以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂及使用方法
阅读说明：本技术 以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂及使用方法 (Combustion improver for blast furnace coal injection by taking fly ash as partial raw material and use method thereof ) 是由 张立国 朱建伟 张伟 李仲 赵德胜 田景长 任伟 李金莲 王亮 韩子文 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本技术发明属于钢铁工业中炼铁技术领域,特别涉及一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂及使用方法。一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂,包括以下重量份的原料：除尘灰40～95份；稀土氧化物0～35份(不含0)；轻烧白云石0～45份(不含0)；锰系氧化物0～30份(不含0)；本发明按照此方法利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物,利用其廉价易得的优势,作为高炉喷煤用助燃剂部分原料,可以起到改善混合煤粉在炉内的燃烧效果,使得钢铁厂二次除尘合理使用同时,还大幅度降低助燃剂成本,为冶金企业增加效益。(The invention belongs to the technical field of iron making in the iron and steel industry, and particularly relates to a combustion improver for blast furnace coal injection, which takes fly ash as part of raw materials, and a use method thereof. The combustion improver for blast furnace coal injection with the fly ash as a part of raw materials comprises the following raw materials in parts by weight: 40-95 parts of dedusting ash; 0-35 parts (0 is not included) of rare earth oxide; 0-45 parts (0 is not included) of light-burned dolomite; 0 to 30 parts (0 is not included) of manganese oxide; according to the method, partial products in the dedusting process in the metallurgical enterprises are utilized, and the products are used as partial raw materials of the combustion improver for the coal injection of the blast furnace by utilizing the advantages of low price and easy obtainment, so that the combustion effect of mixed coal powder in the furnace can be improved, the secondary dedusting of a steel plant is reasonably used, the cost of the combustion improver is greatly reduced, and the benefit of the metallurgical enterprises is increased.)
技术领域
本技术发明属于钢铁工业中炼铁技术领域，特别涉及一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂及使用方法。
背景技术
作为炉况调节和降低炼铁制造成本的主要措施之一，喷吹煤粉技术已经在冶金企业广泛应用，由于煤粉喷入到高炉后，能起到发热剂、渗碳剂、还原剂等作用，可以替代昂贵的冶金焦炭，对于炼铁经济性严格要求的今天，愈发得到重视。喷吹煤粉技术的核心就是煤粉在风口回旋区内部的燃烧效果，燃烧效果的好坏，直接关系到煤粉利用效能，因此，做好煤粉燃烧效率成为炼铁工作者的关键课题。面对难题，国内外众多企业和院所，都对此开展了多年研究，并取得一定效果。如通过改善高炉自身操作条件，采用提升鼓入炉内热风温度、外加富氧、改善原燃料质量等手段，通过对煤粉燃烧外部条件的改变，来达到促进炉内煤粉燃烧的目的，或者就是调整煤粉自身成分组成，通过提升混合煤粉中烟煤、褐煤、瘦煤等配入比例，利用混合煤粉自身较高的挥发分含量，来达到提升混合煤粉燃烧的效果，再有采用如细粒级喷吹等手段，通过加快煤粉颗粒在炉内的升温、裂解和燃烧速度，促进煤粉在炉内燃烧。还有外配加助燃剂、添加高燃烧性物质的喷煤技术，通过外加物料自身快速燃烧或释放助燃物质特性，使煤粉在炉内的快速燃烧，这些技术目前都已经成功的取得工艺应用，但都存在统一的问题，就是都需要增加成本。
同时在冶金企业生产过程中，特别是对于环保要求严格的今天，大量除尘装置安装于工艺的不同部位，由于工艺生产特点所决定，尤其是铁前工艺，如烧结系统、球团系统、焦化系统以及高炉系统等，不可避免产生大量除尘产物，这些产物，作为钢铁厂生产过程中的二次产物，其种类众多，且成分复杂，无论是堆放，还是工艺处理上都有较大难度。针对于这些除尘产物，目前大多数钢铁厂都并无太好处理办法，大多数企业采用的都是将其作为含铁、含碳物料，通过与其它原料混合，回配回到烧结、球团工艺中，重新进行造块，虽然实现了二次产物的再利用，但这些产物在工艺内利用效能较低，过多的配入还将影响到入炉烧结矿的质量，且受到工艺生产特点的影响，除尘灰内的碱金属、锌等物质，会在工艺内不断累积循环，不但会对焦炭质量、管道运行状态造成不良影响，还会侵蚀炉内砖衬，造成衬体膨胀破坏，严重影响高炉长寿化运行。并且随着除尘产物的增多，问题日益严重。而铁前工艺除尘灰中，尤其是烧结工艺中的电厂除尘灰、高炉干法布袋灰等难处理二次产物，其中含有大量的铁、钾、钠元素，另外还含有部分镧、铈等稀土元素，这些元素作为助燃剂的主要成分，对于促进煤粉燃烧是很有帮助的。因此如能将二者结合，来制造高炉喷吹用混合煤粉在炉内燃烧的助燃剂，除了可以起到改善煤粉燃烧效果外，还可利用高炉是密闭容器的特点，充分利用这些二次产物，物尽其用，达到一举两得、事半功倍的效果。
而针对于改善喷吹煤粉在炉内燃烧的技术手段，除了采取外部操作条件改善、优化煤粉自身性能以外。主要就是采用外加添加剂的方法，来促进煤粉在炉内燃烧效果(见中国专利“一种高炉喷煤助燃剂及其应用和装置”专利申请号：CN103740433A，“一种高炉喷煤助燃剂及其使用方法”专利申请号：CN104087692A，“一种高炉喷煤助燃剂及其制备方法与应用”专利申请号：CN103451333A，“高炉喷煤催化助燃剂及其使用方法”专利申请号：CN103013616A，“一种催化助燃剂”专利申请号：CN101328440，“一种环保型高炉喷煤助燃剂及加入方法”专利申请号：CN102344845A，“一种高炉喷吹煤粉多功能添加剂及其添加方法”专利申请号：CN103266190A，“高炉喷吹煤粉催化助燃剂及其生产工艺”专利申请号：CN1401747等)此类关于煤粉助燃剂的新技术，在工业生产中得到一定的应用，能够起到对煤粉表面改性作用，最终降低煤粉着火点和加快高炉风口前煤粉燃烧效率，提高喷煤比和降低焦比，提升高炉喷煤综合经济效益，但这类技术缺点，要么助燃剂采购价格过高，要么应用效果有限，尤其在废旧二次产物这个领域。还有就是一些促进煤粉燃烧的装置和工艺(见中国专利“一种提高煤粉燃烧率的高炉喷枪头”专利申请号：CN206173370U，“一种高炉喷吹煤粉在风口内强化燃烧的方法和装置”专利申请号：CN102268496A，“一种高炉喷煤系统煤粉预热工艺方法”专利申请号：CN103834755A，“高炉喷吹煤粉快速燃烧方法和设备”专利申请号：CN1125771等)此类发明创造，通过采取装置设计优化，使燃烧时与空气充分接触，最大限度完成煤粉的燃烧；或采取提高煤粉温度，大幅缩短煤粉在风口前加热至着火点的时间，增加煤粉在风口和回旋区内燃烧时间，提高煤粉的燃烧率。此类新技术，在高炉应用后，是可以实现煤粉在炉内的充分燃烧，改善燃烧效果，提升煤粉利用效能的，但此类技术与助燃剂技术并无关系。还有就是国内外可以查阅到的一些文献记载，如添加锰系氧化物可以改善煤粉的燃烧性能，添加2％～5％的锰系氧化物可使试验用煤粉燃烧率分别提高3％～18％。(见期刊《钢铁》“MnO2对煤粉燃烧的助燃作用及机理”1998年，33卷，9期，16-18等)；添加3％助燃剂，煤粉着火点降低24℃，燃尽温度降低了51.5℃，相对燃尽时间减少了15.4％(见期刊《钢铁研究》“高炉喷吹煤粉添加助燃剂的研究”2003年，36卷，3期，37-39等)，此类方法虽然能够改善煤粉燃烧率，但是企业需要外购高价助燃剂，既增加经济负担，而又不能充分利用企业自身资源的优势。如果能将冶金企业的部分除尘灰作为助燃剂的部分原料，制作高炉喷吹煤粉用的助燃剂，利用其中的钾、钠元素，还含有部分镧、铈等稀土元素，以及铁氧化物在燃烧分解过程中释放出氧分子，提升喷吹煤粉燃烧率，在保证喷煤效果的基础上，可以实现此类除尘灰的更好利用效果，对于环保方面，喷吹工艺省去了造块工艺，也即直接消除了造块过程所造成的污染，在国家提倡循环经济的今天，将二者结合，将能为高炉节能减排另辟蹊径。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂及使用方法。改善混合煤粉在炉内的燃烧效果，使得钢铁厂二次除尘合理使用同时，还大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂，包括以下重量份的原料：
所述除尘灰为烧结工艺中的一次电厂除尘灰、二次电厂除尘灰、三次电厂除尘灰、四次电厂除尘灰、高炉干法灰中的一种或者几种，粒度控制范围为≤0.048mm部分所占除尘灰整体质量比例不低于40％。
所述稀土氧化物粒度控制范围为≤0.074mm部分所占稀土氧化物整体质量比例不低于50％。
所述轻烧白云石中氧化钙的含量不低于35％，氧化镁的含量不低于26％，粒度控制范围为≤0.074mm部分所占轻烧白云石整体质量比例不低于60％。
所述锰系氧化物中氧化锰的含量不低于30％，粒度控制范围为≤0.074mm部分所占锰系氧化物整体质量比例不低于55％。
一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将除尘灰、稀土氧化物、轻烧白云石、锰系氧化物作为高炉喷煤用助燃剂原料，并将不同原料按照上述不同质量比例，不分先后顺序投入到混合机内；
(2)将混合物混合5min～30min，制得以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂。
一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂使用方法，具体包括如下步骤：
将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内，依据不同高炉运行的需要，以混合煤粉中挥发分含量、混合煤粉平均粒度组成、鼓入热风温度、富氧率作为基础参考数据，采用如下方法进行混合煤粉中助燃剂的配入比例确定。
公式中符号：
PRBL为混合煤粉中助燃剂的配入比例，％；
HFF为混合煤粉中挥发分含量，％；
LDZC为混合煤粉平均粒度组成，mm；
RFWD为高炉生产中鼓入热风温度，℃；
FYL为高炉生产中富氧率，％；
k1为系数，取值范围为0.95～1.27，量纲为mm-1；
k2为系数，取值范围为1.67～1.92；
k3为系数，取值范围为18.32～22.66，量纲为℃-4.4；
k4为系数，取值范围为4.35～4.68。
所述高炉为有效炉容350m3～6500m3的高炉。
所述混合煤粉中挥发分含量的控制范围为6％～45％。
所述混合煤粉平均粒度组成的控制范围为0.025mm～0.060mm。
所述高炉生产中富氧率的控制范围为0％～15％。
所述高炉生产中鼓入热风温度的控制范围为900℃～1350℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明按照此方法利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物，利用其廉价易得的优势，作为高炉喷煤用助燃剂部分原料，可以起到改善混合煤粉在炉内的燃烧效果，使得钢铁厂二次除尘合理使用同时，还大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本发明的范围：
一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂，包括以下质量比例的原料：
所述除尘灰为烧结工艺中的一次电厂除尘灰、二次电厂除尘灰、三次电厂除尘灰、四次电厂除尘灰、高炉干法灰中的一种或者几种，除尘灰粒度控制范围为≤0.048mm部分所占除尘灰整体质量比例不低于40％。
所述稀土氧化物粒度控制范围为≤0.074mm部分所占稀土氧化物整体质量比例不低于50％。
所述轻烧白云石中氧化钙的含量不低于35％，氧化镁的含量不低于26％，粒度控制范围为≤0.074mm部分所占轻烧白云石整体质量比例不低于60％。
所述锰系氧化物中氧化锰的含量不低于30％，粒度控制范围为≤0.074mm部分所占锰系氧化物整体质量比例不低于55％。
一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将除尘灰、稀土氧化物、轻烧白云石、锰系氧化物作为高炉喷煤用助燃剂原料，并将不同原料按照上述不同质量比例，不分先后顺序投入到混合机内；
(2)将混合物混合5min～30min，制得以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂。
一种以除尘灰作为部分原料的高炉喷煤用助燃剂使用方法，具体包括如下步骤：
将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内，依据不同高炉运行的需要，以混合煤粉中挥发分含量、混合煤粉平均粒度组成、鼓入热风温度、富氧率作为基础参考数据，采用如下方法进行混合煤粉中助燃剂的配入比例确定。
公式中符号：
PRBL为混合煤粉中助燃剂的配入比例，％；
HFF为混合煤粉中挥发分含量，％；
LDZC为混合煤粉平均粒度组成，mm；
RFWD为高炉生产中鼓入热风温度，℃；
FYL为高炉生产中富氧率，％；
k1为系数，取值范围为0.95～1.27，量纲为mm-1；
k2为系数，取值范围为1.67～1.92；
k3为系数，取值范围为18.32～22.66，量纲为℃-4.4；
k4为系数，取值范围为4.35～4.68。
所述高炉为有效炉容为350m3～6500m3的高炉。
所述混合煤粉中挥发分含量的控制范围为6％～45％。
所述混合煤粉平均粒度组成的控制范围为0.025mm～0.060mm。
所述高炉生产中富氧率的控制范围为0％～15％。
所述高炉生产中鼓入热风温度的控制范围为900℃～1350℃。
以下列举5个实施例对本发明具体实施方式的具体说明，具体内容如下所示：
实施例1
以某钢铁厂有效炉容450m3高炉应用为例说明：
1.1助燃剂配比
高炉喷煤用助燃剂配比情况见表1。
表1高炉喷煤用助燃剂配比
1.2混合煤粉中助燃剂配加比例
高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例情况见表2。
表2高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例
采用将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，并通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内。
1.3高炉应用效果
高炉喷吹混合煤粉中应用助燃剂后效果对比见表3。
表3高炉应用效果
项目
喷煤比(kg/t)
入炉焦比(kg/t)
燃料比(kg/t)
吨铁成本(元/吨)
应用前
115.2
412.4
567.9
2214.8
应用后
119.7
409.3
563.7
2199.3
效果
+4.5
-4.1
-4.2
-5.5
依据此方法，利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物，利用其廉价易得的优势，作为高炉喷煤用助燃剂的部分原料，在某钢铁厂有效炉容450m3高炉喷吹煤粉工艺应用后，提升喷吹煤比4.5kg/t，降低入炉焦比4.1kg/t，降低吨铁燃料消耗4.2kg/t，减少吨铁制造成本5.5元/吨，实现了改善混合煤粉在炉内的燃烧效果的目的，在做到钢铁厂二次除尘合理使用的同时，大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
实施例2
以某钢铁厂有效炉容1280m3高炉应用为例说明：
2.1助燃剂配比
高炉喷煤用助燃剂配比情况见表4。
表4高炉喷煤用助燃剂配比
2.2混合煤粉中助燃剂配加比例
高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例情况见表5。
表5高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例
采用将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，并通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内。
2.3高炉应用效果
高炉喷吹混合煤粉中应用助燃剂后效果对比见表6。
表6高炉应用效果
项目
喷煤比(kg/t)
入炉焦比(kg/t)
燃料比(kg/t)
吨铁成本(元/吨)
应用前
122.4
384.4
545.3
2087.9
应用后
127.2
380.0
541.7
2082.6
效果
+4.8
-4.0
-3.6
-5.3
依据此方法，利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物，利用其廉价易得的优势，来作为高炉喷煤用助燃剂的部分原料，在某钢铁厂有效炉容1280m3高炉喷吹煤粉工艺应用后，提升喷吹煤比4.8kg/t，降低入炉焦比3.6kg/t，降低吨铁燃料消耗3.6kg/t，减少吨铁制造成本5.3元/吨，实现了改善混合煤粉在炉内的燃烧效果的目的，在做到钢铁厂二次除尘合理使用的同时，大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
实施例3
以某钢铁厂有效炉容2580m3高炉应用为例说明
3.1助燃剂配比
高炉喷煤用助燃剂配比情况见表7。
表7高炉喷煤用助燃剂配比
3.2混合煤粉中助燃剂配加比例
高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例情况见表8。
表8高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例
采用将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，并通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内。
3.3高炉应用效果
高炉喷吹混合煤粉中应用助燃剂后效果对比见表9。
表9高炉应用效果
项目
喷煤比(kg/t)
入炉焦比(kg/t)
燃料比(kg/t)
吨铁成本(元/吨)
应用前
130.3
345.9
535.5
2009.4
应用后
136.6
340.1
530.1
2003.4
效果
+6.3
-5.8
-5.4
-6.0
依据此方法，利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物，利用其廉价易得的优势，作为高炉喷煤用助燃剂的部分原料，在某钢铁厂有效炉容2580m3高炉喷吹煤粉工艺应用后，提升喷吹煤比6.3kg/t，降低入炉焦比5.8kg/t，降低吨铁燃料消耗5.4kg/t，减少吨铁制造成本6.0元/吨，实现了改善混合煤粉在炉内的燃烧效果的目的，在做到钢铁厂二次除尘合理使用的同时，大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
实施例4
以某钢铁厂有效炉容3200m3高炉应用为例说明：
4.1助燃剂配比
高炉喷煤用助燃剂配比情况见表10。
表10高炉喷煤用助燃剂配比
4.2混合煤粉中助燃剂配加比例
高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例情况见表11。
表11高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例
采用将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，并通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内。
4.3高炉应用效果
高炉喷吹混合煤粉中应用助燃剂后效果对比见表12。
表12高炉应用效果
项目
喷煤比(kg/t)
入炉焦比(kg/t)
燃料比(kg/t)
吨铁成本(元/吨)
应用前
145.2
325.4
506.2
1935.2
应用后
149.8
321.2
501.7
1928.4
效果
+4.6
-4.2
-4.5
-6.8
依据此方法，利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物，利用其廉价易得的优势，作为高炉喷煤用助燃剂的部分原料，在某钢铁厂有效炉容3200m3高炉喷吹煤粉工艺应用后，提升喷吹煤比4.6kg/t，降低入炉焦比4.2kg/t，降低吨铁燃料消耗4.5kg/t，减少吨铁制造成本6.8元/吨，实现了改善混合煤粉在炉内的燃烧效果的目的，在做到钢铁厂二次除尘合理使用的同时，大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
实施例5
以某钢铁厂有效炉容4038m3高炉应用为例说明：
5.1助燃剂配比
高炉喷煤用助燃剂配比情况见表13。
表13高炉喷煤用助燃剂配比
5.2混合煤粉中助燃剂配加比例
高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例情况见表14。
表14高炉喷吹用混合煤粉中助燃剂配加比例
采用将助燃剂按照一定比例投放到运煤主皮带煤粉上部，通过中速磨制粉将二者混匀，后通过喷吹罐流化及管道匀速后，并通过煤枪将煤粉喷入高炉风口回旋区内。
5.3高炉应用效果
高炉喷吹混合煤粉中应用助燃剂后效果对比见表15。
表15高炉应用效果
项目
喷煤比(kg/t)
入炉焦比(kg/t)
燃料比(kg/t)
吨铁成本(元/吨)
应用前
152.4
303.7
498.4
1845.9
应用后
158.6
298.0
492.0
1838.2
效果
+6.2
-5.7
-6.4
-7.7
依据此方法，利用冶金企业中除尘工艺下的部分产物，利用其廉价易得的优势，作为高炉喷煤用助燃剂的部分原料，在某钢铁厂有效炉容4038m3高炉喷吹煤粉工艺应用后，提升喷吹煤比6.2kg/t，降低入炉焦比5.7kg/t，降低吨铁燃料消耗6.4kg/t，减少吨铁制造成本7.7元/吨，实现了改善混合煤粉在炉内的燃烧效果的目的，在做到钢铁厂二次除尘合理使用的同时，大幅度降低助燃剂成本，为冶金企业增加效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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