018高炉使 用的马武山煤粉的颗粒-200目的约占51.6%，其他的均大于200目（见表4)。所以，现厂 煤粉的爆炸性比全部<200目的煤粉爆炸性小很多。例如，全部小于200目的马武山煤粉具有 强烈爆炸，而现厂实际使用煤粉，由于粒度组成的不同而变成弱爆炸性。由此可见，粒度对煤 粉爆炸性有很大的影响。因此，烟煤煤粉的粒度只要能满足高炉冶炼和喷吹的要求尽量大一 点对减少或消除其爆炸性是有利的。 17

质耳联铸故连矛挥发份含蛋 和发份含蚤相叔的女 种 甘 一 ，，尸， 月一 ，‘ 义伽合、 之 一 衅义 一 · 宝侠 左 ，一 之， ‘ 者 一 ， ‘ 护之 次坷 吸 才 ’ ， ’ 一 尹 了 产 夕 ‘ 矿一 厂 一 科叮竹瓣叶川讲 度返楠长犬回 ， 亮琳 二 ， 刁 一 峥 了 时 丁浮 户 比 物翻 刁钱 图 煤粉 的 比表面积 与爆 炸性的关系 如 图 所示 ， 权 台 、 庞庄 、 夹河三 种 煤粉 的挥 发 份 及灰 份 很相近 ， 按 一 般情 况 都应 属于 强 烈爆 炸性煤 ， 但 实际 上只 是 由于 比表 面 积不一样 ， 只 有夹河具有强烈爆 炸性 ， 而 其他两 种 煤粉 均为弱爆 炸 性 见 图 虚线 。 户目 一口户口， 夹 ，可比 蛇 洲娜枷 马《 山姻 州刻一 一 一 一 一 一 陷度返毫曰长术久 产 同 时从 图 还 可 看 出 ， 在挥 发份 相似 情 况下 ， 比 表 而 积 大于 厘米 盆 克 ， 爆炸性能 增 强 较为剧 烈 。 图 为两 种 爆 炸 性强 烈 的 烟 煤 夹河 与马武 山煤 不 同的细度与爆 炸性的关系 。 图 表 明 ， 当煤粉 细度 较小时爆 炸性都增 强 ， 两种煤的 曲线 的变 化趋 势从木一 致 ， 只 是变 化的程 度不 同而 己 。 当细度小 于 目 时 ， 任一种煤粉 其 爆 炸性 增 强 就 不 显著 了 ， 也就 是说煤粉 细度 或 比表面 积 对它 的影 响就 很小 了 。 当 细 度 大于 目时 ， 煤 粉 的 爆 炸 性几乎都 等于 加 不 图 ，一卜，介粉 ‘必 扣 肠 一 ， 盛 石厄而 函 如 ，， ， 州 ” 沁魔 才月 目 煤粉 的细 度与爆 炸性的关 系 零 ， 目的 细度相 当于直径为 毫米的颖拉 ， 所 以 高炉喷吹烟 煤 即使 是爆 炸性强 的烟 煤 ， 如果 采 用粒度 目的煤粉 ， 几乎可 以 消除它 的爆 炸性 。 同 时 由图 还 可 以 看 出 ， 夹河 煤粉 达 到一 目具 有强 烈爆 炸性 ， 而 马武 山煤粉 要到 一 目才 具有强 烈爆炸性 。 而这种 煤粉 的可 嫌 基挥发份都超过 ， 这 主 要是 由于夹河 煤粉 具有较大比表 面 积 的缘 故 夹河煤粉 比表面 积 为 一 厘 米 克 ， 马 武 山为 厘米 克 。 在实际生产 中 ， 煤粉 的粒度 并不都是 目 以 下 ， 目的只 占一 部分 ， 如 高炉使 用 的马武 山煤粉 的颗粒 一 目的约 占 · ， 其他 的均 大于 目 见表 。 所 以 ， 现厂 煤粉 的爆炸性 比全 部 目的煤粉爆炸性小很多 。 例 如 ， 全 部小于 目的马武 山煤粉 具有 强 烈爆 炸 ， 而现厂 实际 使 用 煤粉 ， 由 于粒度组成 的不 同而 变成 弱爆 炸性 。 由此可见 ， 粒 度对煤 粉爆 炸性 有很大的 影响 。 因此 ， 烟 煤煤粉 的粒 度只 要能满 足高炉 冶炼和 喷吹 的 要求尽 量 大一 点对减少或消除其爆 炸性是 有利 的

表4 煤粉颗粒组成% 爆炸性能（火焰长度）毫米 煤种 >60目 60-100 100-160 160-200 <200 现厂粒度 全部<200目 马武山 8 14 16.6 10.6 51.6 138 640 晋华官 6.6 14.8 16.4 25.6 36.0 76 115 四、气氛中含氧的浓度 在喷吹煤粉时，煤粉爆炸的重要条件就是 气氛中的含氧量。美国亚姆科两座高炉喷吹挥 发份34~38%的烟煤没有出现安全事故，主要 他们在有爆炸危险的地方充惰性气体一N:, 有一高炉还在关键地方使用卤化碳氢化合物抑 制器。由此可见，降低气氛中含氧量是防止爆 炸的重要措施之一〔1)。美国宾州匹资堡煤碳 ℃m 研究所曾做试验，即气氛中氣量降低，煤尘着 火点升高（见图5）〔2)。 1977年我们在实验中用N2和C02气体降 低气氛中氧的浓度，研究气氛中不同氧量对煤 0% 粉燥炸的影响。 图5 气氛中含氧量对粉尘(-200目 用N2或CO2降低空气中氧的浓度的试验 堡资堡煤粉)尘雾着火温度的影 表明，煤粉着火点随着氧的浓度降低而升高。 响 当空气中含氧量降至15%时，悬浮煤粉在火源 800℃时就不着了，空气中加入N2或C02来降低气氛中氧的浓度都获得同样的结果（见表5）。 表5 空气中含氧量 火源温度℃ 观察情况 备 注 21% 800 著火大 本试验采用大 19% n 着火小 同、马武山煤、浓 17% 着火量小 度为1.83公斤/米3 15% 不着火 13% 不着火 可见，在采用高压罐喷吹烟煤时，只要充N2气使饿中气氛含氧量在15%以下，是可以 保证安全喷吹的。如果不用N,气也可考虑在罐中充热风炉废气，这样还可降低喷吹成本。 为安全起见，也应采用上述办法来控制煤粉干燥，输送系统的含氧量。 1978年6月至8月首钢018高炉进行了烟煤试验。在干燥系统中使用燃烧焦炉煤气产生的 18

表 煤 煤 粉 颗 粒 组 成 种 一一－ 一 一－ 一一 － － 目 一 一 一 爆 炸 性能 火焰长度 毫米 现厂粒 度 全 部 。 。 目 马武 山 晋华宫 自二‘ 八匕工 口比 内，工 目卫 的 内 四 、 气氛中含氧的浓 度 在喷吹煤粉 时 ， 煤粉爆 炸的 重 要条件就 是 气氛 中的 含氧 量 。 美国亚姆科 两座 高炉喷吹挥 发份 的烟 煤没 有出现安全事故 ， 主要 他 们在有爆炸危险的地方充 惰性气体 － ， 有一高炉还 在关键地方使用 卤化碳 氢化合 物抑 制器 。 由此可见 ， 降低 气氛 中含氧 量 是防止爆 炸的重 要措施 之一 〔 〕 。 美 国 宾州 匹 资堡煤碳 研 究所 曾做试验 ， 即气氛中氧 量降低 ， 煤尘 着 火 点 升高 见 图 〔 〕 。 年我们在实验 中用 和 气体 降 低 气氛 中氧 的浓 度 ， 研究 气氛 中不 同氧 量 对煤 粉爆 炸的影响 。 · 用 或 降低 空气 中氧 的浓度的试 验 表 明 ， 煤粉 着火点随着氧 的浓度降低 而 升高 。 当空气 中含氧量 降至 时 ， 悬浮 煤粉 在火源 一 “ · 又一 、卜 一 竣，建毛龙火 图 气氛中含 氧量 对粉尘 一 目 堡 资堡 煤粉 尘雾 着 火温 度 的影 响 ℃ 时就不 着 了 ， 空气 中加 入 或 来降低气氛 中氧的浓度都获得 同样的结果 见表 。 表 空 气 中含氧 量 火 源 温 度 ” … 观察情 况 备 注 着 火 大 本试 验采用 大 ， 着 火小 同 、 马武 山煤 、 浓 ，’ 着 火 量小 度为 公 斤 米 吕 ， 不 着 火 ， 不 着火 可见 ， 在采用 高压 罐喷吹烟 煤 时 ， 只 要充 气使罐 中气氛 含氧 量在 以 下 ， 是可 以 保证 安全喷吹的 。 如果 不用 气也可考虑在峨 中充热风 炉废气 ， 这 样还 可降低 喷吹成本 。 为安全起见 ， 也应 采用上述办法来控 制煤粉 干燥 ， 输送系统的 含氧 量 。 年 月至 月首钢 高炉进 行 了烟 煤试 验 。 在干燥 系统 中使用燃烧 焦炉煤气产生 的

废气作为千燥气体，由于在其中充以适当的N,气，使气氛含氧量低于15%以下，同时在高 压罐中全部充2气并控制罐温及球磨机出口温度<70℃。做到了连续安全喷吹，未出现安 全事故〔3)。 五、惰性物质的影响 有些文献指出悬浮煤粉中掺以惰性物质可以防止爆炸，如苏联顿巴斯煤粉，当混有15% 的灰份时就不爆炸，主要原因可能是情性物质吸收了煤粉燃烧所需的热量〔4)。 我们在用球形爆炸试验装置试脸时，在夹河和庞庄煤粉中均匀地掺以石灰石粉20%（为 煤粉重量)的六次试验中，夹河煤（爆炸性强烈的煤）的混合物仍有着火现象，对庞庄的六 次试验中只出现三次着火现象，只有50%的几率。由此推测，如再增加一些石灰石粉的比 重，可能消除着火现象。煤粉中掺以生石灰在长管爆炸试验装置试验时，当生石灰的量为 10%时就可使爆炸性减弱一半，而当生石灰增到30%时，火焰就不返回，50%时根本不着 火（见图6）。 美国匹资堡煤粉着火温度为610℃。在煤粉中加入45%的石灰石粉着火温度增加到650℃， 当石灰石加到80%时，着火温度增至750℃（图7）〔2)。由图7可以看出，煤粉中掺与情性 79 面 大锡 D 毫 7 20304950 20 Ca0% 情性物质% 图6情性物质对爆炸的彩响 图7煤粉中掺以惰性物质对普火温度的影响 物质，并不完全解决爆炸问题，而只是提高着火或爆炸的温度，即使可以防止燥炸，在实际 生产中可能会造成困难，因为当糁有情性物质的煤粉喷入炉缸时，会使它的燃烧条件变坏， 燃烧反应速度减慢，可能还会造成未燃烧的煤粉由炉顶吹出的现象。如每吨铁喷煤粉 100公斤，掺石灰石(CaC0,)或生石灰(CaO)30%时对焦比及产量的影响如表6所示。 表6 掺入量 影响风温 影响焦比 影响产量 情性物质 % 公斤/100公斤煤粉 ℃（±） % 士 %土 石灰石 30 30 -35 -1.4 -1.4 石灰 30 30 -20 -0.8 -0.8 19

废 气作为干燥气体 ， 由于 在其 中充以 适当的 气 ， 使气氛 含氧 量低 于 以 下 ， 同时在高 压罐 中全 部充 气 并控 制罐 温 及球磨机出 口 温度 ℃ 。 做到 了连续安全 喷吹 ， 未出现安 全事故〔 〕 。 五 、 情性物 质的影响 有些文 献指 出悬 浮煤粉 中掺以 惰性物质可 以防止爆 炸 ， 如苏联顿 巴斯煤粉 ， 当混 有 的灰 份 时就不爆 炸 ， 主要原因可 能是惰性物质吸 收 了煤粉燃烧所需的热 〔 〕 。 ‘ 我们在用球 形爆炸试 验装置试 验时 ， 在夹 河和 庞庄煤粉 中均 匀地掺 以石灰石粉 为 煤粉 重 量 的六 次试 验 中 ， 夹河煤 爆 炸性强 烈 的煤 的混合 物仍 有着火现象， 对庞庄的六 次试 验 中只 出现三 次着火现象 ， 只 有 的几 率 。 由此 推 测 ， 如再 增加一些石灰石粉 的比 重 ， 可能 消除着火 现象 。 煤粉 中掺以 生 石灰 在长 管爆炸 试 验装 置试 验时 ， 当生石灰 的盆为 时就可使爆炸性减弱一半 ， 而 当生石灰 增到 时 ， 火 焰就不返 回 ， 时根 本不着 火 见图 。 美国匹 资堡 煤粉 着火 温度为 ℃ 。 在煤粉 中加入 的石灰石粉着火温度增加到“ ℃ ， 当石灰石加到 时 ， 着火温度增至 ℃ 图 ‘ 幻 。 由图 可 以 看 出 ， 煤粉 中掺与惰性 物扭 段度弋钱火 曲 乙 叶科竹科盘可咸 度退劝嗽大回 ， 亮未 一够 尸一咨 ‘ 。 孟 ‘ 言。 ‘ 口 ‘ ， ，’ 图 情性物质对爆 炸 的影响 佳性物质 义 图 煤 粉 中捧 以惰性物质对 考 火温 度 的形 响 物质 ， 并不完全解决爆 炸 问题 ， 而只 是提高着火 或爆 炸 的温度 ， 即使可 以 防止爆炸 ， 在实际 生产 中可 能会造成 困难 ， 因为 当掺 有惰性物质的煤粉喷 入 炉缸时 ， 会使 它的嫩烧条件变坏 ， 燃烧反应 速度 减慢 ， 可 能 还 会 造成 未燃 烧 的 煤粉 由炉 顶吹出 的现象 。 如每吨 铁喷 煤粉 公斤 ， 掺石灰石 。 或生石灰 时对 焦 比及产量 的影响 如表 所示 。 表 掺 入 量 影响风 温 影 响 焦比 影 响产最 惰 性物质 ℃ 土 土 土 石 灰 石 石 灰 一 一 一 一 一 一 八︶ 口 ︵﹄︸︸

表6表明，高炉喷吹煤粉采用掺惰性物质来防爆的措施不利于高炉技术经济指标，而且 每吨生铁的成本将增加1~1.2元。 六、关于防止煤粉仓着火和降温的措施 在生产中一些煤粉仓出现因温度升高而自燃的现象。这种现象的产生主要是由煤粉在仓 内停留时间过长，仓内空气不流通所造成。煤粉在仓内停留时间过长有以下几个原因： 1,煤粉仓设计过大影 2.停喷煤粉时没有将仓内的煤粉卸干净， 3.煤粉仓锥体部份长期积煤，这不仅时间过久有着火危险，而且也造成下煤不顺，操 作麻烦。 为了减少煤粉在煤仓停留时间，煤粉仓容积不要设 计过大，能满足一个作业班的需要就可以了。对己有的 大煤仓应适当降低其装满系数。煤仓锥体部份积煤，在 粉 喷吹烟煤时比较明显（见图8），因为烟煤较粘，特别 是当烟煤温度在>70~80℃时更甚。 解决煤粉仓积煤现象，可以采取多孔板流化装置。 1978年12月苏州钢铁厂与北京钢院协作，在煤仓锥 体部位采用了多孔板流化装置（见图9），基本上消除 了煤粉堆积现象〔5)。实践证明，煤粉仓采用多孔板流 化装置有如下几个优点： 1.煤粉仓堆积现象消失，操作简便影 图8煤粉仓积煤现象示意图 2.下煤顺利，煤量增大， 3.可以作为煤粉仓降温措施。当仓内煤温升高超过规定范围时，只要打开多孔板进气阀 门或者根据具体情况将进气阀门多开一点，即可将煤粉温度降至安全规定的范围以内。这对 防止煤粉仓着火和安全事故有着重要作用。 礼粉仓 空气蜜 多孔板 空气度 压 压缩筑 空气 孔板 图9苏州钢铁厂煤粉仓多孔板流化装置 20

表 表 明 ， 高炉喷吹煤粉采用掺惰性物质来防爆的措施不利子高炉技 术经济指标 ， 而且 每 吨生铁的成本将增加 元 。 六 、 关 于 防止 煤粉仓着火 和降温 的措 施 在生产 中一些煤粉 仓出现 因温度 升高而 自憔的现象 。 这种 现象的产生主要是 由煤粉 在仓 内停留时 间过长 ， 仓内空 气不 流通所造成 。 煤粉 在仓 内停留时间过长 有以 下几个原因 煤粉 仓设计 过 大， 停喷煤粉 时没 有将仓 内的 煤粉 卸干 净， 煤粉 仓谁体部份长期积煤 ， 这不仅时间过 久有着火危险 ， 而且也造成下煤不顺 ， 操 作麻烦 。 为 了减少煤粉 在煤仓停留时间 ， 煤粉 仓容积不要设 计过 大 ， 能满足一个作业班的需要就可 以 了 。 对 己有的 大煤 仓应 适当降低 其装满系数 。 煤 仓锥体部份 积煤 ， 在 喷 吹烟 煤时 比较 明显 见 图 ， 因为烟 煤较粘 ， 特 别 是当烟 煤温度在 ℃ 时 更甚 。 解决煤粉 仓积煤现象 ， 可 以 采取 多孔板 流 化装置 。 年 月苏州 钢铁 厂 与北京钢院协作 ， 在煤 仓锥 体部位采 用 了多孔 板流 化装置 见 图 ， 基 本上 消除 了煤粉堆积 现象 〕 。 实践证 明 ， 煤粉 仓采 用 多孔 板 流 化装置有如下几个优点 孰 雇 煤粉 仓堆积 现象消失 ， 操作简便， 图 煤 粉 仓积 煤现 象示 意图 下 煤顺利 ， 煤 量增 大， 可 以 作为煤粉 仓降温措施 。 当 仓内煤温 升高超过 规 定范围时 ， 只 要打开多孔板进气 阀 「或者根据 具体情况将进 气 阀 门 多开 一 点 ， 即可将煤粉温度降至 安全 规定的范围 以 内 。 这对 防止煤粉 仓着 火和 安 全事 故有着重 要作用 。 … 州反 图 苏州钢铁厂 煤粉仓 多孔 板流化装置

七、结 语 1.所研究的几种煤粉都具有爆炸性，其中以夹河、马武山的煤粉具有强烈爆炸性能， 晋华宫、庞庄、权台、青尤等煤粉具有弱爆炸性。 2.煤粉的裸炸不仅与本身所含挥发份或可燃基挥发份有关，而且与它的比表面积和拉 度有关。所以，只从煤粉所含的可燃基挥发份（或挥发份）来区分它们的爆炸性等级是不准 确的，还必须根据它的比表面积及其粒度组成来综合判断。 3.高炉喷吹烟煤适当地扩大粒度范围有利于安全喷吹，但必须根据高炉冶炼时煤粉粒 度的要求来考虑。 4.控制制粉、运输及喷吹（喷吹罐）系统的气氛中含氧量在15%以下，可以防止煤粉 爆炸。降低气氛中氧的办法可采用充氮气和热风炉烟道废气。 5.采用在煤粉中掺入惰性物质，如石灰石（或生石灰)的防爆措施可能会给高炉冶炼 和技术经济指标带来不利的影响。 6.在煤粉仓采用多孔板流化装置，看来是防止积煤和降温的有效措施。 参考文献 (1)《Armco Coal Injection》,“Ironmaking Proceding”1975.vo1.34 〔2)《粉尘爆炸性的最近研究》“Industry&Engineering Chemistry” 1948.4北京钢院炼铁教研组译。 〔3)《高炉喷吹烟煤的安全入炉》首钢，北京钢院1978.8 〔4)《煤粉制备》B、Π、洛马金，陈学俊等译1957 〔5)《烟煤常压喷吹试验小结》苏州钢铁厂，北京钢铁学院 北京钢铁研究院等1978.1 21

七 、 结 语 所研 究的几种 煤粉都 具有爆炸性 ， 其 中以 夹河 、 马武山 的煤粉 具有强 烈爆炸性能， 晋 华宫 、 庞庄 、 权 台 、 青 龙等煤粉 具有弱爆炸性 。 煤粉 的爆 炸不仅与本 身所 含挥发份 或可燃 基挥 发份 有关 ， 而且与它 的比表 面 积 和粒 度 有关 。 所 以 ， 只 从 煤粉所 含的可燃 基挥发份 或挥 发份 来 区分它 们 的爆 炸性等级 是不 准 确的 ， 还 必须 根 据 它 的 比表面积 及其粒度 组成 来综合 判断 。 高炉喷吹烟 煤适 当地扩 大粒 度范围 有利 于安全 喷 吹 ， 但 必须 根 据 高护冶炼时煤粉粒 度的 要求来考虑 。 控 制制粉 、 运 输及喷吹 喷 吹 罐 系 统的气氛 中含氧量在 以 下 ， 可以 防止 煤粉 爆炸 。 降低气氛 中氧 的办法可 采用充氮气和热风 炉烟道废气 。 采 用 在煤粉 中掺 入 惰性物质 ， 如石灰石 或生石灰 的防爆 措施可 能 会给高炉冶炼 和 技 术经济指 标带来不利 的影响 。 在煤粉 仓采 用 多孔 板流 化装置 ， 看 来 是防止 积 煤和 降温 的有效措施 。 参 考 文 献 〔 〕 《 ， ” 〕 粉尘 爆 炸性的最 近研 究 》 “ ” 北京 钢院炼铁教研 组 译 。 〔 〕 《 高炉喷 吹烟 煤 的安 全 入 炉 》 首 钢 ， 北京 钢院 《 煤粉 制备 》 、 、 洛 马 金 ， 陈学 俊等译 〕 《 烟 煤常压 喷 吹试 验小结 》 苏 州 钢铁 厂 ， 北京 钢铁学院 北京 钢铁 研 究院 等