作为一项全新的高炉技术，序列脉冲喷吹工艺（SIP）于2020年底首次在德国蒂森克虏伯集团杜伊斯堡厂4400m³的施韦尔格恩 1号高炉上全面运行。在最近的高炉生产中，SIP技术已被证实对高炉运行具有显著的益处。

SIP 的作用原理

SIP是一种氧气脉冲技术，用于防止高炉下部区域出现低透气性问题。它通过定期脉冲将少量高能氧气注入高炉深处每个风口的回旋区。氧气的目标是沉积在回旋区和“死料柱”之间过渡区空隙内的碳粉材料，死料柱是存在于高炉炉缸中的静止焦炭床。如果未充分清除沉积物，则沉积物会积聚并降低该区域的透气性。

SIP的核心是提高回旋区特性，使氧气能够到达高炉中通常无法找到的区域。在正常情况下，氧气分布通常不会扩展到回旋区内太远。氧气在离开风口时迅速消耗，通过常规方式作为热风的一部分供应，无论是否富氧。但采用SIP，一定量的氧气可用于与回旋区后部的碳粉反应，并进入回旋区外部的过渡区。

通过有效的氧化机制去除碳沉积物，可提高透气性。气流和液体流不再受阻，可以更自由地移动并到达高炉中心，有助于实现工艺效益。

在施韦尔格恩1号高炉，SIP技术已经证实对高炉性能产生了积极影响，可在稳定运行的情况下实现更高的喷煤比，经济效益显著，同时降低总还原剂比（RAR）的要求。

这项开创性的新技术由蒂森克虏伯欧洲钢铁公司和蒂森克虏伯AT.PRO t ec 公司合作开发。通过与普锐特冶金技术签订新的独家合作协议，现在可供全球高炉钢厂参观。

SIP 装置

SIP装置使用的氧气可使用先前用于热风炉富氧或氧煤喷吹的氧气。从这些路线有效地重新利用氧气，使用的总流量与高炉富氧运行所需的总流量水平一致。

通过与现场高压管网的连接供应氧气，并输送至SIP装置。相应的压力控制站、缓冲罐和高炉周围的氧气环形主管服务于专门的SIP箱中的关键装置。高炉每个风口使用一个SIP箱，它们位于风口平台正上方。这些箱子通过每个风口吹管最终将氧气输送至插入的SIP喷枪。SIP技术要求使用高压氧气（通常>20bar）。

每个SIP箱的主要功能是在通向每个喷枪的供应管中提供产生冲击波的方法。高压供应是产生这种现象所必需的。冲击波之后，立即形成以超音速行进的自由射流，这是进入高炉回旋区的高能氧气脉冲的来源。SIP箱内的专利设备负责通过快速但受控的方式释放一定体积的高压氧气来诱导冲击波。每个脉冲仅持续很短的期限（通常为0.5s），但通过专用控制系统将其频率设置为规则间隔。

除了高能氧气的周期性脉冲外，每个喷枪还接收少量所谓“基本负荷”的连续氧气流。SIP脉冲实际上叠加在基本负荷之上，其设计用于确保脉冲之间的喷枪充分冷却。氮气也可通过SIP箱供应用于此目的，当喷枪插入高炉时，如果氧气不可用，系统自动切换至氮气冷却。施韦尔格恩1号高炉上安装的SIP装置具有向高炉供应总计高达25000Nm³/h的氧气能力。

效果和未来

使用SIP后，可实现更高喷煤比，同时提高运行效率，使总燃料比和CO₂排放量显著降低成为可能。这在一定程度上归因于还原气体在整个炉子横截面上的分布改善，因为它离开回旋区上升，下降的炉料与气体接触并更有效地相互作用。这一点已通过在炉料内探头取样的气体分布性质变化以及改善的工艺总煤气利用率得到证实。

此外，使用SIP时，高炉高热负荷区的炉壁温变化和能量损失下降。这是在操作员未干预来调整其他操作参数条件下实现的。通常，使用SIP时，高炉运行的稳定性更高。在原材料质量非常差的运行期间，这一点尤为明显。在过去，这种炉料的使用导致大型施韦尔格恩1号高炉经常遇到工艺问题和不稳定。而现在采用SIP运行后，结果完全不同。

通过解决低透气性问题和改善回旋区特性，SIP 提高了煤气利用率并降低了总燃料比，从而使高炉炼铁朝碳中和方向更近了一步。这为高炉在新的设定点上运行打开了可能性。改进的透气性使高炉的气体接受量增加，这可以提高风量并增大生产潜力。可进行积极的经济调整，比如将昂贵的冶金焦炭更多置换为更便宜的喷煤，同时CO₂排放更低。