周林¹，羅川²， 張炯¹

( 1 山鋼股份萊蕪分公司技術(shù)中心，山東萊蕪271104；2萊鋼集團(tuán)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(zhì)優(yōu)價(jià)廉。通過燒結(jié)杯試驗(yàn)對蘭炭末用于燒結(jié)生產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，重點(diǎn)探索蘭炭末在燒結(jié)工序配加的工藝控制。試驗(yàn)結(jié)果表明:在適當(dāng)?shù)呐浼颖壤? 蘭炭末用于燒結(jié)不會(huì)對生產(chǎn)造成很大影響，通過適當(dāng)調(diào)整燒結(jié)燃料比，蘭炭末使用量可以逐步提高。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)試驗(yàn)；蘭炭末； 替代比例；噸礦成本

1 前言

近年來，隨著鋼鐵去產(chǎn)能政策的逐步實(shí)施，鋼鐵產(chǎn)業(yè)利潤空間有所好轉(zhuǎn)，但鐵礦石及燃料價(jià)格的不斷上漲及環(huán)保成本的增加，又使利潤空間進(jìn)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(yè)利潤有著較大的實(shí)際意義。蘭炭是煤轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品，煤在干傯過程中，大部分揮發(fā)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(huán)保燃料，反應(yīng)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(jià)格低廉，如果能將其應(yīng)用于鐵礦燒結(jié)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(jié)約能源、降低有害物質(zhì)排放量和保護(hù)環(huán)境十分重要。探索蘭炭在鋼鐵行業(yè)鐵前工序配加的工藝控制，對降低鋼鐵企業(yè)煉鐵生產(chǎn)成本有著重要意義。

2 試驗(yàn)原燃料性能分析

本試驗(yàn)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(jié)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(jié)煙氣的氮氧化物95% 為燃料型NO_x，90 % 來源于燒結(jié)燃料燃燒產(chǎn)生^[2]。所以控制燒結(jié)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(jié)煙氣排放達(dá)標(biāo)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(fā)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(jié)燃料的指標(biāo)要求，而水分和揮發(fā)分偏高。

燒結(jié)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(yīng)性以及燃燒條件。其中，過粗或者過細(xì)的粒度都不利于燒結(jié)的正常運(yùn)行，過粗會(huì)導(dǎo)致燃燒帶過寬;過細(xì)會(huì)導(dǎo)致透氣性差，從而影響燒結(jié)礦的質(zhì)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(jié)果見表2。

一般認(rèn)為< 3 mm粒度級占70 % 為宜。試驗(yàn)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(yīng)性強(qiáng)，燃燒速度快，細(xì)粒度過多會(huì)導(dǎo)致燃燒速度更快，所以蘭炭末不需破碎就可以用于燒結(jié)。

3 燒結(jié)試驗(yàn)及結(jié)果分析

3 .1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本方案共進(jìn)行4 系列試驗(yàn)。第1 系列主體驗(yàn)證相同燃料比條件下，蘭炭末替代焦粉不同比例對燒結(jié)生產(chǎn)的影響，替代比例選取30%、40 % 、50 % ；第4 系列進(jìn)行蘭燒結(jié)生產(chǎn)的影響，替代比例選取20 %、30 % 、40 % 、50 %；第2 系列，進(jìn)行全蘭炭末燒結(jié)試驗(yàn)，驗(yàn)證不同燃料比下燒結(jié)性能影響，直至達(dá)到基準(zhǔn)試驗(yàn)效果；第3 系列，根據(jù)全蘭炭末燒結(jié)的結(jié)果，驗(yàn)證提高燃燒比后，蘭炭末替代焦粉比例變化對燒結(jié)生產(chǎn)的影炭末替代無煙煤比例變化對燒結(jié)生產(chǎn)的影響，替代比例選取30%、40 % 、50 % 。

通過燒結(jié)杯試驗(yàn)，對蘭炭末用于鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，對主要燒結(jié)參數(shù)及燒結(jié)礦性能匯總，試驗(yàn)結(jié)果列于表3。

3 .2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3 . 2 . 1 蘭灰末替代焦粉對燒結(jié)生產(chǎn)的影響

第1系列試驗(yàn)為蘭炭末替代焦粉后，對燒結(jié)礦生產(chǎn)產(chǎn)質(zhì)量的影響情況，其結(jié)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(jié)速度及利用系數(shù)呈總體上升趨勢。當(dāng)蘭炭末替代比例達(dá)50 % 時(shí)，垂直燒結(jié)速度由基準(zhǔn)的18.6 mm/min提局至20.51 mm/min，增幅為 10.2%。而燒結(jié)礦的產(chǎn)量很大程度上決定于垂直燒結(jié)速度當(dāng)蘭炭末替代比例為5 0 % 時(shí)，利用系數(shù)由1.23 M(m²·h)提高至1.33 t/(m²·h) ，增幅為8.1%。該系列數(shù)據(jù)說明燒結(jié)配加蘭炭末替代焦粉，有利于提高燒結(jié)產(chǎn)量。

隨著蘭炭末替代焦粉比例的增加，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢，由基準(zhǔn)的62.53%下降至替代比例5 0 % 時(shí)的60.81%，見圖lb。成品率則是先上升隨后下降，先由基準(zhǔn)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(jié)熱量逐漸下降，燒結(jié)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(jìn)一步造成燃料燃燒速度與傳熱速度不匹配，自動(dòng)蓄熱作用減弱。不過當(dāng)蘭炭末替代焦粉為20 % 時(shí)，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度只是略低于基準(zhǔn)0.6%，成品率上升0.4%，不會(huì)引起燒結(jié)生產(chǎn)的大幅波動(dòng)。

3 . 2 . 2 全蘭炭末燒結(jié)對燒結(jié)生產(chǎn)的影響

通過第1系列試驗(yàn)結(jié)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(jié)燃料比來增加燒結(jié)料層的熱量，達(dá)到滿足燒結(jié)生產(chǎn)的目的。第2 系列試驗(yàn)逐步提高燒結(jié)燃料比來了解全蘭炭末用于燒結(jié)對燒結(jié)生產(chǎn)的影響，其結(jié)果見圖2。

從圖2a可看出，相同燃料比下,全蘭炭末燒結(jié)可以大幅提高垂直燒結(jié)速度。當(dāng)燃料比為4.71%時(shí)達(dá)到最高值24.24 mm/min，相比基準(zhǔn)的18.60 mm/min增幅為30.3%；隨著燃料比的繼續(xù)提高至4.86%，垂直燒結(jié)速度下降至22.86 mm/min。影響垂直燒結(jié)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(yīng)性強(qiáng)，燃燒速度快，所以隨著蘭炭末配加量的增加，垂直燒結(jié)速度加快，當(dāng)燃料比為4.71%時(shí)達(dá)到最大;進(jìn)一步增加燃料比至4.86%時(shí)，垂直燒結(jié)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(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率均有一定下降。隨著燃料比提高至4.71%,燒結(jié)礦成品率上升至與基準(zhǔn)焦粉同一水平，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度變化不大；進(jìn)一步將燃料比提高至4.86%,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度超過4.61%焦粉的水平。

通過試驗(yàn)可以推斷，若以1 0 0 % 蘭炭末作為燃料用于燒結(jié)生產(chǎn)，需提高燃料配比才能達(dá)到生產(chǎn)要求。但是蘭炭末反應(yīng)性強(qiáng)，燃燒速度較快，導(dǎo)致其X才燃料粒度、水分和負(fù)壓等燒結(jié)參數(shù)較為敏感，生產(chǎn)配用時(shí)需審慎、及時(shí)地調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，確保生產(chǎn)過程和燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定。

3 . 2 . 3 相同燃料結(jié)構(gòu)燃料比變化對燒結(jié)的影響

從2 系列試驗(yàn)結(jié)果分析,使用當(dāng)前的蘭炭末燒結(jié)需提高蘭炭末的配加量才能保證燒結(jié)礦的質(zhì)量。燃料比變化對燒結(jié)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(jié)混合料燃料比增加后，垂直燒結(jié)速度明顯増快，由基準(zhǔn)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(dāng)燃料結(jié)構(gòu)相同時(shí)，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(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量均有所提高，燒結(jié)利用系數(shù)提升明顯，由基準(zhǔn)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(jié)混合料燃料比的增加，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢，相比基準(zhǔn)都有不同程度的提高；燒結(jié)成品率先降后升，當(dāng)燃料比達(dá)到4.78%時(shí)，超過基準(zhǔn)。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(jié)礦質(zhì)量有了保證。說明用蘭炭末替代焦炭作燒結(jié)燃料生產(chǎn)燒結(jié)礦，采用適當(dāng)增加燃料配比等技術(shù)措施后，燒結(jié)礦的生產(chǎn)指標(biāo)和冶金性能均能夠達(dá)到用焦粉生產(chǎn)燒結(jié)礦時(shí)的水平。

3 . 2 . 4 蘭炭末替代無煙煤對燒結(jié)生產(chǎn)的影響

萊鋼燒結(jié)生產(chǎn)主要使用焦粉，不足部分由無煙煤補(bǔ)充，為了充分了解蘭炭末用于鐵礦燒結(jié)的效果，進(jìn)行了蘭炭末替代無煙煤的試驗(yàn)，其結(jié)果見圖4。蘭炭末替代部分無煙煤結(jié)果與替代焦粉類似，垂直燒結(jié)速度及利用系數(shù)，隨替代比例的提高基本呈上升趨勢。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率先增加，在替代比例為30 % 達(dá)到最高，隨后逐步下降。蘭炭末替代無煙煤比例達(dá)40 % ，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度相對基準(zhǔn)試驗(yàn)有所下降;當(dāng)蘭炭末比例達(dá)到50% 時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)都有惡化，需要繼續(xù)提高燃料比才能保證燒結(jié)礦質(zhì)量。

3 .3 經(jīng)濟(jì)效益分析

由于蘭炭末用于燒結(jié)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(dāng)蘭炭末與無煙煤有差價(jià)就會(huì)產(chǎn)生效益，按每噸差價(jià)200元/t計(jì)算，當(dāng)用蘭炭末替代30 % 的無煙煤用于燒結(jié)生產(chǎn)，可以降低燒結(jié)礦成本約3.1元/t。燒結(jié)生產(chǎn)配加蘭炭末可以提高垂直燒結(jié)速度，提高燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量，降低燒結(jié)礦生產(chǎn)固定成本，以目前燒結(jié)礦生產(chǎn)固定成本40元/t礦計(jì)算，當(dāng)蘭炭末替代無煙煤比例為30 % 時(shí)，利用系數(shù)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(jù)《環(huán)境統(tǒng)計(jì)手冊》燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物量計(jì)算公式計(jì)算，當(dāng)使用3 0 % 的蘭炭末替代無煙煤用于燒結(jié)時(shí)可以降低燒結(jié)煙氣中氮氧化物30 mg/m³左右；按最新環(huán)保稅征收標(biāo)準(zhǔn)每氮氧化物當(dāng)量6 元計(jì)算，可以減少環(huán)保稅繳納折合燒結(jié)礦成本0.68元/t。

4 結(jié)語

通過對蘭炭末和原燃料的物理化學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)燒結(jié)混合料配比固定不變，燃料的配加種類以及配比變化時(shí)進(jìn)行高堿度燒結(jié)礦的燒結(jié)杯燒結(jié)試驗(yàn)，對所得燒結(jié)礦的粒度組成、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的檢測和評價(jià)，得出如下結(jié)論：

1) 在燒結(jié)過程中利用蘭炭末替代焦炭或無煙煤作為燒結(jié)燃料是可行的，而且有利于垂直燒結(jié)速度的提高,提升燒結(jié)生產(chǎn)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(xiàng)指標(biāo)滿足燒結(jié)生產(chǎn)要求。如維系燒結(jié)礦質(zhì)量不降低，當(dāng)將燃料比由基準(zhǔn)4.61%提高至4.7 1 %時(shí)，蘭炭末替代焦粉比例可達(dá)4 0 %；燃料比繼續(xù)提高至4.7 8 %時(shí)，蘭炭末替代焦粉比例可達(dá)50 % 。

3 ) 蘭炭末反應(yīng)性強(qiáng)，燃燒速度快，對燒結(jié)生產(chǎn)控制因素比較敏感，生產(chǎn)配用時(shí)需審慎、及時(shí)地調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，確保生產(chǎn)過程和燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定。若以100 % 蘭炭末作為燒結(jié)燃料，需將燃料比由基準(zhǔn)4.61%提高至4.86%方能滿足燒結(jié)礦質(zhì)量要求。

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

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