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(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)對(duì)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(duì)生產(chǎn)造成很大影響，通過(guò)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(lái)，隨著鋼鐵去產(chǎn)能政策的逐步實(shí)施，鋼鐵產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)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(rùn)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(duì)于提高鋼鐵企業(yè)利潤(rùn)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(guò)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(lái)。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(wú)煙煤^[1]；固定碳含量不及焦粉，與無(wú)煙煤差別不大。但蘭炭末相較于焦粉及無(wú)煙煤價(jià)格低廉，如果能將其應(yīng)用于鐵礦燒結(jié)代替無(wú)煙煤或焦粉，則可在一定程度上降低煉鐵成本，此外還對(duì)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(duì)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(wú)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(gòu)買。各類原燃料成分見(jiàn)表1。從表1可以看出，蘭炭末的N含量低于焦粉和無(wú)煙煤，比無(wú)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(lái)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(wú)煙煤或焦粉對(duì)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(wú)煙煤約2 % 。相比無(wú)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(guò)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(guò)粗或者過(guò)細(xì)的粒度都不利于燒結(jié)的正常運(yùn)行，過(guò)粗會(huì)導(dǎo)致燃燒帶過(guò)寬;過(guò)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(lái)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(wú)煙煤和蘭炭末的粒度篩分結(jié)果見(jiàn)表2。

一般認(rèn)為< 3 mm粒度級(jí)占70 % 為宜。試驗(yàn)用蘭炭末< 3 mm粒度級(jí)與要求的粒度比較接近。與焦粉及無(wú)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(guò)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(duì)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(duì)燒結(jié)生產(chǎn)的影炭末替代無(wú)煙煤比例變化對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)的影響，替代比例選取30%、40 % 、50 % 。

通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)，對(duì)蘭炭末用于鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)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(duì)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(duì)燒結(jié)礦生產(chǎn)產(chǎn)質(zhì)量的影響情況，其結(jié)果見(jiàn)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(shì)。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(shuō)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(shì)，由基準(zhǔn)的62.53%下降至替代比例5 0 % 時(shí)的60.81%，見(jiàn)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(guò)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(guò)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(duì)燒結(jié)生產(chǎn)的影響

通過(guò)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(guò)提高燒結(jié)燃料比來(lái)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(lái)了解全蘭炭末用于燒結(jié)對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)的影響，其結(jié)果見(jiàn)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(guò)4.61%焦粉的水平。

通過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響見(jiàn)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(shì)，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(guò)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(shuō)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(wú)煙煤對(duì)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(wú)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(wú)煙煤的試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)圖4。蘭炭末替代部分無(wú)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(shì)。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(wú)煙煤比例達(dá)40 % ，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度相對(duì)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(wú)煙煤,故當(dāng)蘭炭末與無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)煙煤低35 % ，根據(jù)《環(huán)境統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》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(wú)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)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(duì)所得燒結(jié)礦的粒度組成、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的檢測(cè)和評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論：

1) 在燒結(jié)過(guò)程中利用蘭炭末替代焦炭或無(wú)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(duì)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(guò)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(wú)煙煤最大可達(dá)3 0 %，增加燃料比可以提高蘭炭末取代無(wú)煙煤的比例。

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