塔塔钢公司采用半软煤进行高炉喷吹冶炼
印度塔塔钢公司通过对高炉喷吹焦煤到更软、含挥发物更多的煤的试验，成功地获得高炉喷吹用煤的等级。较低灰分煤的选择和富氧吹炼技术的采用是成功的关键。虽然喷吹比已经降低，但这主要是因为高炉的已用年限的原因，而不是因为所用煤的变化。
下面详细介绍塔塔钢公司高炉喷吹冶炼所用煤的试验情况。
1 高炉喷吹用煤
喷吹用煤的使用条件：
——该煤的最大燃烧应发生在高炉循环区内；
——为了获得更高的焦炭替代率，煤的灰分含量应尽可能低。
——煤的灰分特性应该确保在喷枪和风口处不产生沉积。也就是说，起初灰分的熔化温度必须很高，但是灰分的熔点温度不应该导致风口区高炉炉渣的熔化特性有显著变化。
——喷吹煤粉回导致循环区温度降低，应该根据实际情况调整喷吹参数来维持合乎要求的循环区“绝热火焰温度。”
满足上述条件煤炭的重要特性指标有：挥发分、灰分、内在水分含量，哈氏可磨性指标（HGI）、灰分组成及其熔化温度。除此之外，硫、磷的含量、煤的热值及其碱度都对冶炼金属的质量有很重要的影响。满足上述条件的煤除了能大量供给外，还必须在保证不影响高炉产量和铁水质量的前提下提高焦炭置换比。表1列出了一些主要厂家高炉喷吹所用煤的不同特性参数。
表1 适于高炉喷吹的煤的特性参数
| 参数 | 国家钢集团 | 川崎钢铁公司 | 印度钢铁管理局 | 塔塔钢公司 |
| 挥发物含量（db）,% | 32-36 | 25-40 | 20-30 | 24-27 |
| 灰分含量（db）,% | <10 | ≤12 | ≤10 | 10-12 |
| 灰分熔化温度，℃ | 1315-1482 | ≥1260 | +1400 | +1300 |
| 哈氏可磨性指标 | 40-60 | 40-60 | ≥40 | ≥60 |
| 内在水分含量，% | ≤4 | ≤2.5 | ||
| 总水分，% | <10 | ≤10 | ||
| 硫含量（db）,% | <1 | ≤0.65 | ≤0.65 | |
| 碱性（db）,% | <0.35 | |||
| 磷含量（db）,% | <0.25 | ≤0.06 | ||
| 坩埚膨胀指数（CSN） | ≤3 | |||
| 发热值，卡/kg | 6900-7600 | +6800 | +6000 |
煤粉在高炉内充分燃烧依赖许多参数，例如煤粉颗粒尺寸、挥发物的含量、孔隙率、灰分含量、煤的初始强度、喷吹速度以及高炉炉况。高炉炉旷包括氧气含量和循环区的温度。
采用低挥发性煤可以获得较高的焦炭置换比，但这会比高炉循环区带来燃烧方面的难题。虽然挥发物含量高的煤炭焦炭置换比较低，但是其具有非常好的燃烧效率并且资源丰富。不仅如此，挥发物含量高的煤炭中氢含量较高，这也有助于提高高炉的产量。适于喷吹的煤中挥发物的含量必须根据以下几个因素来确定：冷却作用、焦炭置换比、燃烧能力、焦油的形成与安全贮藏。一般的中等挥发物含量的煤炭就适用于喷吹冶炼。
用于喷吹的煤中灰分的含量必须尽可能的低，从而获得较为满意的焦炭置换比。从实际情况考虑，灰分熔化温度应该比热鼓风温度高50℃。一些高炉操作人员认为具有较高坩埚膨胀指数的煤是不好的，因为这种煤接近高温区域时会产生膨胀，导致煤粉难于喷吹。
煤焦油的产生对燃烧效率起着重要的作用。焦油是煤在燃烧过程中热分解成煤烟期间产生。据估计，在1600-2000℃的温度范围内，大约1/3的挥发物转变成煤烟。煤烟的燃烧能力很差，而且其反映性还不如残余的碎焦，因此，需要较高的空气—燃烧比和较长的驻留时间。煤烟太多将导致燃料消耗率的增加，从而也给高炉运行造成难题，例如造成循环区的堵塞、炉料透气性的降低、高炉内部不合乎需要的温度分布以及装料系统卡住。
当不能获得具有表1中规格的煤炭时，超出规格范围的煤也可以用于煤粉喷吹，但是其效果会差一些。
无论是高炉冶炼还是在模拟条件下的实验室试验操作的最重要的基本常识是：西部在实践中吸取经验，逐步完善操作方法，努力使喷吹半软煤和混合煤粉成为可能。印度的塔塔钢公司和意大利伊尔瓦钢公司的塔兰托厂是该项技术的领导者。塔塔钢公司开始喷吹来自澳大利亚（South Black Water）的低灰分焦煤，后转为喷吹本国的高灰分的中等焦煤。随着生产的进行，塔塔公司获得了更多的经验并增强了信心，如今已经能够成功喷吹几种半软煤以及二重组分的煤与三重组分的混合煤。意大利的伊尔瓦钢公司成功喷吹了一种4种组分、挥发物含量为28%的混合煤、这种混合煤来源广泛，其中包括含有10%挥发物的澳大利亚Yaarbee的无烟煤到含有33%挥发物的南非煤。
多种等级的煤在理想的情况下混合在一起，仍然保持了各自的重要特性。
2 煤的类型
主要的产煤国已经根据煤的特性建立了许多煤的分类体系，但是，仍然正在设想一些新的分类体系。基于煤的塑性对煤质进行分类是一种非常广泛的、买方和买方都可接受的分类方法，该方法主要采用自由膨胀系数和坩埚膨胀指数做为分类基准指标。其惯用的测试做法是将焦炭和非结焦煤初步分离，并测量其结焦性能，但这并不反应煤的最终结焦性能或焦炭强度，一般只是用其作为煤分类的基准指标，尤其是煤炭贸易时。这种分类方法将煤分为以下几类：（1）硬煤；（2）半硬煤；（3）半软煤。硬焦煤的自由膨胀系数范围为7-9，半硬煤为5-6，半软煤为1-3。同样也用类似的名词，例如“软煤”。半软焦煤有一些焦炭的性能，一般同硬焦煤和半硬焦煤混合在一起来制造焦煤。一些半软焦煤也可以直接粉碎喷吹到对结焦性能要求不高的高炉中使用。
3 塔塔钢公司喷煤试验
塔塔钢公司的煤喷吹是从澳大利亚的（South Black Water）焦煤开始试验的。不久，就转为对国内West Bokaro的焦煤试验，那时一种中等焦煤，在这两种焦煤试验结果的鼓舞下，塔塔钢公司决定选择半软煤进行高炉喷吹。
塔塔钢公司采用喷煤技术已有十多年了，1991年在“F”号高炉开始试验。随后在两个更大的高炉中试验，“G”号和“D”号炉。当“F”号和“D”号高炉的喷煤量达到100kg/thm时，“G”号炉的喷吹量已经高达130-140kg/thm。在这期间，试验了大量的煤炭。表2中我们可以看到，挥发物含量为8%-28%，灰分含量为8%-18%，灰分熔化温度为1170-1500℃，坩埚膨胀指数为0-6的煤炭试验结果非常令人满意。表3表示的是高喷吹量的“G”炉显著特征和关键设计。
表2 塔塔钢公司喷煤试验参数
| 参数 | SBW | WB | BW（weak） | 硬煤 | Jellinbah | Curragh | Blende SS | Jig |
| 挥发物含量（db）,% | 24-26 | 26-28 | 25.90 | 8.30 | 16.66 | 21.13 | 22.61 | 21.63 |
| 灰分含量（db）,% | 9-10 | 17-18 | 8.81 | 10.5 | 9.32 | 8.19 | 8.70 | 9.9 |
| 固定含碳量，% | 64-66 | 54-55 | 79.25 | |||||
| 灰灰分熔化温度，℃ | 1170 | 1250 | 1500 | 1420 | 1280 | |||
| 哈氏可磨性指标 | 55-65 | 56-65 | 70 | 85 | 91 | 71 | 87.5 | |
| 内在水分含量，% | 1.0 | 1.0 | 2.32 | 1.8 | 1.3 | 1.45 | 1.05 | 0.74 |
| 总水分，% | 9.0 | 8.6 | 7.5 | 9.6 | 4.8 | |||
| 硫（db）,% | 0.34 | 0.68 | 0.46 | 0.76 | 0.42 | 0.57 | 0.038 | 0.47 |
| 碱性（db）,% | 0.25-0.27 | 0.25-0.35 | 0.129 | 0.25 | 0.129 | 0.178 | 0.095 | 0.067 |
| 磷（db）,% | 0.043 | 0.065 | 0.045 | 0.112 | 0.052 | 0.042 | 0.038 | 0.073 |
| 坩埚膨胀指数（CSN） | 6 | 4 | 2.5 | 0 | 1 | 2.646 | 1.732 | 1.732 |
| 发热值，卡/kg | 7456 | 6572 | 6989 | 7500 | 7409 | 7549 | 7284 | 7154 |
注：SBW—澳大利亚South Black Water焦煤；WB—印度西博卡罗（West Bokaro）焦煤；BW—澳大利亚Black Water(west)Coal炼焦煤；
Blende*SS主要指：1.Curragh-40%+BW(w)-50%+Jellinbah-10%;2.Curragh-50%+BW(w)-40%+Jellinbah-10%;3.Curragh-60%+Bw(w)-30%+Jellinbah-10%;或者其他的混合煤。
表3 塔塔钢公司“G”号高炉的关键参数
| 有效容积，m3 | 1801 |
| 工作容积，m3 | 1578.5 |
| 炉缸直径，m | 9.2 |
| 炉身高度，m | 16.5 |
| 风口数，个 | 22 |
| 出铁口数，个 | 2 |
| 最大热喷吹温度，℃ | 1250 |
| 高炉炉顶煤气压力，kg/cm3 | 1.25 |
| 炉顶煤气含尘量，mg/Nm3 | ≤5 |
| 生产能力，百万t/a | 1.0 |
4 观测
不同特点的煤炭其焦炭置换比也不同。塔塔钢公司对一些重要的喷煤试验进行了特殊的观测如下：
克拉露天煤矿（Curragh）煤
Curragh煤是一种煤质较软的煤，在煤厂和随后的运输过程中不会发生变化。其较低的灰分和较高的热值导致相对较高的焦炭置换比。喷吹这种煤使燃料消耗量降低了6kg/thm。
Jig煤
喷吹Jig煤使燃料消耗量减少了大约5kg/thm。该煤的水分含量较低，需要从废气中输入的热量较少。大多数的时间里都不使用高温燃气发生器，但该煤在磨碎时温度会有所升高，而煤场的煤的含水量相对正常情况的0.9%-1.0%而言更接近0.6%。
煤质很软的煤由于其具有较大的颗粒，但是磨碎机械的耗电量增加很少。
喷吹该煤粉的管道通常要增加压力，因为喷管和管线容易堵塞，或者是由于大量的超细矿粉和煤质较软导致的结果。煤刚开始燃烧时容易引起喷管燃烧，造成这种情况的主要原因是：（a）煤质太软导致磨碎的煤粉非常精细；（b）含水量较低。
由于灰分熔化温度和煤粉结块造成的喷管堵塞和燃烧是完全可以避免的。
澳大利亚Black Water (weak) Coal (BW)炼焦煤
1999年5-6月期间，在“G”号炉进行了该煤的喷吹试验。在该试验以前，利用喷吹含硫煤来作为影响高炉性能评估的参考。该煤的试验结果比正常的燃烧消耗增加了9kg/thm，产量降低了28-200t/d。熔融金属中硅含量降低了0.03%。
比含硫煤还低的焦炭置换比主要是因为：
——该煤的热值较低。
——试验期间吹氧量较低，可能导致不完全燃烧并造成较低的生产效率。
硬煤（澳大利亚无烟煤）
在试验了国内的西博卡罗（West Bokaro）焦煤后，喷吹了这种硬煤。两者的平均喷吹速度是相当的。但由于该煤较低的焦灰产生率，其正常燃料消耗下降了12.7kg/thm，熔渣量减少了5kg/thm。
杰利巴（Jellinbah）煤
起初认为该煤含有较低的挥发物，燃烧缓慢可能会造成一些负面影响。在理论上，这种考虑是符合逻辑的，但实际试验时，只要在喷吹时保持较大的吹氧量，就可以获得正常的燃烧速度，较低的喷吹速度也是其正常燃烧的辅助因素。该煤较高的碳含量致使能获得相当的焦炭置换比。
混合半软煤
来自澳大利亚的各种各样的二重组分和三重组分的半软煤混合在一起用于高炉煤粉喷吹冶炼，其中的一些混合半软煤的组成为：1.Curragh-40%+BW(w)-50%+Jellinbah-10%;2.Curragh-50%+BW(w)-40%+Jellinbah-10%;3.Curragh-60%+BW(w)-30%+Jellinbah-10%。
上述的混合半软煤表现出了令人满意的效果，在磨碎和运送的过程中没有异常的情况。由于这些煤的内在含水量较低，较好的灰分熔化温度，所以在喷管和高炉循环区内部工作正常。
5 结论
塔塔钢公司开始喷煤试验十多年来，其焦炭置换比发生了很大变化。这主要是由于与高炉使用时间相关的高炉炉旷的原因，而不是因为煤的类型变化引起的。起初在90kg/thm喷吹比下的焦炭置换比从大约1.00-1.10，即替代到最高的15%的焦炭。在130kg/thm的喷吹比下置换了22%的焦炭，其焦炭置换比下降到大约0.90。如今，因为高炉寿命的缘故，现在的喷吹比已经下降到85kg/thm，但是采用进口的低灰分半软煤和以前采用硬煤的效果是相当的。
半软煤具有较高的焦炭置换比主要是因其较低的灰分含量。灰分比对焦炭置换比的有利影响是一个成立已久的事实。也就是说，灰分越多造渣时需要吸收的热量越多，所以其焦炭置换比将下降，反之焦炭置换比将大大提高。
