CN104087692B

CN104087692B - 一种高炉喷煤助燃剂及其使用方法

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Publication number: CN104087692B
Application number: CN201410347081.2A
Authority: CN
Inventors: 申波; 苏宁; 汪勤峰; 李文生; 秦健
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2034-07-21
Also published as: CN104087692A

Abstract

本发明属于冶金工业技术领域，公开了一种高炉喷煤助燃剂及其使用方法。所述助燃剂由活性铝质量分数不小于95%的铝粉构成；所述助燃剂的使用方法是阻燃剂的用量为原煤质量分数的0.065％～0.10%。本发明采用铝粉为高炉喷煤助燃剂，与原煤混合制粉后喷入高炉燃烧，加快煤粉的氧气扩散速度，促进高炉喷煤煤粉的大分子裂解，实现降低煤粉着火点和加快高炉风口前煤粉燃烧效率的目的，使助燃剂使用成本由传统稀土类约5.13～6.17元/吨铁，降低至本发明的3.23～2.07元/吨铁，具有不含碱金属、助燃效果稳定、使用安全可靠、能有效提高高炉煤比和降低焦比、增加产量、配加成本低，从而有效提升高炉喷煤综合经济效益的特点。

Description

一种高炉喷煤助燃剂及其使用方法

技术领域

本发明属于冶金炼铁技术领域，具体涉及一种不含碱金属、助燃效果稳定、使用安全可靠、能有效提高高炉煤比和降低焦比、配加成本低的高炉喷煤助燃剂及其使用方法。

背景技术

随着钢铁行业的发展和优质煤炭资源的日渐枯竭，高品质的炼焦用煤供不应求，焦炭价格上涨，钢铁行业为降低冶炼成本以增加利润，研究以煤代焦，通过扩大喷煤量，减少焦炭使用量达到节焦的目的；同时，直接喷吹煤粉，而不经过焦化工艺，也减少了环境污染。

喷吹煤粉效果的关键是强化煤粉在风口回旋区的燃烧，特别是提升煤粉燃烧速率，而高炉炼铁高能耗的运行状态，很大的一部分是由煤粉的燃烧效率低导致。由于煤粉在风口燃烧区停留时间极短，随着喷煤量的增加，未燃煤粉增多，还影响料柱透气性和炉渣粘度，造成煤粉在高炉内的燃烧条件恶化，燃烧率降低，煤焦置换比有下降趋势。因此，为解决高炉风口前未燃尽煤粉数量增多及高炉料层透气性和透液性降低的问题，就必须采取强化燃烧的措施，促使煤粉在高炉风口区快速燃烧。降低煤粉的着火点、提高燃烧效率都有利于煤粉在短时间内完全燃烧，而如何提高煤粉的燃烧率成为世界性的热点与难点。

目前，采用较多的技术有提高风温及富氧率，采用烟煤、无烟煤混喷，采用大料批正分装技术等，而采用高炉喷煤助燃剂也得以广泛研究与逐步应用。但是，目前所研究公布或应用的助燃剂主要集中在稀土金属氧化物、碱土族金属的氧化物等为主的配方组成上。虽然稀土氧化物虽有一定的催化助燃效果，但作为稀缺资源，价格成本在逐步受到挑战，使用成本逐步攀升；而助燃剂含有碱金属会增加高炉的碱负荷，对冶炼带来不利影响，因此也难以大规模使用。也有部分助燃剂不含碱金属和稀土氧化物，但加入量一般超过1%，造成使用成本高，且助燃效果不明显；而少数固体催化助燃剂（如氯盐、硝酸盐等）虽可明显降低助燃剂的添加量，但对高炉设备和煤气管道等有腐蚀作用，甚至对高炉顺行产生不利；也有助燃剂配方中含有KMnO₄，而KMnO₄分解温度仅240℃，对储存和制粉系统安全有一定隐患。当然，现有技术均为多原料配方，一般采用机械混和工艺配制而成，工艺相对复杂，制配成本较高。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种不含碱金属、助燃效果稳定、使用安全可靠、能有效提高高炉煤比和降低焦比、配加成本低的高炉喷煤助燃剂；第二目的在于提供实现第一目的的高炉喷煤助燃剂使用方法。

本发明的第一目的是这样实现的，所述助燃剂由活性铝质量分数不小于95%的铝粉构成。

本发明的第二目的是这样实现的，所述助燃剂的用量为喷煤所用原煤质量分数的0.065～0.10%。

本发明创造性的采用铝粉为高炉喷煤助燃剂，与原煤混合制粉后喷入高炉燃烧，从而加快煤粉的氧气扩散速度，促进高炉喷煤煤粉的大分子裂解，实现降低煤粉着火点和加快高炉风口前煤粉燃烧效率的目的。众所周知，铝粉虽然具有较高的质量热值和体积热值，但由于纯铝在空气中的点燃温度高达约2050K（约1119℃），不仅远远高于煤粉的点火温度，也高于部分高炉热风温度，因此仅被大量应用于高能炸药；而且，由于铝粉在生产和储存过程中因氧化，往往被致密的Al₂O₃包覆，降低了铝粉与氧反应的活性，影响了铝粉的能量释放率，因此根本不会考虑作为高炉喷煤的助燃剂。而本发明创造性的采用铝粉作为高炉喷煤助燃剂，以铝粉和原煤混合、制粉后燃烧，不仅能显著降低煤粉的燃点，由于煤粉中活性炭和铝粉的燃烧剧烈而且充分，从而引燃了煤炭中可燃物的燃烧，提高了燃烧效率；而且还取得显著降低铝粉的点火温度，有效提高铝粉在燃烧过程中能量的释放率，从而通过铝粉在高炉风口区释放高能热量，促进煤粉在高炉风口区快速燃烧的意想不到效果。另外，铝粉在热风高温下与煤粉中的水汽反应在风口前产生大量的H₂，使煤气体积进一步增大，能使鼓风动能增加；同时，H₂的增加使中心气流相对发展，炉缸中心区域温度提高，中心料柱的透液性改善；此外，H₂浓度增加后煤气粘度降低，扩散速度和反应速度加快，促进了间接还原反应的发展，使直接还原降低。另外，根据氧传递理论，本发明采用的金属助燃剂比采用金属氧化物助燃剂，减少了助燃剂初期由氧化物还原成金属或低价金属氧化物的过程，促进氧从气相向碳表面扩散，从而降低了其着火温度和提前燃尽温度，提高了煤粉的燃烧效率。

本发明采用铝粉作为高炉喷煤助燃剂，在实验室状态下，能使混合煤粉DTG峰尖温度降低5℃，燃烧率从44.28%提高到48.34%；具有不含碱金属，对高炉设备无破坏影响；铝粉取材容易、配加量少，如传统稀土类外购助燃剂使用成本约为5.13~6.17元/吨铁，而本发明助燃剂由于用量仅为制煤粉量的0.1~0.064%，使用成本约为3.23~2.07元/吨铁，配加和使用成本低；而且助燃效果稳定、使用安全可靠、能有效提高高炉煤比和降低焦比、增加产量，从而有效提升高炉喷煤综合经济效益的特点。

附图说明

图1为本发明试验例1#~3#样的DTA合并图；

图2为本发明试验例1#~3#样的DTG合并图；

图3为本发明试验例1#~3#样的TG合并图；

图4为本发明试验例1#样的DTA、DTG、TG合并图；

图5为本发明试验例2#样的DTA、DTG、TG合并图；

图6为本发明试验例3#样的DTA、DTG、TG合并图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

本发明所述高炉喷煤助燃剂由活性铝质量分数不小于95%的铝粉构成。

所述铝粉为粒度-0.015mm占90%及以上的工业铝粉。

所述铝粉为粒度+0.013～-0.015mm占90%及以上的工业铝粉。

本发明所述高炉喷煤助燃剂的使用方法，所述助燃剂的用量为喷煤所用原煤质量分数的0.065～0.10%。

所述助燃剂在喷煤制粉工序前的原煤运输带上加入，然后与原煤混合制粉，最后随煤粉经喷吹进入高炉燃烧。

实施例1

2014年3月20日在昆钢技术中心原料实验室对煤粉加入ALJ喷煤助燃剂（本发明喷煤助燃剂）进行燃烧性能检验。

燃烧性检验

分析方法:QB－0031－2005

按燃烧后残碳称重法试验方法，对加入ALJ喷煤助燃剂的助燃效果进行了检测，详细情况如下：

试验条件

马弗炉温度900℃左右，试样放入马弗炉内燃烧3分钟取出，冷却后称重。

试验原理

以同样重量的煤粉在相同的时间，相同的温度环境条件下加热燃烧，失去的重量近似等同于燃烧完全的重量，以没有加入喷煤催化助燃剂的煤粉作为参比样，加入不同比例喷煤催化助燃剂的煤粉作为试验样加热燃烧，冷却后进行称重，算出煤粉的失重率即代表煤粉的燃烧性，助燃性=试样燃烧性-参比样燃烧性。助燃效果好的喷煤催化助燃剂，燃烧掉的煤粉多，剩下的残碳少，助燃性就高，反之可视为助燃效果不好或没有助燃效果。

燃烧性能测试结果详见表1

表1燃烧性能测试

从表1中看出加入0.1％ALJ喷煤助燃剂后燃烧性能从基样的43.54％提高到46.61％，则加入0.1％ALJ喷煤助燃剂后的助燃性为46.61－43.54＝3.07百分点，从表1中看出试验结果虽然会有波动，但总体趋势是明显的，加入0.064％ALJ喷煤助燃剂后助燃性能就会有提高，加入量提到0.1％时效果较好，综合平均助燃性为45.12－47.92＝2.80个百分点；实验室试验结果比喷入高炉试验效果要弱，因为实验室试验是用制好的煤粉配入，混样只是依靠手摇动混样器中的小钢球来完成，从助燃剂加入、混样、到入炉燃烧时间只有20~30分钟，工业性生产从原煤皮带上加入到喷入高炉要有6~10小时，并且在制粉过程中，磨煤机的多次碾压、撞击使原煤变成煤粉的过程中与助燃剂混合更充分，结合更紧密，助燃剂甚至会镶嵌到煤质大分子的组织中，细小的AL粉颗粒就象小刀一样把又长又复杂的煤质大分子碳链割断，使煤粉的燃烧更快速，更完全，而且喷入高炉时温度较高达到1140℃，富氧3%，并且是呈雾状更有利于燃烧。

试验例1

2014年3月21日在昆钢技术中心物理实验室对煤粉加入ALJ喷煤助燃剂差热性能检验详见表2。

表2喷煤助燃剂差热性能检验

对1#~3#分析如下：

如图1可知，1#样曲线所包含的热焓面积比2#、3#样要大，表明加入0.1％ALJ喷煤助燃剂的煤粉燃烧更完全，放热更多，2#样次之，3#样最小。

如图2可知，1#样最大分解速率时的温度比2#、3#样要低，表明加入0.1％ALJ喷煤助燃剂的煤粉更容易燃烧，燃烧更激烈，2#样次之，3#样最次。

如图3可知，1#样燃烧后的失重速率比2#、3#样要快，表明加入0.1％ALJ喷煤助燃剂的煤粉燃烧更快，燃烧更完全，2#样次之，3#样最次。

如图4可知，1#在600℃时的失重率为7.14mg,在800℃时的失重率为10.91mg,设以600℃/800℃值定义为燃烧率，则1#样的燃烧率为7.14/10.91＝65.44％。

如图5可知，2#在600℃时的失重率为6.93mg,在800℃时的失重率为10.94mg,设以600℃/800℃值定义为燃烧率，则2#样的燃烧率为6.93/10.94＝63.35％。

如图6可知，3#在600℃时的失重率为6.67mg,在800℃时的失重率为10.83mg,设以600℃/800℃值定义为燃烧率，则3#样的燃烧率为6.67/10.83＝61.59％。

因此加入0.1％Al助燃剂的1#样与没有加助燃剂的3#样相比，助燃性能提高65.44％～61.59％＝3.85个百分点，加入0.064％Al助燃剂的2#样与没有加助燃剂的3#样相比，助燃性能提高63.35％～61.59％＝1.76个百分点。与用马弗炉检测的结果相似。

Claims

1.一种高炉喷煤助燃剂的使用方法，其特征在于所述助燃剂由活性铝质量分数不小于95%的铝粉构成，铝粉为粒度-0.015mm占90%及以上的工业铝粉；所述助燃剂在喷煤制粉工序前的原煤运输带上加入，然后与原煤混合制粉，最后随煤粉经喷吹进入高炉燃烧；所述助燃剂的用量为喷煤所用原煤质量分数的0.065~0.10%。

2.根据权利要求1所述高炉喷煤助燃剂的使用方法，其特征在于所述铝粉为粒度+0.013~-0.015mm占90%及以上的工业铝粉。