CN112063781A - 一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料及其制备方法，主要解决现有技术中高炉喷煤用混合燃料成本高的技术问题。本发明一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其原料组分的重量百分比为：焦末预制粉5～20％,烟煤25～50％,无烟煤5～45％,兰炭10～25％，各原料组分的重量百分比之和为100％；所述焦末预制粉成分的重量百分比为：固定碳85～89％，灰分9～13％，挥发分1.0～1.5％；焦末预制粉的哈氏可磨指数为25～45。本发明混合燃料在满足高炉冶炼生产要求的情况下，大幅降低了无烟煤的消耗，降低了高炉喷煤用混合燃料的成本。

Description

一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高炉喷煤用燃料，特别涉及一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料及其制备方法，属于高炉喷吹煤粉、高炉炼铁技术领域。
背景技术
目前，全球有80％以上的生铁是由高炉冶炼生产，高炉炼铁流程面临着的三高问题：能源高消耗、环境高负荷、高度依赖化石资源，仍未解决。
高炉冶炼以冶炼最低生铁成本为目标，各钢铁企业根据自身原料条件与装备能力，不断地改善与开发新的冶炼工艺与方法。能耗是钢铁企业成本支出占比最高的一部分，铁前的能源消耗占据了钢铁生产能源总消耗的70％以上。
高炉冶炼以煤和焦炭作为主要的燃料，随着优质煤资源的减少、无烟煤等优质煤种价格上涨以及来自环保的压力等，钢铁企业煤炭使用逐渐被压缩，工业固废产生及外排量受到严格限制。
在高炉喷煤流程中消耗焦化除尘灰及高炉炼铁工序产生的焦末成为减少炼铁工序固废生成量的方法。各大钢铁企业都将根据自身燃料结构与设备能力开发出新的混合喷吹的炼铁方法。
当前，高炉喷吹原料主要有无烟煤、烟煤、兰炭三种，工业上大多采用其中两种或三种燃料通过合理配用进行高炉喷吹。中国煤炭资源的特点表现为无烟煤优质煤种占比少，而烟煤占比量较多并且价格较低。同时为了提升烟煤品质，对高挥发分长焰煤进行中低温干馏提质，其产品兰炭已经开始应用于高炉喷吹领域。
高炉炼铁工序中焦末的来源包括：焦炭在运输过程中破碎产生的焦末；高炉筛分产生的焦末等。高炉炼铁工序中产生的焦末的粒径≤16mm。焦炭在运输过程中产生的大量细小的焦末在部分满足于烧结消耗之后既不能入炉，又不能直接喷吹。如何充分利用这部分过剩焦末成为目前部分钢铁企业的难题。
高炉炼铁工序中产生的焦末成分稳定，固定碳含量高、挥发分低、热值高，通过改善喷吹工艺流程，利用设备对焦末进行制粉，并结合粒度控制、混煤配煤的技术手段来提高焦粉混合喷吹的燃烧率，从而达到高炉维持高效及低成本生产的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料及其制备方法，主要解决现有技术中高炉喷煤用混合燃料成本高的技术问题；本发明方法能够充分利用高炉炼铁工序中产生的焦末，降低了高炉喷煤用混合燃料的成本。
本发明采用的技术方案是，一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其原料组分的重量百分比为：焦末预制粉5～20％,烟煤25～50％,无烟煤5～45％,兰炭10～25％，各原料组分的重量百分比之和为100％；所述焦末预制粉成分的重量百分比为：固定碳85～89％，灰分9～13％，挥发分1.0～1.5％；焦末预制粉的哈氏可磨指数为25～45。
进一步，粒径≤0.061mm的焦末预制粉占焦末预制粉总质量的90％以上。申请人对不同粒径的焦粉、CDQ粉、无烟煤、烟煤以及兰炭进行单种燃料燃烧性能试验，燃烧性排序规律为：焦炭<CDQ粉<无烟煤<兰炭<烟煤。在200目～300目之间，焦粉和CDQ粉的燃烧性能大幅度上升，出现明显拐点；240目近似于200目～300目的平均粒径，对应粉末粒径为0.061mm。故结合磨煤机耗电量和出粉率确定：粒径≤0.061mm的焦末预制粉占焦末预制粉总质量的90％以上。
本发明所述的CDQ就是干熄焦,其英文名称为Coke Dry Quenching,简称CDQ，CDQ粉又称焦化厂干熄焦环境除尘灰，它是炼焦行业环保、节能、清洁生产要求下产生的废弃物。
进一步，粒径≤0.074mm的混合燃料占混合燃料总质量的85％以上，申请人通过研究，对不同粒径的混合煤进行燃烧性能试验，在综合比较喷吹用煤结构(配比)和煤粉粒径分布两方面的影响以后，确定混合煤粒径≤0.074mm的混合燃料占混合燃料总质量的85％以上最佳工艺参数。此时混合煤的燃烧性能优于无烟煤，与兰炭燃烧性能相近。对混合煤的粒径要求，还包括不断提升喷煤比的需求，以及降低成本和优化高炉操作的需求，随着喷煤量的提高，煤粉的燃烧性能受到一定影响，需要降低煤粉粒径来补偿。
本发明技术方案采用的焦末为高炉冶金焦筛下物，焦末的粒径≤3.0mm；本发明所述的焦末预制粉由焦末经球磨机或中速磨煤机磨制而成。
进一步，混合燃料由焦末预制粉、烟煤、无烟煤和兰炭混匀后得到的混匀料经中速磨煤机磨制而成。
上述含有焦末的高炉喷煤用混合燃料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)制备焦末预制粉，对焦末进行磨制得到焦末预制粉，控制粒径≤0.061mm的焦末预制粉占焦末预制粉总质量的90％以上；所述焦末为高炉冶金焦筛下物，焦末的粒径≤3.0mm；所述焦末预制粉成分的重量百分比为：固定碳85～89％，灰分9～13％，挥发分1.0～1.5％；焦末预制粉的哈氏可磨指数为25～45；
2)制备混合燃料，按配比分别称量焦末预制粉、烟煤、无烟煤和兰炭；将焦末预制粉、烟煤、无烟煤和兰炭混匀后得到混匀料；对混匀料进行磨制得到混合燃料，控制粒径≤0.074mm的混合燃料占混合燃料总质量的85％以上；所述混合燃料原料组分的重量百分比为：焦末预制粉5～20％,烟煤25～50％,无烟煤5～45％,兰炭10～25％，各原料组分的重量百分比之和为100％。
进一步，用球磨机或中速磨煤机对焦末进行磨制得到焦末预制粉。
进一步，用中速磨煤机对混匀料进行磨制得到混合燃料。
对于焦粉在喷吹燃料中的占比，是通过不同焦粉配比的喷吹试验得到的结论。在焦粉配比达到14％的条件下，此时CDQ粉配比是5％，混合煤的燃烧性能出现大幅度的降低，混合煤的燃烧性能出现明显的拐点；CDQ粉是干熄焦工序产生的除尘灰，是粒度较细的焦粉，所以实际情况是焦粉总的配比已达到19％。为了避免出现混合煤燃烧性能大幅度降低，故混合燃料原料组分的重量百分比中焦末预制粉为5～20％，以保证喷吹物在高炉风口回旋区的有效燃烧。
本发明放方法包括焦末的单独制粉又有混匀料制粉过程，由于焦末的HGI值低，制粉性能较差，在单独制粉或者混合制粉过程都涉及到设备的要求。使用球磨机，利用球磨机的制粉能力强，球磨机生产率高特点，可以很好的解决制粉能力不足的现象，并同时提高煤粉中0.074mm以下的占比，改善燃烧性能有利于焦末在高炉内的充分利用。
高炉喷煤的目的是煤粉能在炉内得到充分有效地利用，最大限度地发挥以煤代焦降低入炉焦比的作用。煤粉在风口前的燃烧率指标决定了煤粉在炉内有效利用的程度，本发明混合燃料燃烧率为69-73％。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法能够充分利用高炉炼铁工序中产生的焦末，减少了高炉喷煤用混合燃料中优质煤种的使用量，通过科学精准调整高炉燃料结构，在满足高炉冶炼生产要求的情况下，大幅降低了无烟煤的消耗，降低了高炉喷煤用混合燃料的成本。2、本发明方法能够充分利用高炉炼铁工序中产生的焦末，提高资源综合利用率，减少固废产生量。
具体实施方式
下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明，如表1～3所示。
一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其原料组分的重量百分比为：焦末预制粉5～20％,烟煤25～50％,无烟煤5～45％,兰炭10～25％，各原料组分的重量百分比之和为100％；所述焦末预制粉成分的重量百分比为：固定碳85～89％，灰分9～13％，挥发分1.0～1.5％；焦末预制粉的哈氏可磨指数为25～45。
表1本发明实施例各原料成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002088419020000031
Figure BDA0002088419020000041
表2本发明本发明实施例各原料的性能
类别 热值，J/kg 燃烧率，％
烟煤 25000-27000 70-80
无烟煤 29000-31000 55-65
兰炭 29000-31000 60-70
焦末预制粉 31000-36000 35-50
表3本发明实施例混合燃料原料组分，单位：重量百分比。
类别 烟煤 无烟煤 兰炭 焦末预制粉
实施例1 35 45 15 5
实施例2 39 21 25 15
实施例3 45 10 25 20
实施例4 50 5 25 20
对比例1 35 55 10 0
实施例1-4混合燃料的挥发分分别为17.18％，17.54％，18.39％，19.45％；燃烧率分别为70.85％，72.57％，71.38％，69.45％；对比例的挥发分为17.43％，燃烧率为71.43％。
实施例1，混合燃料中烟煤的热值为27957.85kJ/kg，燃烧率为76.77％；无烟煤的热值为30709.39J/kg，燃烧率为59.72％；兰炭的热值为29993.46kJ/kg，燃烧率为64.61％；焦末预制粉的热值为34601.02kJ/kg，燃烧率为45.23％；实施例1各原料成分见表4。
表4本发明实施例1各原料成分，单位：重量百分比。
类别 固定碳 灰分 挥发分 硫含量
烟煤 62.64 5.72 31.64 0.42
无烟煤 79.42 10.88 9.7 0.48
兰炭 74.72 11.78 13.5 0.32
焦末预制粉 87.62 11.3 1.08 0.66
混合燃料用于3200m3高炉喷吹时，工艺控制参数为：热风温度1150℃，富氧率为1％，鼓风湿度为1％，鼓风量为1134.658m3/t；高炉生产冶炼一吨铁水的指标如下：煤比：138kg/t；焦比：390kg/t；燃料比：528kg/t；理论燃烧温度：2231℃；热损失：6.12％；炉腹煤气：1457.07m3/t；直接还原度：0.51；煤气利用率：0.457；炉渣碱度：1.15；喷吹成本：136.21元/吨铁。
实施例2，混合燃料中烟煤的热值和燃烧率，无烟煤的热值和燃烧率；兰炭的热值和燃烧率及焦末预制粉的热值和燃烧率同实施例1；实施例2各原料成分同实施例1。
混合燃料用于3200m3高炉喷吹时，工艺控制参数同实施例1；高炉生产的冶炼一吨铁水的指标如下：煤比：146kg/t；焦比：385kg/t；燃料比：531kg/t；热风温度：1150℃；理论燃烧温度：2226℃；热损失：6.069％；炉腹煤气：1462.32m3/t；直接还原度：0.51；煤气利用率：0.454；炉渣碱度：1.14；喷吹成本：132.7元/t。
实施例3，混合燃料中烟煤的热值和燃烧率，无烟煤的热值和燃烧率；兰炭的热值和燃烧率及焦末预制粉的热值和燃烧率同实施例1；实施例3各原料成分同实施例1。
混合燃料用于3200m3高炉喷吹时，工艺控制参数同实施例1；高炉生产冶炼一吨铁水的指标如下：煤比：148kg/t；焦比：385kg/t；燃料比：533kg/t；热风温度：1150℃；理论燃烧温度：2220℃；热损失：6.046％炉腹煤气：1467.85m3/t；直接还原度：0.51；煤气利用率：0.451；炉渣碱度：1.15；喷吹成本：117.38元/t。
实施例4，混合燃料中烟煤的热值和燃烧率，无烟煤的热值和燃烧率；兰炭的热值和燃烧率及焦末预制粉的热值和燃烧率同实施例1；实施例4各原料成分同实施例1。
混合燃料用于3200m3高炉喷吹时，工艺控制参数同实施例1；高炉生产冶炼一吨铁水的指标如下：煤比：151kg/t；焦比：385kg/t；燃料比：536kg/t；热风温度：1150℃；理论燃烧温度：2213℃；热损失：6.035％；炉腹煤气：1475.5m3/t；直接还原度：0.51；煤气利用率：0.448；炉渣碱度：1.15；喷吹成本：125.2元/t。
对比例1，混合燃料中烟煤的热值和燃烧率，无烟煤的热值和燃烧率；兰炭的热值和燃烧率同实施例4；实施例4中烟煤、无烟煤及兰炭的成分同实施例1。
混合燃料用于3200m3高炉喷吹时，工艺控制参数同实施例1；高炉生产的冶炼一吨铁水的指标如下：煤比：145kg/t；焦比：385kg/t；燃料比：530kg/t；热风温度：1150℃；理论燃烧温度：2228℃；热损失：6.053％；炉腹煤气：1462.75m3/t；直接还原度：0.51；煤气利用率：0.454；炉渣碱度：1.15；喷吹成本：149.63元/t。
本发明实施例表明，在现有的高炉喷吹燃料体系下，进行以焦末为燃料的高炉混合喷吹后，煤比与燃料比和传统高炉喷吹变化不大，在其他工艺条件相同的情况下，焦粉混合喷吹的煤比保持在145kg/t上下，燃料比保持在531kg/t左右的水平。
随着焦粉的加入，无烟煤占比由55％下降至5％，可以起到代替部分无烟煤的作用；从冶炼一吨生铁的喷吹成本上来看，由149.63元/t变化至117.38元/t呈现下降的趋势。因此，本发明提供混合燃料可以达到降低无烟煤等优质煤种的消耗，充分利用钢铁企业的废固，降低喷吹成本，起到资源综合利用的效果。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其特征是，该混合燃料原料组分的重量百分比为：焦末预制粉5～20％,烟煤25～50％,无烟煤5～45％,兰炭10～25％，各原料组分的重量百分比之和为100％；所述焦末预制粉成分的重量百分比为：固定碳85～89％，灰分9～13％，挥发分1.0～1.5％；焦末预制粉的哈氏可磨指数为25～45。
2.如权利要求1所述的一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其特征是，所述焦末预制粉，其粒径≤0.061mm的焦末预制粉占焦末预制粉总质量的90％以上。
3.如权利要求1所述的一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其特征是，所述混合燃料，其粒径≤0.074mm的混合燃料占混合燃料总质量的85％以上。
4.如权利要求1所述的一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其特征是，所述焦末预制粉由焦末经球磨机或中速磨煤机磨制而成；所述焦末为高炉冶金焦筛下物，焦末的粒径≤3.0mm。
5.如权利要求1所述的一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料，其特征是，所述混合燃料由焦末预制粉、烟煤、无烟煤和兰炭混匀后得到的混匀料经中速磨煤机磨制而成。
6.一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料的制备方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
1)制备焦末预制粉，对焦末进行磨制得到焦末预制粉，控制粒径≤0.061mm的焦末预制粉占焦末预制粉总质量的90％以上；所述焦末为高炉冶金焦筛下物，焦末的粒径≤3.0mm；所述焦末预制粉成分的重量百分比为：固定碳85～89％，灰分9～13％，挥发分1.0～1.5％；焦末预制粉的哈氏可磨指数为25～45；
2)制备混合燃料，按配比分别称量焦末预制粉、烟煤、无烟煤和兰炭；将焦末预制粉、烟煤、无烟煤和兰炭混匀后得到混匀料；对混匀料进行磨制得到混合燃料，控制粒径≤0.074mm的混合燃料占混合燃料总质量的85％以上；所述混合燃料原料组分的重量百分比为：焦末预制粉5～20％,烟煤25～50％,无烟煤5～45％,兰炭10～25％，各原料组分的重量百分比之和为100％。
7.一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料的制备方法，其特征是，用球磨机或中速磨煤机对焦末进行磨制得到焦末预制粉。
8.一种含有焦末的高炉喷煤用混合燃料的制备方法，其特征是，用中速磨煤机对混匀料进行磨制得到混合燃料。
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