張老師中小高爐年會(huì)報(bào)告

高爐煉鐵燃料的若干新評(píng)價(jià)指標(biāo)張建良北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)、副院長(zhǎng)中國(guó)金屬學(xué)會(huì)煉鐵分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)電話手機(jī)mail:jl.zhang@2014年全國(guó)中小高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)成都2014年10月23日

主要內(nèi)容1.焦炭起始反應(yīng)溫度2.燃料的有效發(fā)熱值3.煤的分解熱4.新型煉鐵燃料開(kāi)發(fā)5.結(jié)論及建議

1.1焦炭在高爐內(nèi)行為及劣化過(guò)程

1.2當(dāng)前焦炭性能評(píng)價(jià)方法GB50427-2008《高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)不同容積高爐規(guī)定了焦炭不同質(zhì)量要求爐容級(jí)別（m3）10002000300040005000M40≥78%≥82%≥84%≥85%≥86%M10≤8.0%≤7.5%≤7.0%≤6.5%≤6.0%反應(yīng)后強(qiáng)度CSR≥58%≥60%≥62%≥65%≥66%反應(yīng)性指數(shù)CRI≤28%≤26%≤25%≤25%≤25%焦炭灰分≤13%≤13%≤12.5%≤12%≤12%焦炭含硫≤0.7%≤0.7%≤0.7%≤0.6%≤0.6%焦炭粒度范圍（mm）75~2075~2575~2575~2575~30大于上限≤10%≤10%≤10%≤10%≤10%小于下限≤8%≤8%≤8%≤8%≤8%起始反應(yīng)溫度≥892≥906≥910≥910≥910

1.2當(dāng)前焦炭性能評(píng)價(jià)方法焦炭質(zhì)量評(píng)價(jià)體系冷態(tài)性能熱態(tài)性能抗磨指數(shù)（M10）抗碎強(qiáng)度（M40）反應(yīng)性（CRI）反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）起始反應(yīng)溫度

1.3焦炭溶損反應(yīng)起始溫度概念焦炭起始反應(yīng)溫度降低，會(huì)導(dǎo)致：焦炭與CO2氣化反應(yīng)在高爐內(nèi)較早發(fā)生，焦炭本身溶損過(guò)程加劇，焦炭劣化現(xiàn)象顯著；焦炭起始反應(yīng)溫度定義：焦炭與CO2開(kāi)始反應(yīng)的溫度。

1.4焦炭溶損反應(yīng)起始溫度測(cè)試方法熱重試驗(yàn)檢（TG-DTG）測(cè)焦炭溶損反應(yīng)起始溫度基本步驟：焦炭試樣被制成80-125μm(115-180目)的粉末，焦粉質(zhì)量在25mg左右，將焦粉裝入熱重試驗(yàn)坩堝，通入CO2反應(yīng)氣體，以15℃/min連續(xù)升溫到1250℃，當(dāng)失重率為5%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度為焦炭溶損反應(yīng)起始溫度；

1.4焦炭溶損反應(yīng)起始溫度測(cè)試方法熱重試驗(yàn)檢（TG-DTG）測(cè)焦炭溶損反應(yīng)起始溫度煤種灰分揮發(fā)份水分硫分Coke111.70Coke213.201.068.180.67Coke312.701.149.000.64Coke412.181.337.40.69Coke512.491.327.50.71Coke613.741.306.30.90實(shí)驗(yàn)用焦炭工業(yè)分析：

1.5焦炭溶損反應(yīng)起始溫度實(shí)例分析熱重試驗(yàn)檢（TG-DTG）測(cè)焦炭溶損反應(yīng)起始溫度不同焦炭反應(yīng)起始溫度差異較大

1.5焦炭溶損反應(yīng)起始溫度實(shí)例分析熱重試驗(yàn)檢（TG-DTG）測(cè)焦炭溶損反應(yīng)起始溫度焦炭反應(yīng)起始溫度與反應(yīng)性有很好相關(guān)性，可以用于表征焦炭的反應(yīng)性。

主要內(nèi)容1.焦炭起始反應(yīng)溫度2.燃料的有效發(fā)熱值3.煤的分解熱4.新型煉鐵燃料開(kāi)發(fā)5.結(jié)論及建議

2.1煤粉在高爐內(nèi)的燃燒行為

2.2煤粉有效發(fā)熱值的概念煤粉在高爐內(nèi)的實(shí)際供給熱應(yīng)該是發(fā)熱量減去吸熱量的剩余熱量。揮發(fā)份分解揮發(fā)份燃燒固定碳燃燒灰分成渣……煤粉在高爐內(nèi)一系列行為水煤氣反應(yīng)放熱吸熱CON2H2煤粉發(fā)熱值高爐內(nèi)煤粉提供發(fā)熱值有效發(fā)熱值定義：煤粉中碳不完全燃燒發(fā)熱值扣除煤粉的分解熱、水煤氣反應(yīng)熱、脫硫耗熱、成渣熱之后的熱量，且氫參與的反應(yīng)最終產(chǎn)物為氫氣，不燃燒放熱。

2.2煤粉有效發(fā)熱值的計(jì)算方法1）煤粉中碳不完全燃燒放熱：2）水煤氣反應(yīng)耗熱：3）碳?xì)浠衔锓纸夂臒幔浩渲校?/p>

2.2煤粉有效發(fā)熱值的計(jì)算方法4）灰分形成爐渣帶耗熱：5）脫硫耗熱：其中：S表示硫含量；表示硫容量；n表示修正系數(shù)；表示每脫除1kg硫需要消耗的熱量最終可以得到有效發(fā)熱值：

2.3煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用通過(guò)有效發(fā)熱值，可以建立其與煤粉價(jià)格之間的關(guān)系，從而得到煤粉實(shí)際供給熱的性價(jià)比指標(biāo)K：通過(guò)模型計(jì)算出同一變質(zhì)程度的不同煤種的性價(jià)比K值，對(duì)比分析K值大小就可以定量評(píng)價(jià)不同噴吹煤的性價(jià)比差距；K值越大，噴吹煤性價(jià)比越高；K值越小，噴吹煤性價(jià)比越低；據(jù)此，可以實(shí)現(xiàn)煤種的優(yōu)化選擇。

2.3煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用有效發(fā)熱值計(jì)算需要數(shù)據(jù)：種類名稱VadAadMadSMfHGIQ(kJ/kg)P無(wú)煙煤A6.15912.091.3190.9410.840.7230306725B8.14112.931.6910.618.3168.4429925732煙煤C27.965.6188.9720.1617.4447.6526893547D23.767.22110.140.1917.4754.5825915547計(jì)算結(jié)果：種類名稱有效熱值(kJ/kg)有效熱值(kcal/kg)噴吹成本(RMB/t)K(103kJ/RMB)K(103kcal/RMB)無(wú)煙煤A27666.066618.67818.0233.828.09B27034.836467.66800.0933.798.08煙煤C24726.305915.38667.2137.068.87D23394.865596.86666.4435.18.40

2.3煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用有效發(fā)熱值的概念不僅僅用于煤粉，也可以其他高爐噴吹燃料，比如固體燃料（蘭炭、半焦、生物質(zhì)、生物質(zhì)焦、廢舊塑料、輪胎等）、氣體燃料（焦?fàn)t煤氣、天然氣等）以及液體燃料（重油、煤焦油等）等替代燃料。

2.3煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用已知焦?fàn)t煤氣組分和各組分的標(biāo)況密度（20℃，101.325KPa）：名稱標(biāo)況密度（kg/m3）組分（%）氮?dú)?.16462.4氧氣1.33020.7氫氣0.083857.9甲烷0.666924.9乙烯1.1662.6一氧化碳1.16448.2二氧化碳1.82963.3通過(guò)國(guó)標(biāo)方法（GB/T11062-1998），計(jì)算得到其體積發(fā)熱量為

：3952.61kcal/Nm3由于在高爐內(nèi)氫氣參與反應(yīng)不放熱，扣除氫氣放熱后的有效發(fā)熱值為：1637.72kcal/Nm3焦?fàn)t煤氣有效熱值計(jì)算實(shí)例：

主要內(nèi)容1.焦炭起始反應(yīng)溫度2.燃料的有效發(fā)熱值3.煤的分解熱4.新型煉鐵燃料開(kāi)發(fā)5.結(jié)論及建議

3.1煤粉分解熱的重要性高爐理論燃燒溫度可以理解為爐缸煤氣參與爐料熱交換前的溫度，是表征爐缸熱狀態(tài)的重要參數(shù)，其計(jì)算公式如下：碳燃燒成CO放出熱量鼓風(fēng)帶入熱量燃料帶入物理熱水煤氣反應(yīng)耗熱煤粉的分解熱的正確直接影響到的正確性！

3.1煤粉分解熱的重要性分解熱誤差為100kJ/kg時(shí)，與噴煤量的關(guān)系為：誤差不呈現(xiàn)線性規(guī)律：分解熱增加，理論燃燒溫度下降；溫度降低，氣體比熱容降低，理論燃燒溫度回升；綜合結(jié)果導(dǎo)致理燃無(wú)明顯規(guī)律。

3.2煤粉分解熱的確定原理及方法將蓋斯定律用于計(jì)算煤粉分解熱，其原理如下圖：噴吹煤粉C,CO,H2,N2CO2,H2O(g),N2氧彈量熱計(jì)直接測(cè)量

3.2煤粉分解熱的確定原理及方法常用燃料的分解熱：名稱分解熱無(wú)煙煤1005kJ/kg煙煤1172kJ/kg重油1675kJ/kgCH477.87kJ/molC2H6117.57kJ/mol

主要內(nèi)容1.焦炭起始反應(yīng)溫度2.燃料的有效發(fā)熱值3.煤的分解熱4.新型煉鐵燃料開(kāi)發(fā)5.結(jié)論及建議

4.1新型燃料的基本性能蘭炭在煉鐵領(lǐng)域的應(yīng)用蘭炭已在多家鋼鐵廠進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域涉及高爐噴吹、代替焦丁以及作為燒結(jié)燃料；高爐容積在450m3580m3800m32500m33200m34350m3；噴吹比例15-60%；代替焦丁比例15-30kg/t；代替燒結(jié)燃料比例10-100%；使用效果：高爐運(yùn)行穩(wěn)定，波動(dòng)較小。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果證明：蘭炭在不同容積高爐使用合適比例，高爐運(yùn)行良好；重要問(wèn)題是蘭炭運(yùn)輸成本偏高，如果價(jià)格合適，可進(jìn)一步擴(kuò)大使用比例。

4.1新型燃料的基本性能固定碳含量較高，揮發(fā)分較少，單純從工業(yè)分析角度看，接近無(wú)煙煤；除C蘭炭粉外，其余蘭炭發(fā)熱量均在29MJ/kg以上。A蘭炭系列固定碳含量均在80%以上，整體上高于其他兩種蘭炭；A蘭炭系列呈現(xiàn)出隨產(chǎn)品粒度增加，灰分、揮發(fā)分含量降低，固定碳含量升高，發(fā)熱量增加的規(guī)律；樣品名稱灰分/%揮發(fā)分/%固定碳/%高位發(fā)熱量/MJ/kgA蘭炭末10.278.4780.6229.25A蘭炭小料7.936.3985.0429.75A蘭炭中料4.584.7090.0031.51B蘭炭小料8.878.2782.1229.49B蘭炭中料8.126.3384.7930.05C蘭炭末11.818.2079.4228.85C蘭炭小料8.429.8681.0429.33表

蘭炭樣品工業(yè)分析蘭炭基本性能

4.1新型燃料的基本性能燃料種類高位發(fā)熱值，卡/克干基價(jià)格，元/噸熱值價(jià)格比，千卡/元A蘭炭末6997.52670.8310431.14B蘭炭末6978.05662.6510530.52C蘭炭末6901.91645.7610688.04無(wú)煙煤7356.34782.759398.07蘭炭與無(wú)煙煤的性價(jià)比比較

4.2新型燃料工業(yè)應(yīng)用圖

工業(yè)試驗(yàn)期間焦比變化圖

工業(yè)試驗(yàn)期間燃料比變化可以看出，噴吹蘭炭后高爐燃料比、焦比有顯著降低。其中燃料比降低了4.2kg/t，而焦比卻下降了6.8kg/t

，其燃料成本下降5.04元/t-H，這對(duì)降低煉鐵成本有顯著效果。蘭炭代替煤粉噴吹工業(yè)試驗(yàn)是在MJ鋼鐵公司450m3高爐進(jìn)行。蘭炭粉噴吹工業(yè)試驗(yàn)

4.2新型燃料工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對(duì)象為MJ鋼鐵公司的135m2帶式燒結(jié)機(jī)，使用的礦粉為該鋼鐵生產(chǎn)使用的礦粉，實(shí)驗(yàn)用焦粉為該集團(tuán)自產(chǎn)焦粉，蘭炭由神木集團(tuán)提供。燃料固定碳(%)濕基價(jià)格（元/噸）水分（%）干基價(jià)格（元/噸）蘭炭79.3545016.90541.52焦粉83.2460310.00670.00蘭炭作為燒結(jié)燃料工業(yè)試驗(yàn)

4.2新型燃料工業(yè)應(yīng)用蘭炭作為燒結(jié)燃料工業(yè)試驗(yàn)工業(yè)試驗(yàn)期，燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)均較穩(wěn)定，只有FeO含量隨蘭炭配比的提高只有FeO含量有上升的趨勢(shì)，但幅度不是很大。當(dāng)達(dá)到50%替代比例，使用蘭炭替代焦粉后每噸燃料最多可以降低成本38.35元，而按照最低的替代比例30%計(jì)算，也可以節(jié)省成本23.01元。

主要內(nèi)容1.焦炭起始反