1、高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo)高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo)張建良張建良北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)、副院長北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)、副院長中國金屬學(xué)會煉鐵分會秘書長中國金屬學(xué)會煉鐵分會秘書長電話：電話手機：；手機mail:20142014年全國中小高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會年全國中小高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會成都成都2014年年10月月23日日高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 2/38 張建良主要內(nèi)容1. 焦炭起始反應(yīng)溫度焦炭起始反應(yīng)溫度2. 燃料的有效發(fā)熱值燃料的有效發(fā)熱值3. 煤的分解熱煤的分解熱4. 新型煉鐵燃料開發(fā)新型煉鐵燃料開發(fā)5. 結(jié)論及建議結(jié)論及建議高爐煉鐵燃

2、料的若干新評價指標(biāo) 3/38 張建良1.1 焦炭在高爐內(nèi)行為及劣化過程焦炭在高爐內(nèi)行為及劣化過程高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 4/38 張建良1.2 當(dāng)前焦炭性能評價方法當(dāng)前焦炭性能評價方法GB50427-2008GB50427-2008高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范對不同容積高爐規(guī)定了焦炭不同質(zhì)高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范對不同容積高爐規(guī)定了焦炭不同質(zhì)量要求量要求爐容級別（爐容級別（m3）10002000300040005000M4078%82%84%85%86%M108.0%7.5%7.0%6.5%6.0%反應(yīng)后強度反應(yīng)后強度CSR58%60%62%65%66%反應(yīng)性指數(shù)反應(yīng)性指數(shù)CRI28%26%25%2

3、5%25%焦炭灰分焦炭灰分13%13%12.5%12%12%焦炭含硫焦炭含硫0.7%0.7%0.7%0.6%0.6%焦炭粒度范圍（焦炭粒度范圍（mm）75207525752575257530大于上限大于上限10%10%10%10%10%小于下限小于下限8%8%8%8%8%起始反應(yīng)溫度起始反應(yīng)溫度892906910910910高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 5/38 張建良1.2 當(dāng)前焦炭性能評價方法當(dāng)前焦炭性能評價方法焦焦炭炭質(zhì)質(zhì)量量評評價價體體系系冷態(tài)性能冷態(tài)性能熱態(tài)性能熱態(tài)性能抗磨指數(shù)抗磨指數(shù)（M M1010）抗碎強度抗碎強度（M M4040）反應(yīng)性反應(yīng)性（CRICRI）反應(yīng)后強度反應(yīng)后強度

4、（CSRCSR）起始反應(yīng)溫度起始反應(yīng)溫度高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 6/38 張建良1.3 焦炭溶損反應(yīng)起始溫度概念焦炭溶損反應(yīng)起始溫度概念焦炭起始反應(yīng)溫度降低，會導(dǎo)致：焦炭起始反應(yīng)溫度降低，會導(dǎo)致：焦炭與焦炭與COCO2 2氣化反應(yīng)在高爐內(nèi)較早發(fā)生氣化反應(yīng)在高爐內(nèi)較早發(fā)生，焦炭本身焦炭本身溶損過程加劇溶損過程加劇，焦炭，焦炭劣化現(xiàn)劣化現(xiàn)象顯著象顯著；焦炭起始反應(yīng)溫度定義：焦炭與焦炭起始反應(yīng)溫度定義：焦炭與COCO2 2開始反開始反應(yīng)的溫度。應(yīng)的溫度。高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 7/38 張建良1.4 焦炭溶損反應(yīng)起始溫度測試方法焦炭溶損反應(yīng)起始溫度測試方法熱重試驗檢（熱重試驗檢（TG-D

5、TGTG-DTG）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度基本步驟：基本步驟：焦炭試樣被制成焦炭試樣被制成80-125m (115-18080-125m (115-180目目) )的粉末的粉末，焦粉質(zhì)量在，焦粉質(zhì)量在25mg25mg左右左右，將，將焦粉裝入熱重試驗坩堝，通入焦粉裝入熱重試驗坩堝，通入COCO2 2反應(yīng)反應(yīng)氣體氣體，以，以1515/min/min連續(xù)升溫到連續(xù)升溫到12501250，當(dāng)當(dāng)失重率為失重率為5%5%時時，所對應(yīng)的溫度為，所對應(yīng)的溫度為焦焦炭溶損反應(yīng)起始溫度炭溶損反應(yīng)起始溫度；高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 8/38 張建良1.4 焦炭溶損反應(yīng)起始溫度測試方法焦炭溶

6、損反應(yīng)起始溫度測試方法熱重試驗檢（熱重試驗檢（TG-DTGTG-DTG）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度煤種灰分揮發(fā)份水分硫分Coke 111.711.197.160.60Coke 213.201.068.180.67Coke 312.701.149.000.64Coke 412.181.337.40.69Coke 512.491.327.50.71Coke 613.741.306.30.90實驗用焦炭工業(yè)分析：高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 9/38 張建良1.5 焦炭溶損反應(yīng)起始溫度實例分析焦炭溶損反應(yīng)起始溫度實例分析熱重試驗檢（熱重試驗檢（TG-DTGTG-DTG）測焦炭溶損

7、反應(yīng)起始溫度）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度不同焦炭反應(yīng)起始溫不同焦炭反應(yīng)起始溫度差異較大度差異較大高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 10/38 張建良1.5 焦炭溶損反應(yīng)起始溫度實例分析焦炭溶損反應(yīng)起始溫度實例分析熱重試驗檢（熱重試驗檢（TG-DTGTG-DTG）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度）測焦炭溶損反應(yīng)起始溫度焦炭反應(yīng)起始溫度與反焦炭反應(yīng)起始溫度與反應(yīng)性有很好相關(guān)性，可應(yīng)性有很好相關(guān)性，可以用于表征焦炭的反應(yīng)以用于表征焦炭的反應(yīng)性。性。高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 11/38 張建良主要內(nèi)容1. 焦炭起始反應(yīng)溫度焦炭起始反應(yīng)溫度2. 燃料的有效發(fā)熱值燃料的有效發(fā)熱值3. 煤的分解熱煤的分解熱4. 新型煉鐵

8、燃料開發(fā)新型煉鐵燃料開發(fā)5. 結(jié)論及建議結(jié)論及建議高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 12/38 張建良2.1 煤粉在高爐內(nèi)的燃燒行為煤粉在高爐內(nèi)的燃燒行為高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 13/38 張建良2.2 煤粉有效發(fā)熱值的概念煤粉有效發(fā)熱值的概念煤粉在高爐內(nèi)的實際供給熱應(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煤粉粉在在高高爐爐內(nèi)內(nèi)一一系系列列行行為為水煤氣反應(yīng)放熱吸熱CO N2 H2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：有效發(fā)熱值定義：煤粉中碳不完全燃燒發(fā)熱值煤粉中碳不完全燃燒發(fā)熱值扣除扣除煤粉的分解熱、煤粉的分解熱、水煤氣反應(yīng)熱、脫硫耗熱、成渣熱之后

9、的熱量水煤氣反應(yīng)熱、脫硫耗熱、成渣熱之后的熱量，且，且氫氫參與的反應(yīng)最參與的反應(yīng)最終產(chǎn)物為氫氣終產(chǎn)物為氫氣，不燃燒放熱。，不燃燒放熱。高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 14/38 張建良2.2 煤粉有效發(fā)熱值的計算方法煤粉有效發(fā)熱值的計算方法1）煤粉中碳不完全燃燒放熱：arrCQ10125.4122）水煤氣反應(yīng)耗熱：2arH O10 MQ124.5183）碳?xì)浠衔锓纸夂臒幔?docCCOHnet,arararararnet,arQ=Q +Q+Q QCOO = 10-10408.8+ 10283.4+5 H242.0-Q121616（） net.ararararararQ339C1031H109

10、OS25.1M其中：arC -表示空氣干燥基碳元素含量arM -表示空氣干燥基碳水含量高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 15/38 張建良2.2 煤粉有效發(fā)熱值的計算方法煤粉有效發(fā)熱值的計算方法4）灰分形成爐渣帶耗熱： 2310tAl OMgOAashftWWQ =SA,R,C t dtQ5）脫硫耗熱：ssssssLC ,nQ(S)HLC ,n1其中：ssLn CS表示硫含量；sC表示硫容量；n表示修正系數(shù)；sH表示每脫除1kg硫需要消耗的熱量1023ashf-A-C(t)-tttW(MgO)-W(Al O )-R-S-;Q -煤中灰分含量；表示爐渣在 溫度下的比熱容；表示爐渣溫度；表示煤粉灰初始

11、溫度；高爐渣中氧化鎂含量，煤高爐渣粉成灰中氧化鋁的含量，表示高爐渣堿度，渣量為成渣熱；2eRc,iH OdocASQQRQQQQ最終可以得到有效發(fā)熱值：最終可以得到有效發(fā)熱值：高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 16/38 張建良2.3 煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用通過有效發(fā)熱值，可以建立其與煤粉價格之間的關(guān)系，從而得到煤粉實際供給熱的性價比指標(biāo)K：K= kJ/有效發(fā)熱值元噴吹成本通過模型計算出同一變質(zhì)程度的不同煤種的性價比K值，對比分析K值大小就可以定量評價不同噴吹煤的性價比差距；K值越大，噴吹煤性價比越高；K值越小，噴吹煤性價比越低；據(jù)此，可以實現(xiàn)煤種的優(yōu)化選擇。高爐煉鐵燃料的若干新

12、評價指標(biāo) 17/38 張建良2.3 煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用有效發(fā)熱值計算需要數(shù)據(jù)：種類名稱VadAadMadSMfHGIQ (kJ/kg)P無煙煤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 (103

13、kcal/RMB)無煙煤A27666.066618.67 818.0233.828.09 B27034.836467.66 800.0933.798.08 煙煤C24726.305915.38 667.2137.068.87 D23394.865596.86 666.4435.18.40 高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 18/38 張建良2.3 煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用煤粉有效發(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，比如固體燃料噴吹燃料，比如固體燃料（蘭炭、半焦、生物質(zhì)、生蘭炭、半焦、生物質(zhì)、生物質(zhì)焦、廢舊塑料、輪胎等物質(zhì)焦、

14、廢舊塑料、輪胎等）、）、氣體燃料氣體燃料（焦?fàn)t煤氣、（焦?fàn)t煤氣、天然氣等）天然氣等）以及液體燃料（以及液體燃料（重油、煤焦油等）重油、煤焦油等）等等替代替代燃料燃料。高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 19/38 張建良2.3 煤粉有效發(fā)熱值的應(yīng)用煤粉有效發(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（%）氮氣1.16462.4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通過國標(biāo)方法（GB/T11062-1998），計算得到其體積發(fā)熱量為體積

15、發(fā)熱量為 ：3952.61 kcal/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：有效發(fā)熱值為：1637.72 kcal/Nm3焦?fàn)t煤氣有效熱值計算實例：焦?fàn)t煤氣有效熱值計算實例：高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 20/38 張建良主要內(nèi)容1. 焦炭起始反應(yīng)溫度焦炭起始反應(yīng)溫度2. 燃料的有效發(fā)熱值燃料的有效發(fā)熱值3. 煤的分解熱煤的分解熱4. 新型煉鐵燃料開發(fā)新型煉鐵燃料開發(fā)5. 結(jié)論及建議結(jié)論及建議高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 21/38 張建良3.1 煤粉分解熱的重要性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

16、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)，其計算公式如下：2222CCOCONNHHQ +Q +Q -Q-QT =CV+CV +CV風(fēng)燃水解煤解理碳燃燒成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Q煤解的正確直接影響到T理的正確性！高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 22/38 張建良3.1 煤粉分解熱的重要性煤粉分解熱的重要性分解熱誤差為100kJ/kg時， 與噴煤量的關(guān)系為：T理誤差不呈現(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)致理燃無明顯規(guī)律。高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 23/38 張建良3.2 煤粉分解熱

17、的確定原理及方法煤粉分解熱的確定原理及方法將蓋斯定律用于計算煤粉分解熱，其原理如下圖：噴吹煤粉C, CO, H2, N2CO2, H2O(g), N2Q分netQtotalQnettotalQ =Q-Q分221122222233C+O =CO +H H =-408.8kJ/molC+1/2O =CO+H H =-283.4kJ/molH +1/2O =H O+H H =-242.0kJ/mol氧彈量熱計直接測量高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 24/38 張建良3.2 煤粉分解熱的確定原理及方法煤粉分解熱的確定原理及方法常用燃料的分解熱：常用燃料的分解熱：名稱分解熱無煙煤1005 kJ/kg煙煤1

18、172 kJ/kg重油1675 kJ/kgCH477.87 kJ/molC2H6117.57 kJ/mol高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 25/38 張建良主要內(nèi)容1. 焦炭起始反應(yīng)溫度焦炭起始反應(yīng)溫度2. 燃料的有效發(fā)熱值燃料的有效發(fā)熱值3. 煤的分解熱煤的分解熱4. 新型煉鐵燃料開發(fā)新型煉鐵燃料開發(fā)5. 結(jié)論及建議結(jié)論及建議高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 26/38 張建良4.1 新型燃料的基本性能新型燃料的基本性能蘭炭在煉鐵領(lǐng)域的應(yīng)用蘭炭在煉鐵領(lǐng)域的應(yīng)用蘭炭已在多家鋼鐵廠進行工業(yè)試驗蘭炭已在多家鋼鐵廠進行工業(yè)試驗應(yīng)用領(lǐng)域涉及應(yīng)用領(lǐng)域涉及高爐噴吹高爐噴吹、代替焦丁代替焦丁以及作為以及作為燒結(jié)燃

19、料燒結(jié)燃料；高爐容積在高爐容積在450m450m3 3 580m580m3 3 800m800m3 3 2500m2500m3 3 3200m3200m3 3 4350m4350m3 3 ；噴吹比例噴吹比例15-60%15-60%；代替焦丁比例；代替焦丁比例15-30kg/t15-30kg/t；代替燒結(jié)燃料；代替燒結(jié)燃料比例比例10-100%10-100%；使用效果：高爐運行穩(wěn)定，波動較小。使用效果：高爐運行穩(wěn)定，波動較小。工業(yè)試驗結(jié)果證明：蘭炭在不同容積高爐使用合適比例，高爐運行良好；工業(yè)試驗結(jié)果證明：蘭炭在不同容積高爐使用合適比例，高爐運行良好；重要問題是蘭炭運輸成本偏高，如果價格合適，可

20、進一步擴大使用比例。重要問題是蘭炭運輸成本偏高，如果價格合適，可進一步擴大使用比例。高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 27/38 張建良4.1 新型燃料的基本性能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，接近無煙煤；固定碳含量較高，揮發(fā)分較少，單純從工業(yè)分析角度看，接近無煙煤；除除C C蘭炭粉外，其余蘭炭發(fā)熱量均在蘭炭粉外，其余蘭炭發(fā)熱量均在29MJ/kg29MJ/kg以上。以上。A A蘭炭系列固定碳含量均在蘭炭系列固定碳含量均在80%80%以上，整體上高于其他兩種蘭炭；以上，整體上高于其他兩種蘭炭；A A蘭炭蘭炭系列呈現(xiàn)系列呈現(xiàn)出出隨產(chǎn)品粒度增加，灰分、揮發(fā)分含量降低，

21、固定碳含量升高隨產(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，發(fā)熱量增加的規(guī)律的規(guī)律；樣品樣品名稱名稱灰分灰分/ /% %揮發(fā)分揮發(fā)分/ /% %固定碳固定碳/%/%高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量/ /M MJ/kgJ/kgA A蘭炭末蘭炭末10.2710.278.478.4780.6280.6229.2529.25A A蘭炭蘭炭小小料料7.937.936.396.3985.0485.0429.7529.75A A蘭炭蘭炭中中料料4.584.584.704.7090.0090.0031.5131.51B B蘭炭蘭炭小小料料8.878.878.278.2782.1282.1229.492

22、9.49B B蘭炭蘭炭中中料料8.128.126.336.3384.7984.7930.0530.05C C蘭炭末蘭炭末11.8111.818.208.2079.4279.4228.8528.85C C蘭炭蘭炭小小料料8.428.429.869.8681.0481.0429.3329.33表表 蘭炭樣品工業(yè)分析蘭炭樣品工業(yè)分析蘭炭基本性能蘭炭基本性能高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 28/38 張建良4.1 新型燃料的基本性能新型燃料的基本性能燃料種類燃料種類高位發(fā)熱值，卡高位發(fā)熱值，卡/克克干基價格，元干基價格，元/噸噸熱值價格比，千卡熱值價格比，千卡/元元A蘭炭末蘭炭末6997.52670.8

23、310431.14B蘭炭末蘭炭末6978.05662.6510530.52C蘭炭末蘭炭末6901.91645.7610688.04無煙煤無煙煤7356.34782.759398.07蘭炭與無煙煤的性價比比較蘭炭與無煙煤的性價比比較高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 29/38 張建良4.2 新型燃料工業(yè)應(yīng)用新型燃料工業(yè)應(yīng)用圖圖 工業(yè)試驗期間焦比變化工業(yè)試驗期間焦比變化圖圖 工業(yè)試驗期間燃料比變化工業(yè)試驗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。其中燃料比降燃料比降低了低了4.2kg/t4.2kg/t ，而，而焦比卻下降了焦比卻下

24、降了6.8kg/t6.8kg/t ，其其燃料成本下降燃料成本下降5.045.04元元/ /t-t-H H，這對降低煉鐵成本有顯著效果。這對降低煉鐵成本有顯著效果。蘭炭代蘭炭代替替煤粉噴吹工業(yè)試驗是在煤粉噴吹工業(yè)試驗是在MJMJ鋼鐵公司鋼鐵公司450m450m3 3高爐進行高爐進行。蘭炭粉噴吹工業(yè)試驗蘭炭粉噴吹工業(yè)試驗高爐煉鐵燃料的若干新評價指標(biāo) 30/38 張建良4.2 新型燃料工業(yè)應(yīng)用新型燃料工業(yè)應(yīng)用實驗對象為實驗對象為MJMJ鋼鐵公司的鋼鐵公司的135m2135m2帶式燒結(jié)機，使用的礦粉為帶式燒結(jié)機，使用的礦粉為該該鋼鐵生產(chǎn)使用的鋼鐵生產(chǎn)使用的礦粉，實驗用焦粉為礦粉，實驗用焦粉為該該集團自產(chǎn)焦粉，蘭炭集團自產(chǎn)焦粉，蘭炭由由神木集團提供。神木集團提供。燃料燃料固定碳固定碳(%)濕基價格（元濕基價格（元/噸）噸）水分（水分（%）干基價格（元干