张老师中小高炉年会报告

高炉炼铁燃料的若干新评价指标张建良北京科技大学教授、博导、副院长中国金属学会炼铁分会秘书长电话手机mail:jl.zhang@2014年全国中小高炉炼铁学术年会成都2014年10月23日

主要内容1.焦炭起始反应温度2.燃料的有效发热值3.煤的分解热4.新型炼铁燃料开发5.结论及建议

1.1焦炭在高炉内行为及劣化过程

1.2当前焦炭性能评价方法GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》对不同容积高炉规定了焦炭不同质量要求炉容级别（m3）10002000300040005000M40≥78%≥82%≥84%≥85%≥86%M10≤8.0%≤7.5%≤7.0%≤6.5%≤6.0%反应后强度CSR≥58%≥60%≥62%≥65%≥66%反应性指数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%焦炭粒度范围（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%起始反应温度≥892≥906≥910≥910≥910

1.2当前焦炭性能评价方法焦炭质量评价体系冷态性能热态性能抗磨指数（M10）抗碎强度（M40）反应性（CRI）反应后强度（CSR）起始反应温度

1.3焦炭溶损反应起始温度概念焦炭起始反应温度降低，会导致：焦炭与CO2气化反应在高炉内较早发生，焦炭本身溶损过程加剧，焦炭劣化现象显著；焦炭起始反应温度定义：焦炭与CO2开始反应的温度。

1.4焦炭溶损反应起始温度测试方法热重试验检（TG-DTG）测焦炭溶损反应起始温度基本步骤：焦炭试样被制成80-125μm(115-180目)的粉末，焦粉质量在25mg左右，将焦粉装入热重试验坩埚，通入CO2反应气体，以15℃/min连续升温到1250℃，当失重率为5%时，所对应的温度为焦炭溶损反应起始温度；

1.4焦炭溶损反应起始温度测试方法热重试验检（TG-DTG）测焦炭溶损反应起始温度煤种灰分挥发份水分硫分Coke111.70Coke213.201.068.180.67Coke312.701.149.000.64Coke412.181.337.40.69Coke512.491.327.50.71Coke613.741.306.30.90实验用焦炭工业分析：

1.5焦炭溶损反应起始温度实例分析热重试验检（TG-DTG）测焦炭溶损反应起始温度不同焦炭反应起始温度差异较大

1.5焦炭溶损反应起始温度实例分析热重试验检（TG-DTG）测焦炭溶损反应起始温度焦炭反应起始温度与反应性有很好相关性，可以用于表征焦炭的反应性。

主要内容1.焦炭起始反应温度2.燃料的有效发热值3.煤的分解热4.新型炼铁燃料开发5.结论及建议

2.1煤粉在高炉内的燃烧行为

2.2煤粉有效发热值的概念煤粉在高炉内的实际供给热应该是发热量减去吸热量的剩余热量。挥发份分解挥发份燃烧固定碳燃烧灰分成渣……煤粉在高炉内一系列行为水煤气反应放热吸热CON2H2煤粉发热值高炉内煤粉提供发热值有效发热值定义：煤粉中碳不完全燃烧发热值扣除煤粉的分解热、水煤气反应热、脱硫耗热、成渣热之后的热量，且氢参与的反应最终产物为氢气，不燃烧放热。

2.2煤粉有效发热值的计算方法1）煤粉中碳不完全燃烧放热：2）水煤气反应耗热：3）碳氢化合物分解耗热：其中：

2.2煤粉有效发热值的计算方法4）灰分形成炉渣带耗热：5）脱硫耗热：其中：S表示硫含量；表示硫容量；n表示修正系数；表示每脱除1kg硫需要消耗的热量最终可以得到有效发热值：

2.3煤粉有效发热值的应用通过有效发热值，可以建立其与煤粉价格之间的关系，从而得到煤粉实际供给热的性价比指标K：通过模型计算出同一变质程度的不同煤种的性价比K值，对比分析K值大小就可以定量评价不同喷吹煤的性价比差距；K值越大，喷吹煤性价比越高；K值越小，喷吹煤性价比越低；据此，可以实现煤种的优化选择。

2.3煤粉有效发热值的应用有效发热值计算需要数据：种类名称VadAadMadSMfHGIQ(kJ/kg)P无烟煤A6.15912.091.3190.9410.840.7230306725B8.14112.931.6910.618.3168.4429925732烟煤C27.965.6188.9720.1617.4447.6526893547D23.767.22110.140.1917.4754.5825915547计算结果：种类名称有效热值(kJ/kg)有效热值(kcal/kg)喷吹成本(RMB/t)K(103kJ/RMB)K(103kcal/RMB)无烟煤A27666.066618.67818.0233.828.09B27034.836467.66800.0933.798.08烟煤C24726.305915.38667.2137.068.87D23394.865596.86666.4435.18.40

2.3煤粉有效发热值的应用有效发热值的概念不仅仅用于煤粉，也可以其他高炉喷吹燃料，比如固体燃料（兰炭、半焦、生物质、生物质焦、废旧塑料、轮胎等）、气体燃料（焦炉煤气、天然气等）以及液体燃料（重油、煤焦油等）等替代燃料。

2.3煤粉有效发热值的应用已知焦炉煤气组分和各组分的标况密度（20℃，101.325KPa）：名称标况密度（kg/m3）组分（%）氮气1.16462.4氧气1.33020.7氢气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通过国标方法（GB/T11062-1998），计算得到其体积发热量为

：3952.61kcal/Nm3由于在高炉内氢气参与反应不放热，扣除氢气放热后的有效发热值为：1637.72kcal/Nm3焦炉煤气有效热值计算实例：

主要内容1.焦炭起始反应温度2.燃料的有效发热值3.煤的分解热4.新型炼铁燃料开发5.结论及建议

3.1煤粉分解热的重要性高炉理论燃烧温度可以理解为炉缸煤气参与炉料热交换前的温度，是表征炉缸热状态的重要参数，其计算公式如下：碳燃烧成CO放出热量鼓风带入热量燃料带入物理热水煤气反应耗热煤粉的分解热的正确直接影响到的正确性！

3.1煤粉分解热的重要性分解热误差为100kJ/kg时，与喷煤量的关系为：误差不呈现线性规律：分解热增加，理论燃烧温度下降；温度降低，气体比热容降低，理论燃烧温度回升；综合结果导致理燃无明显规律。

3.2煤粉分解热的确定原理及方法将盖斯定律用于计算煤粉分解热，其原理如下图：喷吹煤粉C,CO,H2,N2CO2,H2O(g),N2氧弹量热计直接测量

3.2煤粉分解热的确定原理及方法常用燃料的分解热：名称分解热无烟煤1005kJ/kg烟煤1172kJ/kg重油1675kJ/kgCH477.87kJ/molC2H6117.57kJ/mol

主要内容1.焦炭起始反应温度2.燃料的有效发热值3.煤的分解热4.新型炼铁燃料开发5.结论及建议

4.1新型燃料的基本性能兰炭在炼铁领域的应用兰炭已在多家钢铁厂进行工业试验应用领域涉及高炉喷吹、代替焦丁以及作为烧结燃料；高炉容积在450m3580m3800m32500m33200m34350m3；喷吹比例15-60%；代替焦丁比例15-30kg/t；代替烧结燃料比例10-100%；使用效果：高炉运行稳定，波动较小。工业试验结果证明：兰炭在不同容积高炉使用合适比例，高炉运行良好；重要问题是兰炭运输成本偏高，如果价格合适，可进一步扩大使用比例。

4.1新型燃料的基本性能固定碳含量较高，挥发分较少，单纯从工业分析角度看，接近无烟煤；除C兰炭粉外，其余兰炭发热量均在29MJ/kg以上。A兰炭系列固定碳含量均在80%以上，整体上高于其他两种兰炭；A兰炭系列呈现出随产品粒度增加，灰分、挥发分含量降低，固定碳含量升高，发热量增加的规律；样品名称灰分/%挥发分/%固定碳/%高位发热量/MJ/kgA兰炭末10.278.4780.6229.25A兰炭小料7.936.3985.0429.75A兰炭中料4.584.7090.0031.51B兰炭小料8.878.2782.1229.49B兰炭中料8.126.3384.7930.05C兰炭末11.818.2079.4228.85C兰炭小料8.429.8681.0429.33表

兰炭样品工业分析兰炭基本性能

4.1新型燃料的基本性能燃料种类高位发热值，卡/克干基价格，元/吨热值价格比，千卡/元A兰炭末6997.52670.8310431.14B兰炭末6978.05662.6510530.52C兰炭末6901.91645.7610688.04无烟煤7356.34782.759398.07兰炭与无烟煤的性价比比较

4.2新型燃料工业应用图

工业试验期间焦比变化图

工业试验期间燃料比变化可以看出，喷吹兰炭后高炉燃料比、焦比有显著降低。其中燃料比降低了4.2kg/t，而焦比却下降了6.8kg/t

，其燃料成本下降5.04元/t-H，这对降低炼铁成本有显著效果。兰炭代替煤粉喷吹工业试验是在MJ钢铁公司450m3高炉进行。兰炭粉喷吹工业试验

4.2新型燃料工业应用实验对象为MJ钢铁公司的135m2带式烧结机，使用的矿粉为该钢铁生产使用的矿粉，实验用焦粉为该集团自产焦粉，兰炭由神木集团提供。燃料固定碳(%)湿基价格（元/吨）水分（%）干基价格（元/吨）兰炭79.3545016.90541.52焦粉83.2460310.00670.00兰炭作为烧结燃料工业试验

4.2新型燃料工业应用兰炭作为烧结燃料工业试验工业试验期，烧结矿的各项指标均较稳定，只有FeO含量随兰炭配比的提高只有FeO含量有上升的趋势，但幅度不是很大。当达到50%替代比例，使用兰炭替代焦粉后每吨燃料最多可以降低成本38.35元，而按照最低的替代比例30%计算，也可以节省成本23.01元。

主要内容1.焦炭起始反