作為一項全新的高爐技術(shù)，序列脈沖噴吹工藝（SIP）于2020年底首次在施韋爾格恩 1號高爐首次全面運行。該高爐是由蒂森克虜伯歐洲鋼鐵公司在德國杜伊斯堡廠運行的內(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)已證實對高爐運行具有顯著的影響。

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風口的回旋區(qū)。氧氣的目標是沉積在回旋區(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，氧氣分布通常不會擴展到回旋區(qū)內(nèi)太遠。氧氣在離開風口時迅速消耗，通過常規(guī)方式作為熱風的一部分供應(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)，并進入回旋區(qū)外部的過渡區(qū)。這是SIP效果的一個關(guān)鍵特征。

通過有效的氧化機制去除碳沉積物，可提高透氣性。氣流和液體流不再受阻，可以更自由地移動并到達高爐中心。因為通道打開來改善上升氣體的分布，并通過高爐爐缸的液相排放，必然實現(xiàn)工藝效益。

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

這項開創(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行所需的總流量水平一致。

通過與現(xiàn)場高壓管網(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。高爐每個風口使用一個SIP箱，它們位于風口平臺正上方。這些箱子通過每個風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SIP箱的主要功能是在通向每個噴槍的供應(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的自由射流，這是進入高爐回旋區(qū)的高能氧氣脈沖的來源。SIP箱內(nèi)的專利設(shè)備負責通過快速但受控的方式釋放一定體積的高壓氧氣來誘導沖擊波。每個脈沖僅持續(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，每個噴槍還接收少量所謂“基本負荷”的連續(xù)氧氣流。SIP脈沖實際上疊加在基本負荷之上，其設(shè)計用于確保脈沖之間的噴槍充分冷卻。氮氣也可通過SIP箱供應(yīng)用于此目的，當噴槍插入高爐時，如果氧氣不可用，系統(tǒng)自動切換至氮氣冷卻。

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

使用SIP后，可實現(xiàn)更高的噴煤比，同時提高運行效率，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爐子橫截面上的分布改善，因為它離開回旋區(qū)向上上升。下降的爐料與氣體接觸并更有效地相互作用。這一點已通過在爐料內(nèi)探頭測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。

此外，使用SIP時，高爐高熱負荷區(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)整另一個操作參數(shù)條件下實現(xiàn)的，如布料模式。通常，使用SIP時，高爐運行的穩(wěn)定性更高。在原材料質(zhì)量非常差的運行期間，這一點尤為明顯。在過去，這種爐料的使用導致大型施韋爾格恩1號高爐經(jīng)常遇到工藝問題和不穩(wěn)定。而現(xiàn)在采用SIP運行后，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。

對于未來，這為高爐在新的設(shè)定點上運行打開了可能性。改進的透氣性使得高爐的氣體接受量增加，這可以提高風量并增大生產(chǎn)潛力?？蛇M行積極的經(jīng)濟調(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CO2排放更低。