作為一項(xiàng)全新的高爐技術(shù)，序列脈沖噴吹工藝（SIP）于2020年底首次在施韋爾格恩 1號(hào)高爐首次全面運(yùn)行。該高爐是由蒂森克虜伯歐洲鋼鐵公司在德國(guó)杜伊斯堡廠運(yùn)行的內(nèi)容積4400m3的大型高爐。到目前為止，在2021最近的高爐換襯前后的生產(chǎn)中，SIP技術(shù)已證實(shí)對(duì)高爐運(yùn)行具有顯著的影響。

SIP是一種氧氣脈沖技術(shù)，用于防止高爐下部區(qū)域出現(xiàn)低透氣性問題。它通過定期脈沖將少量高能氧氣注入高爐深處每個(gè)風(fēng)口的回旋區(qū)。氧氣的目標(biāo)是沉積在回旋區(qū)和“死料柱”之間過渡區(qū)空隙內(nèi)的碳粉材料，死料柱是存在于高爐爐缸中的靜止焦炭床。如果未充分清除沉積物，則沉積物會(huì)積聚并降低該區(qū)域的透氣性。

SIP改善了此處的透氣性，核心是提高回旋區(qū)特性，使氧氣能夠到達(dá)高爐中通常無法找到的區(qū)域。在正常情況下，氧氣分布通常不會(huì)擴(kuò)展到回旋區(qū)內(nèi)太遠(yuǎn)。氧氣在離開風(fēng)口時(shí)迅速消耗，通過常規(guī)方式作為熱風(fēng)的一部分供應(yīng)，無論是否富氧。但采用SIP，一定量的氧氣可用于與回旋區(qū)后部的碳粉反應(yīng)，并進(jìn)入回旋區(qū)外部的過渡區(qū)。這是SIP效果的一個(gè)關(guān)鍵特征。

通過有效的氧化機(jī)制去除碳沉積物，可提高透氣性。氣流和液體流不再受阻，可以更自由地移動(dòng)并到達(dá)高爐中心。因?yàn)橥ǖ来蜷_來改善上升氣體的分布，并通過高爐爐缸的液相排放，必然實(shí)現(xiàn)工藝效益。

在施韋爾格恩1號(hào)高爐，SIP技術(shù)已經(jīng)證實(shí)對(duì)高爐性能產(chǎn)生了積極影響，可在穩(wěn)定運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)更高的噴煤比成本效益，同時(shí)降低總還原劑比（RAR）的要求。

這項(xiàng)開創(chuàng)性的新技術(shù)由蒂森克虜伯歐洲鋼鐵公司和蒂森克虜伯AT.PRO tec 有限公司合作開發(fā)。通過與普銳特冶金技術(shù)簽訂新的獨(dú)家合作協(xié)議，現(xiàn)在可供全世界的高爐操作者參觀。

SIP裝置使用的氧氣可使用先前用于熱風(fēng)爐富氧或氧煤噴吹的氧氣。從這些路線有效地重新利用氧氣，使用的總流量與高爐富氧運(yùn)行所需的總流量水平一致。

通過與現(xiàn)場(chǎng)高壓管網(wǎng)的連接供應(yīng)氧氣，并輸送至SIP裝置。相應(yīng)的壓力控制站、緩沖罐和高爐周圍的氧氣環(huán)形主管服務(wù)于專門的SIP箱中的關(guān)鍵裝置。高爐每個(gè)風(fēng)口使用一個(gè)SIP箱，它們位于風(fēng)口平臺(tái)正上方。這些箱子通過每個(gè)風(fēng)口吹管最終將氧氣輸送至插入的SIP噴槍。SIP技術(shù)要求使用高壓氧氣（通常>20 bar g）。

每個(gè)SIP箱的主要功能是在通向每個(gè)噴槍的供應(yīng)管中提供產(chǎn)生沖擊波的方法。高壓供應(yīng)是產(chǎn)生這種現(xiàn)象所必需的。沖擊波之后，立即形成以超音速行進(jìn)的自由射流，這是進(jìn)入高爐回旋區(qū)的高能氧氣脈沖的來源。SIP箱內(nèi)的專利設(shè)備負(fù)責(zé)通過快速但受控的方式釋放一定體積的高壓氧氣來誘導(dǎo)沖擊波。每個(gè)脈沖僅持續(xù)很短的期限（通常為0.5s），但通過專用控制系統(tǒng)將其頻率設(shè)置為規(guī)則間隔。

除了高能氧氣的周期性脈沖外，每個(gè)噴槍還接收少量所謂“基本負(fù)荷”的連續(xù)氧氣流。SIP脈沖實(shí)際上疊加在基本負(fù)荷之上，其設(shè)計(jì)用于確保脈沖之間的噴槍充分冷卻。氮?dú)庖部赏ㄟ^SIP箱供應(yīng)用于此目的，當(dāng)噴槍插入高爐時(shí)，如果氧氣不可用，系統(tǒng)自動(dòng)切換至氮?dú)饫鋮s。

施韋爾格恩1號(hào)高爐上安裝的SIP裝置具有向高爐供應(yīng)總計(jì)高達(dá)25000 Nm3/h的氧氣的能力。

使用SIP后，可實(shí)現(xiàn)更高的噴煤比，同時(shí)提高運(yùn)行效率，使得總?cè)剂媳群陀纱水a(chǎn)生的CO2排放量的顯著降低成為可能。這在一定程度上可歸因于還原氣體在整個(gè)爐子橫截面上的分布改善，因?yàn)樗x開回旋區(qū)向上上升。下降的爐料與氣體接觸并更有效地相互作用。這一點(diǎn)已通過在爐料內(nèi)探頭測(cè)量中取樣氣體分布的性質(zhì)變化以及改善的工藝總煤氣利用率得到證實(shí)。

此外，使用SIP時(shí)，高爐高熱負(fù)荷區(qū)的爐壁溫變化和能量損失下降。這是在操作員未干預(yù)來調(diào)整另一個(gè)操作參數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)的，如布料模式。通常，使用SIP時(shí)，高爐運(yùn)行的穩(wěn)定性更高。在原材料質(zhì)量非常差的運(yùn)行期間，這一點(diǎn)尤為明顯。在過去，這種爐料的使用導(dǎo)致大型施韋爾格恩1號(hào)高爐經(jīng)常遇到工藝問題和不穩(wěn)定。而現(xiàn)在采用SIP運(yùn)行后，結(jié)果完全不同。

通過解決低透氣性問題和改善回旋區(qū)特性，SIP 提高了煤氣利用率并降低了總?cè)剂媳龋瑥亩垢郀t煉鐵朝碳中和方向更近了一步。

對(duì)于未來，這為高爐在新的設(shè)定點(diǎn)上運(yùn)行打開了可能性。改進(jìn)的透氣性使得高爐的氣體接受量增加，這可以提高風(fēng)量并增大生產(chǎn)潛力?？蛇M(jìn)行積極的經(jīng)濟(jì)調(diào)整，比如將昂貴的冶金焦炭更多置換為更便宜的噴煤，同時(shí)CO2排放更低。