CN111961772A

CN111961772A - 一种改质兰炭的制备方法及其应用

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Publication number: CN111961772A
Application number: CN202010835822.7A
Authority: CN
Inventors: 付光临
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2020-11-20

Abstract

本发明涉及一种改质兰炭的制备方法及其应用，包括：兰炭预制粉，对不同兰炭原料进行采样分析，再对初步选定的兰炭原料采集放大样进行再次分析，并依据生产需求确定好多种兰炭原料，结合放大样采样分析得到的参数对原料进行工艺配比，将配比完成的兰炭原料进行混合后通过改质机进行静压破碎，经过改质机的兰炭破碎物通过筛网尺寸控制得到符合粒级分布要求，获得哈氏可磨性指数大于53的改质兰炭。并依据高炉工艺要求，在改质兰炭中加入煤粉或单独采用改质兰炭作为高炉喷吹原料。

Description

一种改质兰炭的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于能源原料制备领域，具体涉及一种改质兰炭的制备方法及采用该方法制备的改质兰炭在高炉喷吹中的应用。

背景技术

兰炭作为一种新型的炭素材料，具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低和磷低的特性。2014年工信部出台焦化品准入政策后，兰炭走进人们的视野，于2016年正式被国家纳入清洁能源行列，并在全国范围内全面推广使用，并逐步推进兰炭代替焦炭(冶金焦)广泛用于化工、冶炼、造气等行业，以治理燃煤燃烧污染。

钢铁企业在高炉喷吹中煤的使用量十分巨大，因此在喷吹过程中使用兰炭代替煤有着重要意义。目前使用兰炭代替煤作为高炉喷吹原料已具备理论基础，但是在实际的推广应用中仍存在着较大难度，其中最大障碍主要体现在两个方面：

(1)最为核心的是当前兰炭的哈氏可磨性指数偏低，使得产能无法满足需求。造成这种现象的原因主要是由兰炭本身的结构特性决定的，一方面兰炭的硬度要高于烟煤，使其难以磨细，另一方面其结构形式较烟煤更为密实，如附图1(a)所示为兰炭微观结构，从图中可以看到兰炭微观结构无明显的空隙，而图1(b)中所示的烟煤微观结构中可看到明显的微观空洞结构导致其强度下降，使得其更易破碎。哈氏可磨性指数主要受到物料强度、硬度、堆密度、水分、单位空隙体积以及含碳量的影响，其中发明所述工艺改变的是堆密度、单位重量微粒外形锐度与硬度，未改质的兰炭堆密度通常为0.79t/m³，兰炭硬度则与兰炭的颗粒大小和兰炭内部结构相关，未改质的兰炭颗粒粒径大于0.2mm以上的数量约占86％，兰炭颗粒单位空隙体积约0.55cm³/g，因此改质前兰炭的哈氏可磨性指数通常为45-53。

兰炭哈氏可磨性偏低严重影响了制粉效率，使得中速磨的台时产量难以满足生产要求，进而无法提高兰炭在喷吹煤粉中的占比，从附图2可以看到兰炭与烟煤混合过程中哈氏可磨性指数的变化并非呈现出线性关系，兰炭的加入使得混合煤粉的哈氏可磨性指数急剧下降，当混合比例达到50％时哈氏可磨性指数已与兰炭本身的哈氏可磨性指数相差无几，因此为了使混合煤粉的哈氏可磨性指数满足要求，兰炭混入比例较低，目前使用兰炭进行高炉喷吹使用的钢铁企业混合比例一般在10％-15％，最高不超过25％，更是难以完全替代煤粉，这严重影响到去煤化进程的实现。

(2)兰炭对输送设备的磨损较为严重，使得设备更换周期变短，增加了生产成本。造成这种现象的原因有几个方面，一是兰炭的硬度较大；二是兰炭的微观结构存在着尖锐棱角，如附图3所示；三是兰炭颗粒呈现出明显的层片状结构，在与喷吹设备的接触过程中可能会产生切割效果。上述条件均会加剧喷吹设备的磨损。

目前，使用兰炭作为高炉喷吹原料的钢铁企业并没有针对上述问题采取行之有效的措施，使用的工艺流程如附图4所示，只能通过降低兰炭的使用比例来满足生产效率要求与缓解喷吹设备的磨损情况。

基于上述分析，目前急需一种加工工艺对现有兰炭进行处理从而得到具有较高哈氏可磨性指数的兰炭粉末，本发明正是基于此需求之上开发的一种改质兰炭材料以及其加工工艺，以推动兰炭代替煤的进行，最终实现去煤化。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种改质兰炭的制备方法，并采用该改质兰炭以替代或部分替代煤作为高炉喷吹原料。

本发明的一种改质兰炭的制备方法，包括：兰炭预制粉，还包括以下步骤：步骤1：对不同兰炭原料进行采样分析；步骤2：对初步选定的兰炭原料采集放大样进行再次分析；步骤3：依据生产需求确定好兰炭原料的种类数量；步骤4：结合放大样采样分析得到的参数对原料进行工艺配比；步骤5：将配比完成的兰炭原料进行混合后通过改质机进行静压破碎；步骤6：将步骤5的兰炭破碎物过筛，获得通过筛网的兰炭破碎物，未通过筛网的兰炭返回步骤5；步骤7：重复步骤5和步骤6直至所有兰炭均通过筛网，使得最终改质后的兰炭破碎物尺寸符合以下粒级分布要求：20.63-1.25mm之间颗粒占比不小于10.00％，0.074-0.63mm之间颗粒占比不小于20.00％，0.074mm以下颗粒占比不小于10.00％；哈氏可磨性指数大于53。其中采样量为3-5kg，在采样原料中选取500g进行化验，分别对其灰分、挥发分、固定碳、水分、热值、硫分、哈氏可磨性指数等关键参数进行测定，依据得到的检测结果确定采样兰炭是否满足喷吹兰炭国标要求以及后续的工艺配比。放大样的量值在80-100吨，选取化验量为5-10kg。其中根据生产需求采购确定好的兰炭原料种类数量为两种或三种并结合分析测试的理化参数对原材料进行工艺配比。所采用的改质机为压力破碎设备。所述压力破碎设备为高静压辊压机。一种改质兰炭在高炉喷吹的应用，如本发明所述方法制备的改质兰炭作为原料或将其与煤粉混合后经过中速磨后供给高炉喷吹。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1(a)是兰炭微观结构；

图1(b)是烟煤微观结构；

图2是兰炭混合比例对哈氏可磨性指数的影响；

图3是兰炭外部微观结构；

图4是现有煤粉兰炭混合喷吹的工艺流程；

图5是本发明的改质兰炭工艺流程图；

图6是采用本发明的改质兰炭在高炉喷吹应用的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的改质兰炭制备方法实施例具体如下：

(1)对不同兰炭原料进行采样分析，分别对产品的灰分、挥发分、固定碳、水分、热值、硫分等参数进行测定以确定采样兰炭是否满足喷吹兰炭国标要求以及后续的工艺配比，采样量为3-5kg，在采样原料中选取500g进行化验，分别对其灰分、挥发分、固定碳、水分、热值、硫分、哈氏可磨性指数等关键参数进行测定，依据得到的检测结果确定采样兰炭是否满足喷吹兰炭国标要求以及后续的工艺配比。

(2)对初步选定的兰炭原料，采集放大样，放大样的量值在80-100吨，选取化验量为5-10kg。

(3)根据生产需求采购确定好的两至三种兰炭原料，并对最终入场原料进行化验，得到具体的灰分、挥发分、固定碳、水分、热值、硫分以及哈氏可磨性指数等理化参数，作为后续工艺配比的基础。

(4)结合分析测试得到的理化参数对原材料进行工艺配比，配比主要包含两个部分，一是不同的兰炭原料配比比例，其目的是通过配比比例的变化对相关要求的参数进行微调以达到使用企业高炉喷吹的要求，如表1所示即为高炉喷吹兰炭的主要性能指标；二是确定混合兰炭原料不同粒级的比例，将兰炭小料(占比25％-45％)与兰炭粉(占比55％-75％)进行混合，其目的是在保证性能参数要求的前提下尽可能选择较高的兰炭粉比例，从而降低成本。

表1高炉喷吹兰炭主要性能指标要求

(5)确定成分配比后，将相关参数输入控制系统，两台振动给料机根据PLC下达的配比命令按照指定配比同时下料，下料速度最大可达250t/h。原料从振动给料机落下经定量给料机落到上料皮带，落料过程中完成原料初步混合。上料皮带以1.6m/s的速度将初步混合的原料输送进入强制预压给料机(高静压辊压机配套的给料装置)，通过预压给料，提高了进入改质机前混合原料的堆密度，且通过预压使得原料之间相互挤压，可大幅提高改质机的静压破碎效果。混合原料在强制预压给料机完成进一步的混合后进入高静压辊压机，其作用主要是通过辊子的相对转动实现对兰炭的静压破碎，其中高静压辊压机辊径为φ1500mm，辊宽为1000mm，辊缝设定值为10-65mm，辊子转速<25r/min，混合原料经高静压辊压机挤压后形成料饼，该工序为生产工艺中的核心工序，其起到如下几方面的作用：一是使得兰炭原料颗粒进一步细化；二是使得兰炭内部裂纹扩展并产生新的微观裂纹，从而使得兰炭堆密度下降，降低了兰炭颗粒的抗破碎强度，提高了其哈氏可磨性指数；三是改善了兰炭颗粒的微观结构使得其尖角形式减少，整体变得圆润，对改善后续喷出过程中的设备磨损起到促进作用。

(6)高静压转动辊压机压制完成的料饼经溜槽自上而下经振动双层筛板进行筛分(上层筛板筛孔为5mm，下层筛板筛孔为4mm)，筛分的目的主要是完成粒级的控制，筛下料经过爬坡皮带输送到高架皮带进入成品库，形成改质兰炭。筛上料经返料皮带以1.6m/s的速度运输回受料坑进行循环处理。成品库中的改质兰炭最终粒级分布范围控制在0.63-1.25mm之间颗粒占比为10％～25％，优选为16.00％；0.074-0.63mm之间颗粒占比不小于20％～55％，优选为32.00％；0.074mm以下颗粒占比不小于10％～30％，优选为19.00％。经检测改质兰炭的哈氏可磨性指数大于55，具体指标参数参见表2和表3。

表2改质兰炭指标参数

表3改质前后同等级粒径兰炭的比表面积和总孔隙体积变化对比

从表中可以看到，改质兰炭的哈氏可磨性系数得到了一定程度的提高，满足生产需求，这主要是在经过高静压辊压机的静压破碎之后使得兰炭内部裂纹扩展并产生新的微观裂纹，从而使得兰炭堆密度下降降低了兰炭颗粒的抗破碎强度，该部分可通过堆密度指标来衡量，堆密度即为粉体质量除以该粉体所占容器的体积求得的堆密度，兰炭的堆密度反映的是兰炭粉末间隙以及兰炭粉末内孔隙，为了反映兰炭颗粒内部致密程度首先应排除兰炭粉末间隙的影响，而影响堆密度的外界因素有水分，粒度分布以及中位径三种，因此应保证原料兰炭与改质兰炭三种参数近似一致的情况下对比其堆密度的大小，用以反应兰炭颗粒内部致密程度。选取粒度分布均为0-10mm，水分均为19.29％，中位径为3.50mm的兰炭原料与改质兰炭，测试其堆密度分别为0.79t/m³和0.66t/m³，通过上述数据可以反映出改质兰炭的内部致密程度低，相应的抗破碎强度也低，更加易于磨碎细化，这对提高其工业可磨性起到促进作用。

本发明的有益效果：

由于目前兰炭的价格总体要低于无烟煤的价格，因此使用本发明的制备方法获得的兰炭替代或部分替代并混合煤粉生产可以产生较大的经济利益，以当前唐山地区同质无烟煤为例，可用于替代该产品的兰炭成本约为无烟煤的90％，即使用兰炭无烟煤可以在成本上节省11％。考虑到大型钢铁企业对高炉喷吹煤粉的巨大使用量，这对于大型的钢铁企业是有相当可观的经济效益。

因此本发明为最终的去煤化提供了有力的技术与经济保障。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种改质兰炭的制备方法，包括：兰炭预制粉，其特征在于还包括以下步骤：

步骤1：对不同兰炭原料进行采样分析；

步骤2：对初步选定的兰炭原料采集放大样进行再次分析；

步骤3：依据生产需求确定好兰炭原料的种类数量；

步骤4：结合放大样采样分析得到的参数对原料进行工艺配比；

步骤5：将配比完成的兰炭原料进行混合后通过改质机进行静压破碎；

步骤6：将步骤5的兰炭破碎物过筛，获得通过筛网的兰炭破碎物，未通过筛网的兰炭返回步骤5；

步骤7：重复步骤5和步骤6直至所有兰炭均通过筛网，使得最终改质后的兰炭破碎物尺寸符合粒级分布要求，哈氏可磨性指数大于53。

2.利用权利要求1所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：改质后的兰炭破碎物尺寸的粒级分布要求为：0.63-1.25mm之间颗粒占比不小于10.00％，0.074-0.63mm之间颗粒占比不小于20.00％，0.074mm以下颗粒占比不小于10.00％。

3.根据权利要求1或2所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：采样量为3-5kg，化验量为150-550g。

4.根据权利要求1或2所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：放大样为80-100吨，化验量为5-10kg。

5.根据权利要求1或2所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：根据生产需求采购确定好的兰炭原料为一种、两种或三种。

6.根据权利要求1或2所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：所述改质机为压力破碎设备。

7.根据权利要求6所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：所述压力破碎设备为高静压辊压机。

8.根据权利要求1或2所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：在步骤5中还使用强制预压给料机先对改质前的兰炭进行预压给料后送往改质机。

9.根据权利要求8所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：所述强制预压给料机为螺旋预压给料机。

10.根据权利要求9所述的改质兰炭的制备方法，其特征在于：所述螺旋预压给料机为双螺杆预压给料机。

11.一种兰炭在高炉喷吹中的应用，其特征在于：全部采用如权利要求1-10任一所述方法制得的改质兰炭作为原料或将如权利要求1-10任一所述方法制得的改质兰炭与煤粉混合后经过磨煤机后供给高炉喷吹。

12.一种如权利要求11所述的改质兰炭在高炉喷吹中的应用，其特征在于：所述磨煤机为中速磨。

13.一种改质兰炭，其特征在于：其使用如权利要求1-10任一所述的方法制得。

14.一种如权利要求13所述的改质兰炭，其特征在于：所述破碎物粒级位于0.63-1.25mm之间颗粒比表面积不小于230m²/g，0.5-0.63mm之间颗粒比表面积不小于240m²/g，0.2-0.5mm之间颗粒比表面积不小于280m²/g，0.1-0.2mm之间颗粒比表面积不小于410m²/g，0.074mm-0.1mm之间颗粒比表面积不小于450m²/g。