付林林 孫濤 方俊杰 徐楊斌 付俊生 翟文利

(安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司)

燒結(jié)過程用蘭炭作為燃料替代焦粉的生產(chǎn)試驗(yàn)*

付林林 孫濤 方俊杰 徐楊斌 付俊生 翟文利

(安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司)

為降低燒結(jié)礦成本，永通公司燒結(jié)車間進(jìn)行了用蘭炭做為燃料替代部分焦粉的生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，蘭炭替代30%的焦粉時對燒結(jié)過程的影響不大，通過采取控制燃料粒度、提高料層厚度、提高點(diǎn)火溫度、蘭炭焦粉分別配加等措施，完全能滿足煉鐵對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的要求，達(dá)到降本增效的目的。

蘭炭 焦粉 燒結(jié)成本 生產(chǎn)試驗(yàn)

0 前言

受全球經(jīng)濟(jì)不景氣和國家宏觀調(diào)控的影響，從2011年第四季度開始，我國鋼鐵業(yè)由微利轉(zhuǎn)為虧損。鋼鐵企業(yè)紛紛把降低原燃料成本，作為降本增效的重要手段。燒結(jié)礦成本的高低直接決定了生鐵的成本高低，燒結(jié)過程中的固體燃料成本對燒結(jié)礦的成本有著很大的影響，用低價燃料替代部分價格昂貴的焦粉是降低燒結(jié)成本的有效措施之一。無煙煤價格較低，但是無煙煤資源緊缺，且質(zhì)量波動非常大，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行，不適宜作替代燃料。蘭炭作為近年來發(fā)展起來的一種新型優(yōu)質(zhì)固體燃料，質(zhì)量和性能均優(yōu)于無煙煤，每噸蘭炭價格要比焦炭低230元左右。若能用蘭炭作為燒結(jié)生產(chǎn)替代燃料，對降低燒結(jié)礦成本，幫助企業(yè)渡過當(dāng)前經(jīng)濟(jì)危機(jī)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 燒結(jié)過程所用固體燃料質(zhì)量要求

1)燒結(jié)過程中，固體燃料的燃燒反應(yīng)為液相生成和其他反應(yīng)的進(jìn)行提供了必要的熱量和氣氛條件，燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量占燒結(jié)過程所需全部熱量的90%以上［1］。燒結(jié)過程中燃料的配加量、燃料的粒度組成、燃料的燃燒性質(zhì)直接影響燒結(jié)過程中的溫度和熱量變化，進(jìn)而影響到燒結(jié)料層的溫度分布、熱量分布、燃燒帶厚度、料層透氣性、燒結(jié)氣氛、粘結(jié)相數(shù)量和質(zhì)量等，并直接影響燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量。因此燒結(jié)生產(chǎn)對燃料質(zhì)量有著很高的要求:固定碳含量高，灰分揮發(fā)分含量低，粒度分布合理，可燃性好。

燒結(jié)過程對燃料的粒度有著更嚴(yán)格的要求。燃料的粒度不能過粗，也不能過細(xì)，過粗時會造成燃燒帶過寬，增大氣流阻力，導(dǎo)致負(fù)壓升高產(chǎn)量下降;過細(xì)時會導(dǎo)致燃燒速度過快，燃燒帶的高溫保持時間短，降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度和成品率。最適宜的燃料粒度為0.5 mm～3 mm，生產(chǎn)中一般要求0～3 mm的燃料要達(dá)到85%以上。燃料粒度過小(＜0.5 mm)或過大(＞3 mm)在生產(chǎn)過程中容易造成遷移和偏析。燃料遷移的機(jī)理是粒度＜0.5 mm的細(xì)顆粒燃料在干燥預(yù)熱帶由于水分被急劇蒸發(fā)，水的粘結(jié)力喪失，上部料層的壓力使得部分混合料顆粒粉化，其上粘附的細(xì)小燃料受到燒結(jié)氣流的沖刷和重力作用隨氣流運(yùn)動，并粘附到更下層的過濕帶顆粒表面和空隙中，使料層下部燃料增高［2］。當(dāng)燃料粒度＞3 mm，布料時易造成偏析，使料層下部燃料粒度變粗。燃料的遷移和偏析在生產(chǎn)過程中是普遍存在的現(xiàn)象，但是燃料粒度分布不合理會加劇遷移和偏析的程度。燃料的遷移和偏析造成粒度分布不合理的燃料集中在料層的下部，再加上燒結(jié)料層下部的自動蓄熱作用，使燒結(jié)料層的溫度差異更大，以至造成上層燒結(jié)礦的強(qiáng)度差，下層存在過熔現(xiàn)象，F(xiàn)eO含量偏高。

2)燒結(jié)過程常用的固體燃料主要有焦粉和無煙煤兩種。永通公司燒結(jié)車間所用固體燃料主要是高爐槽下篩分下來的粒度＜8 mm的焦粉和部分外購焦粉，近期還配加了少量蘭炭，蘭炭作為一種燒結(jié)用新型固體燃料，又被稱為“焦粉、半焦”，是利用神府煤田盛產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)侏羅精煤干餾提取煤氣后的產(chǎn)物，具有三高四低的特點(diǎn):固定炭高、化學(xué)活性高、比電阻高、灰分低、鋁低、硫低、磷低，每噸蘭炭價格要比焦炭低230元左右?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，在燒結(jié)燃料中配加蘭炭以替代價格昂貴的焦粉，對降低燒結(jié)礦成本實(shí)現(xiàn)低成本煉鐵是非常有幫助的。蘭炭與焦粉相比，其干餾不充分，孔隙度比焦粉小，因此蘭炭的強(qiáng)度、燃燒性能均沒有焦粉好，蘭炭的固定碳含量較低，揮發(fā)分含量高。蘭炭和焦粉主要指標(biāo)對比如表1所示。

表1 焦粉與蘭炭主要成分對比

2 生產(chǎn)試驗(yàn)方案

為了全面了解用蘭炭替代部分焦粉后對燒結(jié)生產(chǎn)過程的影響，在燒結(jié)車間2×40 m2燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)所用蘭炭質(zhì)量要求見表2。進(jìn)廠蘭炭成分見表3。

表2 試驗(yàn)所用蘭炭質(zhì)量要求 %

表3 進(jìn)廠蘭炭成分 %

由表2、表3可以看出，進(jìn)廠蘭炭基本滿足了生產(chǎn)試驗(yàn)的要求，生產(chǎn)試驗(yàn)期間焦粉成分穩(wěn)定。

生產(chǎn)試驗(yàn)分三個階段進(jìn)行，蘭炭配加量分別為:第一階段25%，第二階段33%，第三階段50%，每個階段試驗(yàn)三天。為了把不確定因素降低到最低限度，在試驗(yàn)過程中預(yù)配料的配比保持不變，燒結(jié)礦堿度確定為2.25 ±0.12，料層厚度 500 mm，見表4。

表4 預(yù)配料配比 %

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

用蘭炭替代部分焦粉后，給燃料帶來了以下三個主要變化:第一燃料中的固定碳含量降低，揮發(fā)分含量升高，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量減少;第二與焦粉相比蘭炭機(jī)械強(qiáng)度差，配加蘭炭后的燃料經(jīng)過棒磨機(jī)破碎后粒度分布不合理，總的趨勢是燃料粒度偏細(xì)，具體表現(xiàn)為蘭炭破碎過度而焦粉破碎不充分，導(dǎo)致過粉碎(＜0.5 mm)的細(xì)顆粒燃料所占比例增加(超過上限25%)，＞3 mm破碎不充分的燃料主要是焦粉，配加蘭炭后由于粒度分布不合理，在生產(chǎn)過程加劇了燃料的遷移和燃料的偏析，對生產(chǎn)造成了極為不利的影響;第三配加蘭炭后燃料的反應(yīng)性和可燃性下降。

通過三個階段的生產(chǎn)試驗(yàn)，對蘭炭作為燒結(jié)燃料替代部分焦粉對生產(chǎn)過程的影響有了進(jìn)一步的認(rèn)識，試驗(yàn)各階段主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 試驗(yàn)各階段燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.1 配加蘭炭后固體燃料的燃燒性能變化

蘭炭與焦粉相比其干餾不充分，孔隙度比焦粉小，因此其燃燒性能沒有焦粉好。但是配加蘭炭后燒結(jié)機(jī)機(jī)速和負(fù)壓并沒有出現(xiàn)明顯變化，說明蘭炭的實(shí)際燃燒性能還是比較好的，甚至還優(yōu)與焦粉(燃燒帶紅層變薄)。這主要是蘭炭強(qiáng)度差，配加蘭炭后燃料在破碎過程中存在過粉碎現(xiàn)象，過粉碎(＜0.5 mm)的細(xì)顆粒燃料燃燒速度快造成的。

3.2 配加蘭炭對燃耗的影響

從燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)中可以看出，隨著蘭炭的配加量增加燃耗呈逐漸上升的趨勢。在試驗(yàn)進(jìn)行的三個階段中，每個階段燃耗上升約2%。主要是配加蘭炭后燃料的整體固定碳含量降低造成的，為了保證燃燒帶的高溫區(qū)有足夠高的溫度，必須通過增加燃料的用量來彌補(bǔ)替代燃料的發(fā)熱量不足。

3.3 配加蘭炭后機(jī)尾斷面的變化

從燒結(jié)機(jī)機(jī)尾斷面觀察發(fā)現(xiàn)與配加蘭炭前相比，機(jī)尾斷面不整齊，紅層顏色發(fā)暗、較薄且分布不均;料層上部液相生成不足結(jié)塊差，下部結(jié)塊較好，料層中氣孔較大，存在局部過熔現(xiàn)象。造成這些現(xiàn)象的原因主要有以下三個方面:一是蘭炭發(fā)熱量低，配加蘭炭后燃燒帶高溫區(qū)溫度水平降低，液相生成不足，導(dǎo)致紅層發(fā)暗;二是燃料粒度偏細(xì)，造成燃燒速度過快，燃料燃燒速度與傳熱速度不同步，燃燒帶的高溫保持時間短，不利于粘結(jié)相的發(fā)展和礦物結(jié)晶，降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度和成品率;三是由于燃料粒度分布不合理，加劇了燃料遷移和燃料偏析，造成料層上部燃料更少下部燃料更多的現(xiàn)象，與理想的燃料分布狀態(tài)恰好相反，導(dǎo)致上部料層熱量不足液相生成少結(jié)塊差，下部料層在自動蓄熱和燃料過大的雙重作用下，存在局部過熔現(xiàn)象。也是由于上述原因，生產(chǎn)試驗(yàn)以來粘篦條現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

3.4 配加蘭炭對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和粒度組成的影響

從燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)中可以看出，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)在試驗(yàn)過程中均有所下降，特別是當(dāng)蘭炭配加量達(dá)到50%時，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)以達(dá)不到公司對燒結(jié)礦質(zhì)量考核的最低限度(＞75%)。篩分指數(shù)和5 mm～10 mm粒級的燒結(jié)礦有所增加，燒結(jié)礦整體偏碎強(qiáng)度下降。

3.5 配加蘭炭對燒結(jié)礦產(chǎn)量的影響

從燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)中可以看出，隨著蘭炭配加量增加，燒結(jié)礦產(chǎn)量呈逐漸下降的趨勢，從試驗(yàn)結(jié)果來看試驗(yàn)第一第二階段產(chǎn)量與未配加蘭炭相比下降不明顯，說明通過提高燃料用量可以彌補(bǔ)蘭炭造成的燃燒帶溫度降低。當(dāng)蘭炭配加量達(dá)到50%以后，產(chǎn)量下降明顯，日產(chǎn)量下降約200 t，不能滿足煉鐵車間對燒結(jié)礦產(chǎn)量的需求。

4 生產(chǎn)工藝優(yōu)化措施

隨著燃料中蘭炭的配加量提高，燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量均有所下降，特別是當(dāng)蘭炭的配加量增加到50%以后，產(chǎn)質(zhì)量下降非常明顯。為了改善燒結(jié)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，針對配加蘭炭后生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問題，采

取了以下四項(xiàng)技術(shù)措施。

4.1 嚴(yán)格控制燃料的粒度

配加蘭炭后燃料粒度分布不合理是此次生產(chǎn)試驗(yàn)中存在的最主要問題，主要是蘭炭過粉碎而焦粉破碎不充分，針對這一問題首先嚴(yán)格控制焦粉水分含量(控制在10%以下)，使焦粉更易于破碎;其次通過調(diào)節(jié)棒磨機(jī)的進(jìn)煤量適當(dāng)放寬燃料粒度上限，緩解燃料破碎中蘭炭的過粉碎現(xiàn)象。

4.2 提高點(diǎn)火溫度

為了使料層表面獲得足夠的熱量，保證燒結(jié)礦的強(qiáng)度，在試驗(yàn)過程中通過增加點(diǎn)火煤氣用量、保持合適的空燃比、提高助燃風(fēng)溫度等措施來提高點(diǎn)火溫度，將點(diǎn)火溫度1050℃以上，彌補(bǔ)由于蘭炭熱值低、燃燒速度快所造成的料層表面熱量不足的問題，提高表層燒結(jié)礦強(qiáng)度。

4.3 適當(dāng)提高料層厚度

適當(dāng)提高料層厚度，充分利用厚料層的自動蓄熱作用，彌補(bǔ)配加蘭炭發(fā)熱量不足的問題。料層提高后，表層未燒好及強(qiáng)度差的燒結(jié)礦相對減少，上部供熱充足和料層高溫保持時間延長，促進(jìn)液相生成和礦物結(jié)晶充分，有利于燒結(jié)礦強(qiáng)度的改善，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率。試驗(yàn)表明料層提高后，燒結(jié)礦質(zhì)量明顯改善，但是受制于燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能問題，料層厚度不能過厚，綜合考慮各方面因素，控制在550 mm為宜。

4.4 蘭炭和焦粉分別加在外配和內(nèi)配

為加快燃料的燃燒速度，燒結(jié)生產(chǎn)工藝中將混合料中所需要的燃料分兩次配如，80%左右的燃料配入一混前的混合料中，余下的部分則在二混造球后加入，使燃料裹在球的表面，以改善固體燃料的燃燒動力學(xué)條件，加快燃燒速度。在生產(chǎn)過程中，把蘭炭和焦粉分別加在外配和內(nèi)配，彌補(bǔ)蘭炭燃燒性能不及焦炭的缺點(diǎn)，同時解決了由于兩種燃料強(qiáng)度不同，混合在一起破碎時造成的粒度不均勻問題。

5 經(jīng)濟(jì)效益評價

通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，燒結(jié)礦的質(zhì)量得到了顯著提高。優(yōu)化生產(chǎn)工藝后燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表6。

表6 優(yōu)化生產(chǎn)工藝后燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表6可以看出，當(dāng)蘭炭配加量達(dá)到50%時，燒結(jié)礦的質(zhì)量仍能滿足煉鐵生產(chǎn)對燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)的要求，但是燒結(jié)礦產(chǎn)量下降明顯，永通公司燒結(jié)礦產(chǎn)能不足，燒結(jié)礦日產(chǎn)量 必須達(dá)到4000 t以上才能滿足煉鐵生產(chǎn)需要，制約了蘭炭配加量，綜合各方面因素，蘭炭配加量在30%時是比較適宜的。當(dāng)前焦粉與蘭炭存在約230元的價差，用蘭炭替代30%焦粉后固體燃料成本降低約2.16元/t，配加蘭炭后燒結(jié)礦產(chǎn)量下降造成加工費(fèi)用上升約0.8元/t，因此燒結(jié)礦綜合成本下降約1.36元/t。通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，配加30%的蘭炭造成的燒結(jié)礦的質(zhì)量指標(biāo)下降非常有限，生產(chǎn)試驗(yàn)期間高爐穩(wěn)定順行，高爐綜合焦比穩(wěn)定在 498kg/t，利用系數(shù)穩(wěn)定在3.32 t/(m3·d)，與使用蘭炭前相比區(qū)別不大。經(jīng)過測算燒結(jié)礦成本降低1.36元/t。

6 結(jié)論

1)配加蘭炭后的燃料存在的主要問題是粒度分布不合理，加劇生產(chǎn)過程中燃料遷移和偏析，造成蘭炭與焦粉燃燒過程不同步，再加上料層的自動蓄熱作用，使料層上部與底部的溫度差異更大，造成料層上部燒結(jié)礦的強(qiáng)度差，下層過熔FeO含量偏高燒結(jié)礦還原性差現(xiàn)象。

2)三個階段的試驗(yàn)表明，在永通公司現(xiàn)有工藝和原料條件下，隨著蘭炭配比量的增加，燒結(jié)礦產(chǎn)量、燃耗、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、篩分指數(shù)及粒度組成指標(biāo)均會受到不同程度的影響。通過采取控制燃料粒度、提高料層厚度、提高點(diǎn)火溫度、蘭炭焦粉分加等措施，這些指標(biāo)均得到改善。當(dāng)蘭炭的配加量控制在30%以下時，完全能滿足煉鐵對燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的要求。

3)用蘭炭替代30%的焦粉，可使燒結(jié)礦成本下降1.36 元/t。

4)蘭炭的揮發(fā)分含量較高，其對料層的透氣性未造成大的影響，對除塵、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子等設(shè)備的影響還需在今后的生產(chǎn)過程中觀察。

［1］王振龍.燒結(jié)原理與工藝［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，2003:32.

［2］馮根生，吳勝利，趙佐軍.改善厚料層燒結(jié)熱態(tài)透氣性的研究［J］.燒結(jié)球團(tuán)，2011，36(1):4 －5.

PRODUCTION TEST OF BLUE CARBOON AS FUEL INSTEAD OF PULVERIZED COKE IN SINTERING PROCESS

Fu Linlin Sun Tao Fang Junjie Xu Yangbin Fu Junsheng Zhai Wenli
(Yongtong Casting Pipe Company，Anyang Iron and Steel Group)

The production test in which blue carbon is used as fuel instead of part of pulverized coke has been done to reduce sintering cost.The result shows 30%blue carbon mixture has no obvious influence to the sintering process.Sinter quality can meet ironmaking requirement through controlling fuel granularity，raising material layer thickness and ignition temperature，blending blue carbon and pulverized coke respectively，which achieve cost reduction and efficiency increasing.

blue carbon pulverized coke sintering cost production test

*聯(lián)系人:孫濤，副經(jīng)理，高級工程師，河南.安陽(455113)，安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司;

2012—3—21