周林¹，羅川²， 張炯¹

( 1 山鋼股份萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪271104；2萊鋼集團銀山型鋼有限公司煉鐵廠，山東萊蕪271104)

摘要：蘭炭末作為一種潔凈燃料，質優價廉。通過燒結杯試驗對蘭炭末用于燒結生產進行試驗研究，重點探索蘭炭末在燒結工序配加的工藝控制。試驗結果表明:在適當的配加比例下, 蘭炭末用于燒結不會對生產造成很大影響，通過適當調整燒結燃料比，蘭炭末使用量可以逐步提高。

關鍵詞：燒結試驗；蘭炭末； 替代比例；噸礦成本

1 前言

近年來，隨著鋼鐵去產能政策的逐步實施，鋼鐵產業利潤空間有所好轉，但鐵礦石及燃料價格的不斷上漲及環保成本的增加，又使利潤空間進一步壓縮。燃料成本占煉鐵成本1/3左右，因此，降低煉鐵燃料成本對于提高鋼鐵企業利潤有著較大的實際意義。蘭炭是煤轉換的產品，煤在干傯過程中，大部分揮發分(主要包含有NO_x和SO_x)硫、磷等雜原子和水分釋放出來。蘭炭作為一種環保燃料，反應性能、氣化性能、燃燒性能均好于焦粉和無煙煤^[1]；固定碳含量不及焦粉，與無煙煤差別不大。但蘭炭末相較于焦粉及無煙煤價格低廉，如果能將其應用于鐵礦燒結代替無煙煤或焦粉，則可在一定程度上降低煉鐵成本，此外還對節約能源、降低有害物質排放量和保護環境十分重要。探索蘭炭在鋼鐵行業鐵前工序配加的工藝控制，對降低鋼鐵企業煉鐵生產成本有著重要意義。

2 試驗原燃料性能分析

本試驗采用的含鐵混勻料、返礦、石灰石、白云石、生石灰、焦粉、無煙煤等均取自萊鋼煉鐵廠燒結配料室，蘭炭末從神木蘭炭末廠購買。各類原燃料成分見表1。從表1可以看出，蘭炭末的N含量低于焦粉和無煙煤，比無煙煤低38% ，是一種潔凈燃料。已有研究表明燒結煙氣的氮氧化物95% 為燃料型NO_x，90 % 來源于燒結燃料燃燒產生^[2]。所以控制燒結所用燃料的N含量可以有效減少NO_x排放量。使用N含量低的蘭炭末替代無煙煤或焦粉對于目前尚未增加脫硝工序的燒結煙氣排放達標要求不失為一種有效方法。

從表1 還可以看出蘭炭末的水分比焦粉高出3.5%，灰分、固定碳均低于焦粉，揮發分比焦粉高出了近6 % ，高出無煙煤約2 % 。相比無煙煤及焦粉，蘭炭末的灰分和固定炭含量符合燒結燃料的指標要求，而水分和揮發分偏高。

燒結過程中，影響燃燒速度的因素很多，如燃料的粒度、燃料的反應性以及燃燒條件。其中，過粗或者過細的粒度都不利于燒結的正常運行，過粗會導致燃燒帶過寬;過細會導致透氣性差，從而影響燒結礦的質量。為了能夠完全利用燃料燃燒所放出來的熱量，提高燃料的燃燒率，則需選擇合適的燃料粒度，焦粉、無煙煤和蘭炭末的粒度篩分結果見表2。

一般認為< 3 mm粒度級占70 % 為宜。試驗用蘭炭末< 3 mm粒度級與要求的粒度比較接近。與焦粉及無煙煤相比，粒度略粗，但由于蘭炭末反應性強，燃燒速度快，細粒度過多會導致燃燒速度更快，所以蘭炭末不需破碎就可以用于燒結。

3 燒結試驗及結果分析

3 .1 試驗方案設計

本方案共進行4 系列試驗。第1 系列主體驗證相同燃料比條件下，蘭炭末替代焦粉不同比例對燒結生產的影響，替代比例選取30%、40 % 、50 % ；第4 系列進行蘭燒結生產的影響，替代比例選取20 %、30 % 、40 % 、50 %；第2 系列，進行全蘭炭末燒結試驗，驗證不同燃料比下燒結性能影響，直至達到基準試驗效果；第3 系列，根據全蘭炭末燒結的結果，驗證提高燃燒比后，蘭炭末替代焦粉比例變化對燒結生產的影炭末替代無煙煤比例變化對燒結生產的影響，替代比例選取30%、40 % 、50 % 。

通過燒結杯試驗，對蘭炭末用于鐵礦燒結生產進行試驗研究，對主要燒結參數及燒結礦性能匯總，試驗結果列于表3。

3 .2 試驗結果分析

3 . 2 . 1 蘭灰末替代焦粉對燒結生產的影響

第1系列試驗為蘭炭末替代焦粉后，對燒結礦生產產質量的影響情況，其結果見圖1。

由圖la 可以看出，隨著蘭炭末替代比例的增加，垂直燒結速度及利用系數呈總體上升趨勢。當蘭炭末替代比例達50 % 時，垂直燒結速度由基準的18.6 mm/min提局至20.51 mm/min，增幅為 10.2%。而燒結礦的產量很大程度上決定于垂直燒結速度當蘭炭末替代比例為5 0 % 時，利用系數由1.23 M(m²·h)提高至1.33 t/(m²·h) ，增幅為8.1%。該系列數據說明燒結配加蘭炭末替代焦粉，有利于提高燒結產量。

隨著蘭炭末替代焦粉比例的增加，燒結礦轉鼓強度呈現下降趨勢，由基準的62.53%下降至替代比例5 0 % 時的60.81%，見圖lb。成品率則是先上升隨后下降，先由基準的82.37%提升至替代焦粉比例2 0 % 的82.77%，然后下降至替代比例50 % 的80.69%。主要原因可能是:1)蘭炭末固定炭含量較焦粉低7 %，隨著蘭炭末的增加，燒結熱量逐漸下降，燒結過程中生成的液相量降低；2)隨著蘭炭末的增加，燃料燃燒速度加快，進一步造成燃料燃燒速度與傳熱速度不匹配，自動蓄熱作用減弱。不過當蘭炭末替代焦粉為20 % 時，轉鼓強度只是略低于基準0.6%，成品率上升0.4%，不會引起燒結生產的大幅波動。

3 . 2 . 2 全蘭炭末燒結對燒結生產的影響

通過第1系列試驗結果可以知道，蘭炭末與焦粉相比熱量較低，若想提高蘭炭末的使用量，可以通過提高燒結燃料比來增加燒結料層的熱量，達到滿足燒結生產的目的。第2 系列試驗逐步提高燒結燃料比來了解全蘭炭末用于燒結對燒結生產的影響，其結果見圖2。

從圖2a可看出，相同燃料比下,全蘭炭末燒結可以大幅提高垂直燒結速度。當燃料比為4.71%時達到最高值24.24 mm/min，相比基準的18.60 mm/min增幅為30.3%；隨著燃料比的繼續提高至4.86%，垂直燒結速度下降至22.86 mm/min。影響垂直燒結速度的主要因素為料層中燃料的燃燒速度與傳熱速度。其中，燃燒速度主要取決于燃料自身的燃燒性，蘭炭末相比焦粉反應性強，燃燒速度快，所以隨著蘭炭末配加量的增加，垂直燒結速度加快，當燃料比為4.71%時達到最大;進一步增加燃料比至4.86%時，垂直燒結速度下降，是因燃料增加，料層液相量增多，料層透氣性魏傳熱速度減緩。從圖2b可以看出，在相同燃料比情況下，以蘭炭末為燃料燒結礦的轉鼓強度及成品率均有一定下降。隨著燃料比提高至4.71%,燒結礦成品率上升至與基準焦粉同一水平，轉鼓強度變化不大；進一步將燃料比提高至4.86%,燒結礦轉鼓強度超過4.61%焦粉的水平。

通過試驗可以推斷，若以1 0 0 % 蘭炭末作為燃料用于燒結生產，需提高燃料配比才能達到生產要求。但是蘭炭末反應性強，燃燒速度較快，導致其X才燃料粒度、水分和負壓等燒結參數較為敏感，生產配用時需審慎、及時地調節工藝參數，確保生產過程和燒結礦質量穩定。

3 . 2 . 3 相同燃料結構燃料比變化對燒結的影響

從2 系列試驗結果分析,使用當前的蘭炭末燒結需提高蘭炭末的配加量才能保證燒結礦的質量。燃料比變化對燒結過程的影響見圖3。

從圖3a可以看出，隨著蘭炭末配加量的增加，燒結混合料燃料比增加后，垂直燒結速度明顯増快，由基準的18.6 mm/min增至燃料比為4 . 7 8 %蘭炭末比例為5 0 % 的21.05 mm/min，增幅為13.2%。當燃料結構相同時，燃料比的提高有助于料層溫度的提升，生成液相量增多，燒結礦產質量均有所提高，燒結利用系數提升明顯，由基準的1.23 1/(m² •h)增加至燃料比為4 . 7 8 %蘭炭末比例為50 %的 1.38 t/(m²·h)，增幅為 12.2%。從圖3b可以看出，隨著燒結混合料燃料比的增加，燒結礦轉鼓強度呈現上升趨勢，相比基準都有不同程度的提高；燒結成品率先降后升，當燃料比達到4.78%時，超過基準。燃料比的提高有助于料層溫度的提升，生成液相量增多，燒結礦質量有了保證。說明用蘭炭末替代焦炭作燒結燃料生產燒結礦，采用適當增加燃料配比等技術措施后，燒結礦的生產指標和冶金性能均能夠達到用焦粉生產燒結礦時的水平。

3 . 2 . 4 蘭炭末替代無煙煤對燒結生產的影響

萊鋼燒結生產主要使用焦粉，不足部分由無煙煤補充，為了充分了解蘭炭末用于鐵礦燒結的效果，進行了蘭炭末替代無煙煤的試驗，其結果見圖4。蘭炭末替代部分無煙煤結果與替代焦粉類似，垂直燒結速度及利用系數，隨替代比例的提高基本呈上升趨勢。燒結礦轉鼓強度及成品率先增加，在替代比例為30 % 達到最高，隨后逐步下降。蘭炭末替代無煙煤比例達40 % ，燒結礦的轉鼓強度相對基準試驗有所下降;當蘭炭末比例達到50% 時，各項指標都有惡化，需要繼續提高燃料比才能保證燒結礦質量。

3 .3 經濟效益分析

由于蘭炭末用于燒結在燃料比不提高的情況下最多能替代焦粉20 % 或者30 % 的無煙煤,故當蘭炭末與無煙煤有差價就會產生效益，按每噸差價200元/t計算，當用蘭炭末替代30 % 的無煙煤用于燒結生產，可以降低燒結礦成本約3.1元/t。燒結生產配加蘭炭末可以提高垂直燒結速度，提高燒結機利用系數，提高燒結礦產量，降低燒結礦生產固定成本，以目前燒結礦生產固定成本40元/t礦計算，當蘭炭末替代無煙煤比例為30 % 時，利用系數由0.97 t/(m²·h)提高至1.02 t/(m²·h) ，可以降低噸礦成本1.9元/t。蘭炭末氮含量比無煙煤低35 % ，根據《環境統計手冊》燃料燃燒產生的氮氧化物量計算公式計算，當使用3 0 % 的蘭炭末替代無煙煤用于燒結時可以降低燒結煙氣中氮氧化物30 mg/m³左右；按最新環保稅征收標準每氮氧化物當量6 元計算，可以減少環保稅繳納折合燒結礦成本0.68元/t。

4 結語

通過對蘭炭末和原燃料的物理化學性能進行試驗，當燒結混合料配比固定不變，燃料的配加種類以及配比變化時進行高堿度燒結礦的燒結杯燒結試驗，對所得燒結礦的粒度組成、轉鼓強度的檢測和評價，得出如下結論：

1) 在燒結過程中利用蘭炭末替代焦炭或無煙煤作為燒結燃料是可行的，而且有利于垂直燒結速度的提高,提升燒結生產效率。

2) 在相同燃料比4.61%條件下，蘭炭末替代焦粉比例20 %，各項指標滿足燒結生產要求。如維系燒結礦質量不降低，當將燃料比由基準4.61%提高至4.7 1 %時，蘭炭末替代焦粉比例可達4 0 %；燃料比繼續提高至4.7 8 %時，蘭炭末替代焦粉比例可達50 % 。

3 ) 蘭炭末反應性強，燃燒速度快，對燒結生產控制因素比較敏感，生產配用時需審慎、及時地調節工藝參數，確保生產過程和燒結礦質量穩定。若以100 % 蘭炭末作為燒結燃料，需將燃料比由基準4.61%提高至4.86%方能滿足燒結礦質量要求。

4 ) 蘭炭末替代無煙煤最大可達3 0 %，增加燃料比可以提高蘭炭末取代無煙煤的比例。

參考文獻：

[1 ] 候吉禮，尚文智,劉軍利，等.蘭炭(半焦)替代原煤清潔燃燒的排放對比研究[J ].煤炭技術,2016,35 ( 8): 293-295.

[ 2 ] 朱延鈺，劉青，李玉然，等.鋼鐵燒結煙氣多污染物的排放特征及控制技術[J].科技導報，2014(33) :53-58.