CN112375860B - 一种高炉喷吹混合燃料的制备方法 - Google Patents

一种高炉喷吹混合燃料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高炉喷吹混合燃料的制备方法，该方法根据燃料的物理化学性质提供了一定的判别指标来确定高炉喷吹燃料在混合过程中的配合比例，利用燃料的燃烧特性指数对燃料配合进行评价指导。合理利用了不同喷吹燃料的燃烧特性和可磨性的差异，提供了高炉喷吹混合燃料配合比例数学模型和应用方法，既能更好的体现原料燃烧特性在配煤过程中的应用，又能避免传统配煤指导兰炭在配煤过程中的偏差，也保证混合燃料在高炉中具有高的燃烧性能。在满足高炉喷吹燃料的入炉指标要求的同时也能降低制粉能量消耗，有助于降低高炉燃料比，提高高炉冶炼过程中的生产效率，从而提高经济收益。并且此方法操作简单便于实施、可行性高和适用范围广。

Description

一种高炉喷吹混合燃料的制备方法
技术领域
本发明属于高炉喷煤技术领域，具体涉及一种高炉喷吹混合燃料的制备方法。
背景技术
高炉喷吹技术在高炉炼铁过程中能大幅度降低燃料消耗成本，在钢铁行业中的应用取得了良好的经济效应。此前，我国高炉喷吹原料主要有无烟煤、低挥发分烟煤和高挥发分烟煤三种。随着环保要求的提升，市场需求的扩大以及对原料经济性的考虑，在配煤时为了降低无烟煤的含量会使用兰炭进行配合。但是兰炭存在一些问题，当前的高炉喷吹煤粉制粉工艺一般是先进行原料的配合再通过中速磨机制备成煤粉。中速磨机在对烟煤和无烟煤的混合煤磨粉过程中具有良好效果，但是当使用兰炭代替一部分无烟煤之后，由于兰炭的哈氏可磨指数一般要低于烟煤和无烟煤，这种差异导致兰炭在粉碎过程中难以磨碎，会出现烟煤和无烟煤已达到粒度要求而兰炭颗粒仍然较大的情况，并且制成的兰炭粉末颗粒具有明显的尖锐棱角，这会极大的磨损输送管道和喷枪，导致设备使用周期降低，从而影响了生产效率。
目前，传统高炉喷吹配煤主要通过控制一定的指标进行，包括水分、灰分、挥发分、可磨性指数、灰熔点、硫含量和热值等，其中以挥发分为主，认为挥发分高时燃料燃烧性能好。这个方法适用于烟煤和无烟煤的配合，但是随着兰炭这种新型燃料的出现，这种评判方法显现出一定缺陷。由于兰炭是低变质煤中低温干馏梯级转化的固体产物，具有固定碳高、化学活性高、低灰分等特点，与无烟煤存在一定的差异。某些兰炭在低挥发分时也会有比无烟煤高的燃烧特性，在用同等挥发分的兰炭简单替代无烟煤时，虽然可磨性变差，但是燃烧性能得到提高。所以在使用兰炭替代无烟煤配煤时可以有效的降低高炉燃料比，提高高炉炼铁生产效率。然而，目前针对高炉喷吹兰炭还没有使用规范，市场上的兰炭质量波动大，并且传统配煤使用的指标不能直接反映燃料的燃烧性能，所以用传统方法评价和指导兰炭配煤时会出现一定偏差。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种高炉喷吹混合燃料的制备方法，该方法克服了传统配煤对指导添加兰炭时存在偏差的缺点。
技术方案：本发明所述的一种高炉喷吹混合燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)测定单种燃料的哈氏可磨性指数HGI、挥发分Vdaf、灰分Ad及全硫量St；
(2)将单种燃料制成粒度0.2mm以下的分析试样，按照热重分析法进行测试，得到分析试样的燃烧特性TG曲线和DTG曲线，从曲线中得出试样的着火温度Ti，燃尽温度Th，平均燃烧速率以及最大燃烧速率四个特征指标，并计算出燃料的综合燃烧特性指数S；计算公式：
Figure GDA0003489673430000021
其中，综合燃烧特性指数S单位为mg2/min2·℃3，(dw/dt)max为最大燃烧速率，(dw/dt)mean为平均燃烧速率，Ti为着火温度，Th为燃尽温度；
(3)根据高炉喷吹燃料配合比例
Figure GDA0003489673430000022
进行各种燃料配合，其中，α根据燃料的综合燃烧特性指数S值以及试样的挥发分Vdaf按如下规则进行选择：
当S≥18，Vdaf≥28时，α取20％～30％；
当S≥18，Vdaf<28时，α取10％～20％；
当5<S<18，Vdaf≥10时，α取10％～20％；
当5<S<18，Vdaf<10时，α取45％～55％；
当S<5时，α取0～5％。
其中，所述步骤(2)中，燃烧特性试验条件包括：工作温度从室温以升温速率20±5℃/min升温到1200℃；进气流量为70±10mL/min的空气；样品质量为10±1mg。
四个特征指标根据以下要求确定，具体的：
所述步骤(2)中，着火温度Ti和燃尽温度Th的确定方法为：过DTG曲线的最低点作垂线交TG曲线于点A，过点A做TG曲线的切线，该切线与TG曲线上挥发分开始失重时的水平线的交点所对应的横坐标的温度为该试样的着火温度Ti，该切线与TG曲线重量损失结束时的水平线的交点所对应的横坐标值为该试样的燃尽温度Th。
所述步骤(2)中，DTG曲线最低点的纵坐标为该试样的最大燃烧速率。
所述步骤(2)中，平均燃烧速率根据如下公式确定：
Figure GDA0003489673430000023
其中，β为升温速率；Wh为燃尽温度所对应的剩余样品的百分数；Wi为着火温度所对应的剩余样品的百分数；Th为燃尽温度；Ti为着火温度。
所述步骤(3)中，按比例配合的混合燃料满足以下要求：灰分Ad≤11％，全硫量St≤0.6％，挥发分Vdaf在16％～24％，燃料的综合燃烧特性指数S值在8～15。
进一步的，该制备方法包括五种燃料，分别为烟煤、无烟煤、改质兰炭、兰炭和焦粉。
进一步的，还包括将上述燃料按比例混合后经中速磨机粉碎的步骤。
经中速磨机粉碎后的混合燃料粒度小于0.074mm的质量比例达到70％以上。
有益效果：与现有技术相比，该方法根据燃料的物理化学性质提供了一定的判别指标来确定高炉喷吹燃料在混合过程中的配合比例，利用燃料的燃烧特性指数对燃料配合进行评价指导。合理利用了不同喷吹燃料的燃烧特性和可磨性的差异，提供了高炉喷吹混合燃料配合比例数学模型和应用方法，既能更好的体现原料燃烧特性在配煤过程中的应用，又能避免传统配煤指导兰炭在配煤过程中的偏差，也保证混合燃料在高炉中具有高的燃烧性能。在满足高炉喷吹燃料的入炉指标要求的同时也能降低制粉能量消耗，有助于降低高炉燃料比，提高高炉冶炼过程中的生产效率，从而提高经济收益。并且此方法操作简单便于实施、可行性高和适用范围广。
具体实施方式
利用上述方法选取烟煤、无烟煤、改质兰炭、兰炭和焦粉五种燃料进行混合，将混合后所得混合燃料通过中速磨机粉碎后在1200℃的风温下利用高炉喷吹系统向高炉进行喷吹，其中经中速磨机粉碎后的混合燃料粒度小于0.074mm的质量比例达到70％以上，混合燃料需满足以下要求：Ad≤11％，St≤0.6％，Vdaf在16％～24％，S值在8～15。
实施例1：按上述步骤得到数据表1
表1实施例1燃料配比表
Figure GDA0003489673430000031
Figure GDA0003489673430000041
经过配合后的燃料通过测试得：
混合燃料的Ad为8.35％，St为0.41％，Vdaf为17.23％，S值为12.4，满足方法要求，燃烧性能较好，可以保证混合燃料在高炉中提供大量热量，降低高炉燃料比的同时对环境的污染小。
实施例2：按上述步骤得到数据表2
表2实施例2燃料配比表
Figure GDA0003489673430000042
经过配合后的燃料通过测试得：
混合燃料的Ad为8.32％，St为0.39％，Vdaf为17.52％，S值为14.5，满足方法要求，燃烧性能好，可以保证混合燃料在高炉中提供大量热量，降低高炉燃料比的同时对环境的污染小。
实施例3：按上述步骤得到数据表3
表3实施例3燃料配比表
Figure GDA0003489673430000043
经过配合后的燃料通过测试得：
混合燃料的Ad为7.95％，St为0.41％，Vdaf为16.87％，S值为12.7，满足方法要求，燃烧性能较好，可以保证混合燃料在高炉中提供大量热量，降低高炉燃料比的同时对环境的污染小。
实施例4：按上述步骤得到数据表4
表4实施例4燃料配比表
Figure GDA0003489673430000051
经过配合后的燃料通过测试得：
混合燃料的Ad为7.96％，St为0.32％，Vdaf为18.85％，S值为13.4，满足方法要求，燃烧性能好，可以保证混合燃料在高炉中提供大量热量，降低高炉燃料比的同时对环境的污染小。

Claims (9)

1.一种高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测定单种燃料的哈氏可磨性指数HGI、挥发分Vdaf、灰分Ad及全硫量St；
(2)将单种燃料制成粒度0.2mm以下的分析试样，按照热重分析法进行测试，得到分析试样的燃烧特性TG曲线和DTG曲线，从曲线中得出试样的着火温度Ti，燃尽温度Th，平均燃烧速率以及最大燃烧速率四个特征指标，并计算出燃料的综合燃烧特性指数S；计算公式：
Figure FDA0003489673420000011
其中，综合燃烧特性指数S单位为mg2/min2·℃3，(dw/dt)max为最大燃烧速率，(dw/dt)mean为平均燃烧速率，Ti为着火温度，Th为燃尽温度；
(3)根据高炉喷吹燃料配合比例
Figure FDA0003489673420000012
进行各种燃料配合，其中，α根据燃料的综合燃烧特性指数S值以及试样的挥发分Vdaf按如下规则进行选择：
当S≥18，Vdaf≥28时，α取20％～30％；
当S≥18，Vdaf<28时，α取10％～20％；
当5<S<18，Vdaf≥10时，α取10％～20％；
当5<S<18，Vdaf<10时，α取45％～55％；
当S<5时，α取0～5％。
2.根据权利要求1所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，燃烧特性试验条件包括：工作温度从室温以升温速率20±5℃/min升温到1200℃；进气流量为70±10mL/min的空气；样品质量为10±1mg。
3.根据权利要求1所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，着火温度Ti和燃尽温度Th的确定方法为：过DTG曲线的最低点作垂线交TG曲线于点A，过点A做TG曲线的切线，该切线与TG曲线上挥发分开始失重时的水平线的交点所对应的横坐标的温度为该试样的着火温度Ti，该切线与TG曲线重量损失结束时的水平线的交点所对应的横坐标值为该试样的燃尽温度Th。
4.根据权利要求1所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，DTG曲线最低点的纵坐标为该试样的最大燃烧速率。
5.根据权利要求1所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，平均燃烧速率根据如下公式确定：
Figure FDA0003489673420000021
其中，β为升温速率；Wh为燃尽温度所对应的剩余样品的百分数；Wi为着火温度所对应的剩余样品的百分数；Th为燃尽温度；Ti为着火温度。
6.根据权利要求1所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，按比例配合的混合燃料满足以下要求：灰分Ad≤11％，全硫量St≤0.6％，挥发分Vdaf在16％～24％，燃料的综合燃烧特性指数S值在8～15。
7.根据权利要求6所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，包括五种燃料，分别为烟煤、无烟煤、改质兰炭、兰炭和焦粉。
8.根据权利要求7所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，还包括将上述燃料按比例混合后经中速磨机粉碎的步骤。
9.根据权利要求8所述的高炉喷吹混合燃料的制备方法，其特征在于，经中速磨机粉碎后的混合燃料粒度小于0.074mm的质量比例达到70％以上。
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