烧结过程用兰炭作为燃料替代焦粉的生产试验*

付林林 孙涛 方俊杰 徐杨斌 付俊生 翟文利

(安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司)

烧结过程用兰炭作为燃料替代焦粉的生产试验*

付林林 孙涛 方俊杰 徐杨斌 付俊生 翟文利

(安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司)

为降低烧结矿成本，永通公司烧结车间进行了用兰炭做为燃料替代部分焦粉的生产试验，试验结果表明，兰炭替代30%的焦粉时对烧结过程的影响不大，通过采取控制燃料粒度、提高料层厚度、提高点火温度、兰炭焦粉分别配加等措施，完全能满足炼铁对烧结矿产质量的要求，达到降本增效的目的。

兰炭 焦粉 烧结成本 生产试验

0 前言

受全球经济不景气和国家宏观调控的影响，从2011年第四季度开始，我国钢铁业由微利转为亏损。钢铁企业纷纷把降低原燃料成本，作为降本增效的重要手段。烧结矿成本的高低直接决定了生铁的成本高低，烧结过程中的固体燃料成本对烧结矿的成本有着很大的影响，用低价燃料替代部分价格昂贵的焦粉是降低烧结成本的有效措施之一。无烟煤价格较低，但是无烟煤资源紧缺，且质量波动非常大，影响生产的稳定进行，不适宜作替代燃料。兰炭作为近年来发展起来的一种新型优质固体燃料，质量和性能均优于无烟煤，每吨兰炭价格要比焦炭低230元左右。若能用兰炭作为烧结生产替代燃料，对降低烧结矿成本，帮助企业渡过当前经济危机具有十分重要的现实意义。

1 烧结过程所用固体燃料质量要求

1)烧结过程中，固体燃料的燃烧反应为液相生成和其他反应的进行提供了必要的热量和气氛条件，燃料燃烧所产生的热量占烧结过程所需全部热量的90%以上［1］。烧结过程中燃料的配加量、燃料的粒度组成、燃料的燃烧性质直接影响烧结过程中的温度和热量变化，进而影响到烧结料层的温度分布、热量分布、燃烧带厚度、料层透气性、烧结气氛、粘结相数量和质量等，并直接影响烧结矿的产质量。因此烧结生产对燃料质量有着很高的要求:固定碳含量高，灰分挥发分含量低，粒度分布合理，可燃性好。

烧结过程对燃料的粒度有着更严格的要求。燃料的粒度不能过粗，也不能过细，过粗时会造成燃烧带过宽，增大气流阻力，导致负压升高产量下降;过细时会导致燃烧速度过快，燃烧带的高温保持时间短，降低烧结矿的强度和成品率。最适宜的燃料粒度为0.5 mm～3 mm，生产中一般要求0～3 mm的燃料要达到85%以上。燃料粒度过小(＜0.5 mm)或过大(＞3 mm)在生产过程中容易造成迁移和偏析。燃料迁移的机理是粒度＜0.5 mm的细颗粒燃料在干燥预热带由于水分被急剧蒸发，水的粘结力丧失，上部料层的压力使得部分混合料颗粒粉化，其上粘附的细小燃料受到烧结气流的冲刷和重力作用随气流运动，并粘附到更下层的过湿带颗粒表面和空隙中，使料层下部燃料增高［2］。当燃料粒度＞3 mm，布料时易造成偏析，使料层下部燃料粒度变粗。燃料的迁移和偏析在生产过程中是普遍存在的现象，但是燃料粒度分布不合理会加剧迁移和偏析的程度。燃料的迁移和偏析造成粒度分布不合理的燃料集中在料层的下部，再加上烧结料层下部的自动蓄热作用，使烧结料层的温度差异更大，以至造成上层烧结矿的强度差，下层存在过熔现象，FeO含量偏高。

2)烧结过程常用的固体燃料主要有焦粉和无烟煤两种。永通公司烧结车间所用固体燃料主要是高炉槽下筛分下来的粒度＜8 mm的焦粉和部分外购焦粉，近期还配加了少量兰炭，兰炭作为一种烧结用新型固体燃料，又被称为“焦粉、半焦”，是利用神府煤田盛产的优质侏罗精煤干馏提取煤气后的产物，具有三高四低的特点:固定炭高、化学活性高、比电阻高、灰分低、铝低、硫低、磷低，每吨兰炭价格要比焦炭低230元左右。基于上述优点，在烧结燃料中配加兰炭以替代价格昂贵的焦粉，对降低烧结矿成本实现低成本炼铁是非常有帮助的。兰炭与焦粉相比，其干馏不充分，孔隙度比焦粉小，因此兰炭的强度、燃烧性能均没有焦粉好，兰炭的固定碳含量较低，挥发分含量高。兰炭和焦粉主要指标对比如表1所示。

表1 焦粉与兰炭主要成分对比

2 生产试验方案

为了全面了解用兰炭替代部分焦粉后对烧结生产过程的影响，在烧结车间2×40 m2烧结机上进行了生产试验。试验所用兰炭质量要求见表2。进厂兰炭成分见表3。

表2 试验所用兰炭质量要求 %

表3 进厂兰炭成分 %

由表2、表3可以看出，进厂兰炭基本满足了生产试验的要求，生产试验期间焦粉成分稳定。

生产试验分三个阶段进行，兰炭配加量分别为:第一阶段25%，第二阶段33%，第三阶段50%，每个阶段试验三天。为了把不确定因素降低到最低限度，在试验过程中预配料的配比保持不变，烧结矿碱度确定为2.25 ±0.12，料层厚度 500 mm，见表4。

表4 预配料配比 %

3 试验结果与分析

用兰炭替代部分焦粉后，给燃料带来了以下三个主要变化:第一燃料中的固定碳含量降低，挥发分含量升高，燃料燃烧产生的热量减少;第二与焦粉相比兰炭机械强度差，配加兰炭后的燃料经过棒磨机破碎后粒度分布不合理，总的趋势是燃料粒度偏细，具体表现为兰炭破碎过度而焦粉破碎不充分，导致过粉碎(＜0.5 mm)的细颗粒燃料所占比例增加(超过上限25%)，＞3 mm破碎不充分的燃料主要是焦粉，配加兰炭后由于粒度分布不合理，在生产过程加剧了燃料的迁移和燃料的偏析，对生产造成了极为不利的影响;第三配加兰炭后燃料的反应性和可燃性下降。

通过三个阶段的生产试验，对兰炭作为烧结燃料替代部分焦粉对生产过程的影响有了进一步的认识，试验各阶段主要经济技术指标见表5。

表5 试验各阶段烧结矿主要技术经济指标

3.1 配加兰炭后固体燃料的燃烧性能变化

兰炭与焦粉相比其干馏不充分，孔隙度比焦粉小，因此其燃烧性能没有焦粉好。但是配加兰炭后烧结机机速和负压并没有出现明显变化，说明兰炭的实际燃烧性能还是比较好的，甚至还优与焦粉(燃烧带红层变薄)。这主要是兰炭强度差，配加兰炭后燃料在破碎过程中存在过粉碎现象，过粉碎(＜0.5 mm)的细颗粒燃料燃烧速度快造成的。

3.2 配加兰炭对燃耗的影响

从烧结矿主要技术经济指标数据中可以看出，随着兰炭的配加量增加燃耗呈逐渐上升的趋势。在试验进行的三个阶段中，每个阶段燃耗上升约2%。主要是配加兰炭后燃料的整体固定碳含量降低造成的，为了保证燃烧带的高温区有足够高的温度，必须通过增加燃料的用量来弥补替代燃料的发热量不足。

3.3 配加兰炭后机尾断面的变化

从烧结机机尾断面观察发现与配加兰炭前相比，机尾断面不整齐，红层颜色发暗、较薄且分布不均;料层上部液相生成不足结块差，下部结块较好，料层中气孔较大，存在局部过熔现象。造成这些现象的原因主要有以下三个方面:一是兰炭发热量低，配加兰炭后燃烧带高温区温度水平降低，液相生成不足，导致红层发暗;二是燃料粒度偏细，造成燃烧速度过快，燃料燃烧速度与传热速度不同步，燃烧带的高温保持时间短，不利于粘结相的发展和矿物结晶，降低烧结矿的强度和成品率;三是由于燃料粒度分布不合理，加剧了燃料迁移和燃料偏析，造成料层上部燃料更少下部燃料更多的现象，与理想的燃料分布状态恰好相反，导致上部料层热量不足液相生成少结块差，下部料层在自动蓄热和燃料过大的双重作用下，存在局部过熔现象。也是由于上述原因，生产试验以来粘篦条现象非常严重。

3.4 配加兰炭对烧结矿转鼓指数和粒度组成的影响

从烧结矿主要技术经济指标数据中可以看出，烧结矿转鼓指数在试验过程中均有所下降，特别是当兰炭配加量达到50%时，转鼓指数以达不到公司对烧结矿质量考核的最低限度(＞75%)。筛分指数和5 mm～10 mm粒级的烧结矿有所增加，烧结矿整体偏碎强度下降。

3.5 配加兰炭对烧结矿产量的影响

从烧结矿主要技术经济指标数据中可以看出，随着兰炭配加量增加，烧结矿产量呈逐渐下降的趋势，从试验结果来看试验第一第二阶段产量与未配加兰炭相比下降不明显，说明通过提高燃料用量可以弥补兰炭造成的燃烧带温度降低。当兰炭配加量达到50%以后，产量下降明显，日产量下降约200 t，不能满足炼铁车间对烧结矿产量的需求。

4 生产工艺优化措施

随着燃料中兰炭的配加量提高，烧结矿产质量均有所下降，特别是当兰炭的配加量增加到50%以后，产质量下降非常明显。为了改善烧结的技术经济指标，针对配加兰炭后生产中出现的各种问题，采

取了以下四项技术措施。

4.1 严格控制燃料的粒度

配加兰炭后燃料粒度分布不合理是此次生产试验中存在的最主要问题，主要是兰炭过粉碎而焦粉破碎不充分，针对这一问题首先严格控制焦粉水分含量(控制在10%以下)，使焦粉更易于破碎;其次通过调节棒磨机的进煤量适当放宽燃料粒度上限，缓解燃料破碎中兰炭的过粉碎现象。

4.2 提高点火温度

为了使料层表面获得足够的热量，保证烧结矿的强度，在试验过程中通过增加点火煤气用量、保持合适的空燃比、提高助燃风温度等措施来提高点火温度，将点火温度1050℃以上，弥补由于兰炭热值低、燃烧速度快所造成的料层表面热量不足的问题，提高表层烧结矿强度。

4.3 适当提高料层厚度

适当提高料层厚度，充分利用厚料层的自动蓄热作用，弥补配加兰炭发热量不足的问题。料层提高后，表层未烧好及强度差的烧结矿相对减少，上部供热充足和料层高温保持时间延长，促进液相生成和矿物结晶充分，有利于烧结矿强度的改善，提高烧结矿强度和成品率。试验表明料层提高后，烧结矿质量明显改善，但是受制于烧结机产能问题，料层厚度不能过厚，综合考虑各方面因素，控制在550 mm为宜。

4.4 兰炭和焦粉分别加在外配和内配

为加快燃料的燃烧速度，烧结生产工艺中将混合料中所需要的燃料分两次配如，80%左右的燃料配入一混前的混合料中，余下的部分则在二混造球后加入，使燃料裹在球的表面，以改善固体燃料的燃烧动力学条件，加快燃烧速度。在生产过程中，把兰炭和焦粉分别加在外配和内配，弥补兰炭燃烧性能不及焦炭的缺点，同时解决了由于两种燃料强度不同，混合在一起破碎时造成的粒度不均匀问题。

5 经济效益评价

通过优化生产工艺，烧结矿的质量得到了显著提高。优化生产工艺后烧结矿主要技术经济指标见表6。

表6 优化生产工艺后烧结矿主要技术经济指标

由表6可以看出，当兰炭配加量达到50%时，烧结矿的质量仍能满足炼铁生产对烧结矿各项指标的要求，但是烧结矿产量下降明显，永通公司烧结矿产能不足，烧结矿日产量 必须达到4000 t以上才能满足炼铁生产需要，制约了兰炭配加量，综合各方面因素，兰炭配加量在30%时是比较适宜的。当前焦粉与兰炭存在约230元的价差，用兰炭替代30%焦粉后固体燃料成本降低约2.16元/t，配加兰炭后烧结矿产量下降造成加工费用上升约0.8元/t，因此烧结矿综合成本下降约1.36元/t。通过优化生产工艺，配加30%的兰炭造成的烧结矿的质量指标下降非常有限，生产试验期间高炉稳定顺行，高炉综合焦比稳定在 498kg/t，利用系数稳定在3.32 t/(m3·d)，与使用兰炭前相比区别不大。经过测算烧结矿成本降低1.36元/t。

6 结论

1)配加兰炭后的燃料存在的主要问题是粒度分布不合理，加剧生产过程中燃料迁移和偏析，造成兰炭与焦粉燃烧过程不同步，再加上料层的自动蓄热作用，使料层上部与底部的温度差异更大，造成料层上部烧结矿的强度差，下层过熔FeO含量偏高烧结矿还原性差现象。

2)三个阶段的试验表明，在永通公司现有工艺和原料条件下，随着兰炭配比量的增加，烧结矿产量、燃耗、转鼓指数、筛分指数及粒度组成指标均会受到不同程度的影响。通过采取控制燃料粒度、提高料层厚度、提高点火温度、兰炭焦粉分加等措施，这些指标均得到改善。当兰炭的配加量控制在30%以下时，完全能满足炼铁对烧结矿产、质量的要求。

3)用兰炭替代30%的焦粉，可使烧结矿成本下降1.36 元/t。

4)兰炭的挥发分含量较高，其对料层的透气性未造成大的影响，对除尘、风机转子等设备的影响还需在今后的生产过程中观察。

［1］王振龙.烧结原理与工艺［M］.北京:兵器工业出版社，2003:32.

［2］冯根生，吴胜利，赵佐军.改善厚料层烧结热态透气性的研究［J］.烧结球团，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

*联系人:孙涛，副经理，高级工程师，河南.安阳(455113)，安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司;

2012—3—21