喷吹煤技术：高炉高效操作的关键

高炉喷吹煤(PCI)技术理解

喷吹煤(PCI)是高炉生铁生产成熟技术，大多高炉实践，新建高炉通常配备PCI能力。喷吹煤成分性质影响高炉操作稳定性产量、铁水(HM)质量、高炉煤气组成。喷吹煤煤种详见文末链接。

PCI系统关键方面含煤制备、储存分配确保各风口均匀给煤无波动、喷吹枪设计和富氧(O₂)喷吹的燃烧。

煤制备

煤粉碎在单/多磨煤机(制粉机)视需求。磨煤和分配煤至喷吹枪构成主要运行成本。煤仓回收煤筛除异物大块煤破碎。煤入磨粉碎干燥。合格粒度煤随热气流出磨、袋式收尘收集输送入储料仓。磨制输送在惰性气氛下进行，最小化干煤粉着火风险。粉碎煤粒度分布影响气力输送设备操作性，高喷吹率下影响燃烧性。

制粉机将煤磨成两粒级：(i)喷吹煤：70–80%<75μm，余<2mm；(ii)颗粒煤：顶粒2–3mm，>2mm限2%，<75μm 20–30%。喷吹此粒度系统称颗粒煤喷吹(GCI)。粗磨优势：低磨制干燥成本、粉煤易操作。细磨优势：竖井高燃尽率。PCI比GCI更普及。

制粉机可通过调整煤给料速率、分级机设置、风量改变煤粉细度。虽磨机可调适应特定煤达要求细度，但多煤混配(大量煤种)时不切实际，因某些煤成分可能达不到要求细度。

制粉机功能之一尽可能除煤水分。干燥必要因水分致气力输送系统和储料仓自由流动问题。也须最小化水分因高炉除水需额外能量、喷吹水分增还原剂率。此外高水分煤磨制耗电更多、降吞吐量。

煤表面水分蒸发防制粉机内团聚问题，因高水分含粘土煤多粘连。故通常须将煤总水分降至平衡水分水平左右减少磨机储料仓操作问题。出磨煤水分为平衡水分2/3。煤平衡水分随煤阶、煤岩组分、灰分变化。

确保煤磨至所需细度、最小磨损制粉机部件、最低功耗降运行成本重要。磨损影响制粉机停机维护。影响磨损煤性质含灰分组成、粒度分布、水分、堆积密度。高水分煤因磨损腐蚀复合效应加速磨损。煤灰中磨蚀硬矿物含二氧化硅(SiO₂)、黄铁矿(FeS₂)。除磨损研磨元件，磨蚀矿物也侵蚀管道风道。评估煤磨蚀性常用“磨蚀指数”(AI)。高AI煤预期致高磨损率。

降磨机功耗降运行成本。磨机功耗产能(吞吐量)取决设计、磨机设定、要求细度、煤性质。煤粒度缩减要求越高功耗越大。高细度需增磨机产能，磨难磨煤也可能需增产能。

煤主要影响磨机功耗产能性质是硬度，由“哈氏可磨指数”(HGI)决定。通常HGI越高煤越易磨，功耗越低吞吐量越高。若制粉机设计产能限制喷吹率，改用软煤可提高喷吹率。在高VM硬煤混配中增低VM高热值软煤比例有助提高制粉机产能、降高炉风压、改善煤耗。

煤岩组分也影响磨制。通常高镜质组分煤磨制能耗<低镜质煤，因镜质组分易磨于惰质组分和叶质组分。煤阶效应在反射率~1.6以上减弱，因镜质惰质所需破碎能量趋同。

煤通常混配优化相对优势。但混配煤非简单组分平均，可被单一问题煤不成比例影响。两煤HGI差>20混配制粉时发生软煤优先磨制。硬/软煤混配制粉显示组分煤差特性倾向主导混配，制粉机性能更接近硬煤。混配磨制也可发生软煤岩优先磨制。含膨胀粘土煤离磨冷却后可吸湿。即使作混配成分也可致喷吹系统堵塞。

煤喷吹系统

喷吹系统气力输送计量粉煤从储料仓经喷吹罐(增压至≥高炉压力)至风口喷吹枪。喷吹枪对称均匀喷吹入风口。分配系统设计关键因素：确保各风口均匀给煤无波动。煤供给中断快速致严重问题。喷吹率越高非计划中断后果越严重。

至少两喷吹罐提供连续煤流。基本两种布置：(i)串联：上罐定期补充下罐，下罐常保压喷吹；(ii)并联：两罐交替喷吹，需重叠操作维持换罐期喷吹。

控制喷吹煤量重要。故喷吹罐连续称重、精确控制煤流速。储料仓给料喷吹罐管线的粉煤操作问题源于水分、超细颗粒、煤中粘土。外部加热器/绝缘可减少仓壁内侧水分冷凝致仓堵塞可能性。部分场所氮气(N₂)吹入中间喷吹罐底部充气垫确保粉煤转入下喷吹罐自由流动。

煤从喷吹罐通常输送：(i)单独管线各风口独立计量控制；(ii)公共管线至高炉邻近分配器等分至各风口管线。第二法优势：制煤厂至高炉距离可>单管线系统。

管线路由差异和分流点不可避免不均匀分流致风口给料不均。不平衡也致管线分配器不均匀磨损。

按煤/输送气比例，煤从喷吹罐至风口气力输送为稀相或密相。稀相系统煤载气比典型~10 kg煤/kg载气，载气速~15–20 m/s。载气通常N₂和空气混合，压缩空气喷吹罐下添加管线。密相系统载气比~40–80 kg煤/kg载气，载气速~1–5 m/s。载气通常N₂或N₂空气混合。

载气速度恒>最小输送速度防堵塞。最小速度取决系统压力、管径等相互作用参数。密相低速意磨损低；稀相高速致磨损尤管弯。磨损率由颗粒硬度形状速度决定。煤性质也影响磨损。管道易磨损部位衬聚氨酯弹性体等提供耐磨、延缓细粉堆积堵塞。导致输送管堵塞煤性质：水分含量、粘土矿物。

高水分煤和混配煤制造问题。故对磨后煤施加严格水分限制。粘土遇水膨胀可致问题，特别若输送系统有压降和/或存在超细颗粒。粉煤细粉含量(<5.8μm)增致输送系统压降增。压降超过厂设计相关值可堵塞。管道堵塞经管弯沉积堆积相关，通常因煤质软(细粒度分布)。喷吹煤时超细煤(<10μm)启动粘附肘管壁，粗糙面形成后大颗粒始粘附。此外混配煤软煤优先磨制可致高比例超细颗粒导致堵塞。

改进管线布局分配系统、部分情况调整制备系统(如制粉机)产出较粗粒度可防堵塞。喷吹系统通常有检测清堵程序因堵塞常见。输送管含吹扫口，通常高压空气清堵。需简单实用测试评估粉煤和混配煤流动性可操作性，识别困难材料再使用。

喷吹枪喷吹煤入通向风口吹管。颗粒即被热风加热、点燃、气化、燃烧。喷吹枪设计位置影响煤燃烧效率。早期用直钢枪置风口/吹管接口处。开发注入O₂直入煤粉流(氧煤枪)和/或枪尖产生更多湍流设计改善燃烧效率。含：(i)同轴枪(煤内管O₂环形外管)，(ii)高分散枪，(iii)斜面枪，(iv)狭缝枪，(v)偏心双枪，(vi)旋流枪。

煤预热提高燃烧效率也实践。煤初引入时枪风口堵塞、枪尖熔化问题基本克服。堵塞多因煤加热至粘性温度粘附喷吹枪风口表面。利用高灰熔点(AFT)煤最小化灰沉积。一切实际目的AFT比热风温度高50°C。若高粘结指数煤近风口尖结焦可避免用高粘结指数煤或增流速克服。

喷吹枪靠近风口定位减少吹管灰冲击。利用风冷同轴枪防堵塞侵蚀、延长枪尖寿命。冷却风流量最小化减对煤燃烧冷却效应。但枪堵塞仍频发。有检测清堵程序防问题恶化。

用不同合金喷吹枪限制热风温度也影响枪尖熔化。喷吹枪耐久性重要运行考量因随时间烧损。

煤燃烧

竖井是高炉关键区，虽总体积通常<炉内体积1%。供热和还原剂。喷吹煤必然影响竖井状况，进而竖井外后果。未燃颗粒离竖井致操作问题：降透气性、不利气体温度分布、过度焦炭侵蚀、增焦炭带出。未燃焦炭量随喷吹率增而增。故喷吹煤竖井内燃烧气化行为是高炉稳定操作关键要素。显然高炉消耗喷吹煤量可>竖井内燃烧量，因未燃物料炉别处消耗。

高炉煤燃烧广泛研究。研究用实验室设备：热重分析(TGA)、下落管炉(DTF)、金属丝网反应器(WMR)。这些技术不完全模拟竖井条件。如DTF中粉煤颗粒停留时间数量级秒，高炉竖井毫秒级。故这些技术通常用不同煤种比较评价。

另一方法用专门设计设施模拟竖井条件。含热风喷吹入填充焦床，常称“热模型”。能模拟毫秒级短停留时间燃烧条件、不同竖井位置。但中试设施仍不完全模拟高炉竖井条件。如可能不在接近风口/风箱压力工作。竖井高压增煤气化速率。

多计算机模型评估煤竖井及高炉别处行为。模型有效性被质疑，因描绘机制复杂不完全理解。准确性依赖假设和模型内置关系有效性。煤行为强受高炉设计操作条件和煤性质影响，计算机模型或许仅适用开发测试其上特定高炉、操作条件、同类煤。这是所有技术局限。

喷吹枪出口至竖井后壁(物理距离~0.7–2m)煤燃烧发生于高温(1400–2200°C)、高压(~3–6 kg/cm²)、短停留时间(粉煤颗粒10–40 ms)下。须在此严酷条件达高煤燃烧程度。

煤燃烧过程可分步骤(部分重叠)：

• 喷吹粉煤颗粒(<75μm)入富氧热风迅速加热。加热速率由操作条件决定~100°C/s。热风温度典型1000–1200°C，气速~180–250 m/s。
• 颗粒热解产生不凝挥发分(气体)、可凝挥发分(焦油)、碳质焦炭。脱挥发分完成~2–20 ms。
• 挥发分点燃燃烧主生成CO₂、H₂O。耗时几毫秒。
• 残余焦炭O₂部分燃烧。焦炭燃烧贡献燃烧放热大部。异于挥发分燃烧(挥发分向富O₂大气扩散致大反应面)，焦炭氧化O₂须输运至相对小颗粒表面。故焦炭氧化较慢。挥发分释放期间因高化学计量需求O₂不能接触焦炭表面。
• 残余焦炭CO₂、H₂O气化生成CO、H₂。最慢反应，主发生竖井外。

竖井内气体组成温度分布由喷吹煤燃烧特性而非焦炭燃烧主导，因煤优先燃烧。图1示竖井内部分煤燃烧步骤及气体组成变化。大部分O₂风口鼻部附近消耗，中部生成富CO₂气氛，末端富CO气氛。

燃烧程度(燃烧效率)及离开竖井未燃物料量取决参数：(i)煤性质如VM含量、粒度、密度；(ii)操作条件如风气体组成温度、喷吹枪位置设计。

图2燃烧效率-喷吹率图基于高炉物料热平衡模型碳平衡研究最大喷吹率。

各项研究归纳强化竖井煤燃烧措施：

• 热风富氧。但须考虑风O₂对燃烧程度非线性效应。O₂含量增燃烧速率增幅递减。
• 风口腔前喷吹煤与O₂预混合。
• 用煤混配(通常高低VM煤)和燃料混合维持高燃烧度和高焦煤替代比。
• 喷吹煤伴随铁氧化物(细铁矿、含Fe废料等)、碳酸盐、其他富氧添加剂。
• 利用化学物理现象如催化、极化等效应。
• 视操作条件煤性质优化煤磨制。

煤阶影响

喷吹煤竖井内燃烧气化行为受其性质影响。性质对火焰温度(FT)和燃烧效率(CE)一般影响述下。

PCI对FT有冷却效应。FT重要参数，影响渣铁化学、碱元素蒸发循环、炉底金属流动。FT难测，通常竖井区能量平衡计算得“竖井绝热火焰温度”(RAFT)或理论FT。RAFT计算因假设不同各高炉间异，值可能不可直接比较。每高炉有最佳RAFT，视负担组成透气性、焦炭质量、鼓风率。喷吹煤降RAFT(比全焦操作)因促进吸热反应。低VM高VM煤分别按100 kg/tHM降FT 80–120°C和150–220°C。通常煤H₂/C比越高冷却效应越大。RAFT随喷吹率增而降。提高热风温度和/或富氧和/或降风湿可补偿煤冷却效应。

模拟高炉环境燃烧实验指示CE通常随煤VM增而增。高挥发分(HV)煤易气化，产生更多气体、低CV、少焦炭，比低挥发(LV)中挥发(MV)煤。故气体燃烧对低阶煤比焦炭燃烧更重要。若气体燃烧不全生成烟灰，离开竖井可劣化高炉透气性。烟灰反应性<未燃焦炭。

脱挥发程度受煤粒度影响，细粒度致更完全脱挥发。煤VM含量降时极限CE由焦炭反应主导，因挥发分点燃燃烧快。高反应性焦炭高CE。常辩论竖井高温下化学反应性变不重要，因燃烧速率受O₂向颗粒扩散速率限制，燃尽时间更依赖粒度和O₂浓度。结合短停留时间，煤间焦炭反应性差异竖井内可能不显著。其他观点称：考虑PCI用小粒度(>80%<75μm)和竖井高湍流条件，焦炭燃烧总速率通常受焦炭本征化学反应性影响。焦炭反应性在竖井外肯定重要。上部高炉条件下焦炭CO₂气化可能受化学反应速率控制。故总体焦炭气化反应率可能受焦炭对CO₂化学反应性影响。

通常焦炭反应性随煤VM增而增，即HV煤典型生成更高反应性焦炭得更好燃尽。有例外，焦炭反应性受因素影响含：(i)形态(比表面积孔隙率)，(ii)结果结构，(iii)组成，(iv)操作条件。焦炭燃烧速率反应性部分依赖颗粒尺寸孔结构。孔结构控制反应气体进颗粒内部供应、提供可变内部反应表面。

焦炭碎裂受结构影响增外部比表面。高升温速率产生更高比例薄壁空腔、高大孔隙率大孔表面积焦炭颗粒。通常此类焦炭碎裂>厚壁低孔隙率焦炭，故焦炭反应率更高。碎裂可能是部分操作者发现VM对煤燃烧性影响小的原因之一。高阶(LV)煤高温形成焦炭通常更有序故低反应性。随温升高各向异性焦炭空心球发育也降焦炭反应性。此类煤受益于低热风温度改善燃烧性。

煤煤岩组成变化可解释燃烧反应性差异，特别相似煤阶间。惰质组分通常视为“惰性”(无反应)。但非如此简单。非所有惰质组分无反应，非所有镜质组分有反应。镜质、惰质、叶质均可贡献碳质残渣未燃C。也注意到虽惰质富集煤焦炭500°C基本低反应性于镜质富集煤焦炭，高温(1300°C)不再重要。竖井极强燃烧条件下煤间燃烧性差异很可能大幅减小。

煤燃烧性能可因组分矿物催化效应改善、或因过量矿物浓度阻滞。SiO₂、Al₂O₃可减缓反应速率；Ca、Mg、Fe、碱类可改善，催化效应低阶煤更显著。但矿物富集颗粒燃烧性改善被归因非催化效应，而是反应气体通过矿物和煤岩-矿物界面有利扩散。焦炭反应性与单一无机相缺乏明确相关性可关联温度对煤矿物转化影响差异。虽高反应性煤焦炭通常优选，但过高反应性可致炉况不稳定。

混配可稀释煤不利燃烧性质。但混配煤燃烧性能比单一煤复杂。各煤成分不同温度不同时间脱挥发燃烧，燃尽度故可显著变化。此外混配中各煤间相互作用发生，复杂化混配燃烧行为预测。相互作用首发制粉机，组分煤粒度分布潜在大差异，特别硬度显著差异时。不成比例也发生，影响结果颗粒矿物煤岩组成、后续燃烧行为。

组分煤间相互作用可增混配燃烧性。例：LV煤燃烧性可混配HV煤改善。HV煤释放更多VM形成高气体温度场，加热LV煤促其脱挥发点燃燃烧。协同效应随HV煤比例增强至一定百分比。模拟高炉条件~70% HV煤(32.5%VM)+30% LV煤(20%VM)混配得最高燃尽率。

粒度影响

煤燃烧性能受粒度影响。为完全转化有效利用喷吹煤，颗粒加热、脱挥发、热解、燃烧须在入热风至竖井边界间完成。通常减小煤粒度释放更多VM，利气相燃烧。

细颗粒比表面积大、加热速率高。颗粒煤释放VM量<粉煤。计算热解产率指示粉煤近乎全VM释放，颗粒煤不完全。颗粒煤残余VM影响后续焦炭CO₂气化反应性。也显示细颗粒(45–75μm)脱挥发程度>大颗粒(75–150μm)。效应在LV煤(15%VM)比HV煤(37%VM)更显著。因高VM释放可致次级挥发分反应生成更多烟灰焦油。烟灰反应性<未燃焦炭。故烟灰形成越少高炉稳定性越好。

煤CE(或燃尽率)通常随粒度减小而增，因更高表面积可反应。大颗粒需更长燃尽时间。增幅随煤VM含量增更显著。但粒度效应也依赖O₂化学计量和煤阶(焦炭反应性)。模拟高炉条件发现：O₂/C>2(贫燃料条件)大颗粒煤一般有较高CE(燃尽度)；O₂/C<2(富燃料条件)小颗粒CE较高。

操作因素

有效利用煤需操作改变补偿竖井参数变化及其高炉别处影响(热状态、渣制度、气流动力)。强化风口/竖井区煤燃烧、提高喷吹率措施：(i)增风口O₂量，(ii)调整热风温度湿度。其他改善煤燃烧措施含预热煤、用添加剂。粒度选择即磨制参数也影响CE。

富氧

风口加O₂途径：(i)热风富氧，(ii)煤喷吹枪喷吹，(iii)单独O₂喷吹枪。加O₂增竖井参与煤燃烧O₂可用性，增煤CE。但富氧对CE影响有限。计算显：热风富氧0→6%体积比时，HV煤(34.5%VM)CE增~6.7%，LV煤(14%VM)增~3.3%。更高富氧因混合不足CE反而可降。增富氧增O₂扩散但减传热予煤颗粒燃烧气体体积。故风O₂含量对煤燃烧程度有非线性效应。

热风富氧产生腹部煤气流量减少和火焰温度升高。前者可抵消高喷吹率致负担阻力增(透气性降)和压降；后者补偿煤VM分解冷却效应。CO、H₂含量随富氧增，改善炉腹中心铁矿还原。顶煤气CV通常随富氧改善。

富氧下限一般由维持所需RAFT决定，煤VM增需更多O₂。火焰温度过高负担下降紊乱；过低阻碍煤燃烧矿石负担熔融。上限取决维持足够顶煤气温度。增O₂减高炉内气体质量流量，减上部负担干燥热流。顶煤气温度上限也受保护顶煤气设备制约。富氧其他限制含成本可得性。

喷吹枪位置设计影响CE和风口灰沉积。但氧煤枪喷吹(同环喷吹)可在煤颗粒周围产生绝缘效应，致风口内煤燃烧减少。此效应延续竖井，最终燃烧减少。降低此情况O₂喷吹枪速率改善CE。

热风温度与湿度

高喷吹率燃烧关键措施是高热风温度。富氧在控制高炉气流方面比控制煤燃烧更重要。通常高热风温度比富氧更具成本效益，因允许更低O₂消耗。增热风温度也降焦耗，典型PCI下每增40°C降焦耗10 kg/tHM，致竖井深度小幅增加。高VM煤需更高热风温度，因低VM煤焦炭反应性低。

降风湿可补偿PCI冷却效应。RAFT过高可增风湿。增热风湿意腹部煤气更多H₂利铁矿还原。高H₂高炉最佳RAFT可低于低H₂高炉。调整风速不只改善煤燃烧，也维持关键竖井区长度得良好炉底状况。

未燃焦炭

喷吹率增煤燃烧性趋降，未燃物料(焦炭、细粉、飞灰)离竖井。部分连同焦炭碎屑积聚竖井后部“鸟巢”，阻碍上升气流夹带固体。大部分扫向上可在粘结带下积聚降透气性降高炉产量。

下部炉区透气性变化进一步影响铁水质量渣粘度。未燃物料倾向积聚气流剧变位置。最终夹带入气流，穿过粘结带焦缝上炉腹，影响负担透气性，随顶煤气排出。高喷吹率增燃烧气体量、气流、改变下部热负荷、增渣生成。

未燃细物料沉积复杂现象：多生成机制、反应、多相流、积聚、再夹带。开发不同气流模型理解预测高炉内细物料行为。适当负担布料型式(如中心焦布料)和高强度焦可解决多气流问题。

操作经验显大部分未燃物料(焦炭)在炉内三机制消耗：(i)CO₂、H₂O气化，(ii)液态铁反应(渗碳)，(iii)与渣反应。有利未燃焦炭参与矿石还原反应，替代更多焦炭降顶煤气未燃固体量。三焦炭消耗机制述下。

焦炭CO₂、H₂O气化

焦炭与CO₂、H₂O气化反应始竖井，但细颗粒停留时间太短无显著反应，气化主发生炉腹。焦炭C与CO₂(溶损/布多反应)和H₂O反应比焦炭燃烧慢。煤焦炭与焦炭焦炭竞争CO₂、H₂O。煤焦炭反应性>焦炭焦炭，优先气化。故焦炭溶损反应降解随PCI率增而减。通常高VM煤焦炭CO₂反应性>低VM煤焦炭。但低VM煤焦炭反应性可混配HV煤改善。煤混配CO₂反应性非加性。

未燃焦炭C对CO₂、H₂O反应性不只取决表面积(粒度)，还取决结构组成和高炉操作条件。显示煤焦炭CO₂气化反应性随温升至1500°C增，特别1300–1500°C。完全焦炭气化通常需~1500°C 10秒接触时间。因高温下颗粒停留时间太短高炉，故焦炭气化主发生炉腹递降温度区。

焦炭性质随上移变化，故对CO₂、H₂O反应性变。反应气氛不均匀。例：CO、CO₂、H₂、H₂O浓度高炉不同位置不同。喷吹煤增腹部煤气H₂浓度。因H₂还原化学反应速率>CO，腹部煤气H₂升溶损反应程度减。上部高炉因铁矿还原有CO₂、H₂O。此条件下焦炭CO₂气化预期受化学反应速率控制。下部高炉焦炭气化部分扩散控制。故总体焦炭气化反应率可能受此区焦炭对CO₂化学反应性影响。焦炭对CO₂反应性受化学结构影响，无序结构反应性高。

焦炭灰分中某些矿物如Fe、碱可催化CO₂气化，SiO₂、Al₂O₃可减缓。催化效应低阶煤更显著。视组成灰分也可因焦炭颗粒渣形成比例增阻碍颗粒阻碍C转化。高炉下部循环气体冷凝碱可催化。气化失C增焦炭灰分。总体煤灰分(矿物)<喷吹煤，更可能高炉内消耗。

铁水渗碳

铁水渗碳始粘结带固相，继续经活性焦、死人、炉底区金属液滴下降。离竖井未燃焦炭细物料可接触炉腕炉底区滴落液态金属。C和Fe、Si、S等元素从焦炭溶入液铁影响铁水组成。C溶解促进液铁渗碳，控制焦炭被铁水消耗水平。CE低时关键。铁水近饱和达死人炉底区时未燃物料不可消耗，降这些区透气性。C源自未燃煤和焦炭。因煤焦炭C溶解速率慢于焦炭(大粒度)，焦炭C优先消耗。

未燃焦炭C溶入液态金属受炉操作条件和因素影响：

• 焦炭粒度：保持粉碎形态未燃焦炭与液态金属渣反应极少，因不能穿透液体。但若团聚成大颗粒或被大焦炭捕获，则表现如炉腕焦渗碳饱和。澳洲高炉风口探针样本显超细煤焦炭颗粒可与滴落液态金属反应，比超细焦炭颗粒更易溶解。实验虽显煤焦炭溶解速率(大粒度)慢于焦炭。
• 焦炭结构：C结构越有序溶解速率通常越高。
• 焦炭矿物质：SiO₂、Al₂O₃、MgO减缓C溶解动力学；CaF₂、Fe氧化物增速。CaO效应不明。Ca与金属中S反应生成CaS层抑制C传递。AFT也是限制C溶解控制机制。碳质材料表面灰层形成减少可用溶解表面积阻碍C溶解速率。低AFT易以液渣除灰，持续暴露新鲜C表面予液铁允许C质量传递。
• 液态铁组成：随时间变化。C溶解速率典型随液态铁C含量增而降。高S也阻碍C溶解。煤焦炭燃烧释放SOₓ可与下降金属渣反应。

未燃焦炭-渣相互作用

未燃焦炭、灰、细粉、焦炭可与滴落液渣相互作用。渣组成随下移变化，Fe氧化物浓度连续降低因还原。固体焦炭-液渣界面反应在焦炭消耗中起主要作用，因影响还原反应动力学和渣焦炭可用反应接触面积。

影响未燃焦炭-渣相互作用因素含渣组成、焦炭C含量、焦炭灰分含量组成及炉操作条件。焦炭被渣消耗基本通过：

• 焦炭C还原渣中Fe氧化物：润湿特性显著影响主导还原机制。渣润湿特性随渣组成温度时间碳质材料变化。润湿随时间变化因焦炭还原渣中Fe氧化物、焦炭灰分组分溶入渣致渣焦炭组成连续变化。升温通常改善渣/C界面润湿。还原速率通常随渣FeO(2–10%)增、反应温度升(1300–1600°C)增。通常煤焦炭在1400/1500°C FeO>10%渣润湿差。焦炭更快反应速率表明焦粉优先于煤焦炭消耗。
• 焦炭C还原渣中SiO₂：温度函数。<1500°C仅FeO还原。>1500°C SiO₂和FeO均还原增焦炭消耗。SiO₂经气态SiO被C还原为Si或SiC。焦炭灰中SiO₂自还原也可发生进一步消耗焦炭。SiO₂还原动力学受焦炭被渣润湿影响。润湿随渣SiO₂含量增、温度升(1500–1700°C)改善。焦炭灰高SiO₂和FeO促进渣/C相互作用改善这些氧化物还原消耗。
• 渣焦炭组分相互作用：导致焦炭灰分组分如S同化。此外焦炭C还原渣中MgO可进一步消耗。焦炭灰中氧化物自还原也贡献焦炭消耗。

渣粘度也有作用。未燃焦炭在渣中增粘度干扰出渣；焦炭吸收通常增炉腕渣流动性。渣流动性变化影响流动区粘结带位置形状。风口周围高粘度渣致严重气流问题。渣粘度是渣组成温度O₂分压复杂函数。未燃焦炭、焦炭、煤未燃灰均与渣相互作用，贡献氧化物入渣。总体高SiO₂或Al₂O₃(酸性组分)增渣粘度；高碱度(高CaO或MgO)因硅酸盐网络去聚合降粘度。固定碱度下渣粘度随FeO(0–20%)增而降。碱度通常定CaO/SiO₂比。因渣炉腕区不完全吸收焦炭灰，炉腕渣碱度通常>出铁渣。加熔剂可帮助解决渣形成问题。