硅铁冶炼用兰炭的调控制备与工业应用试验

介绍了硅铁冶炼用兰炭的调控制备方法,考察了依据调控制备方法生产的兰炭在硅铁冶炼中的应用,通过对调控制备兰炭的质量检测和其入硅铁炉后的冶炼指标进行追踪分析,证实了调控制备方法的可行性。试验结果表明:以优选原煤、调整干馏工艺参数和入炉还原剂再优化为手段的调控制备方法可以稳定兰炭的质量,并有效降低硅铁冶炼电耗;通过对原煤热解兰炭的性能评估可预测其工业兰炭的性能,从而优选出可生产适宜硅铁冶炼用兰炭的原煤;通过优选原煤和调控干馏炉参数可生产出成分和性质稳定的高性能硅铁冶炼用兰炭。

神府块煤干馏过程中颗粒破碎与无机矿物质赋存规律

为研究神府煤田低阶煤在内热立式干馏炉内干馏过程中的破碎特性和无机矿物质分布规律,分析了干馏用主力低阶煤的基础煤质特性和其中所含主要无机矿物质,研究了13家使用相同干馏工艺和规模的兰炭企业的内热立式干馏炉所产兰炭的粒度分布、工业分析和无机矿物组成情况,并采用井式炉制备了不同温度热解兰炭,采用兰炭机械强度测定仪对兰炭进行机械破碎,分析了破碎后兰炭的粒度分布和不同粒度兰炭灰分产率情况。结果表明:神府煤田不同矿区原煤的基本组成、无机矿物质含量和热稳定性存在显著差异。SiO_(2)、CaO、Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)是原煤灰分的主要成分,原煤灰分中SiO_(2)含量最高,随原煤中灰分升高,煤灰中SiO_(2)含量逐渐增高,CaO含量逐渐降低。中块兰炭和小块兰炭在干馏炉所产兰炭中占比最高,二者之和超过62%。块煤在干馏过程颗粒破碎程度主要由原煤本身属性和炉内机械作用决定,通过原煤的热稳定性可预测大致原煤在干馏炉内颗粒破碎的程度,基于原煤热稳定性T_(S+6)确定了工业生产时兰炭末质量占比预测公式。随兰炭粒度降低,兰炭灰分先降低后升高,兰炭灰分中SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量先升高后降低,而CaO含量先降低后升高,中块兰炭SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量最高,CaO含量最低,兰炭灰分产率由原煤灰分产率及兰炭在干馏炉内的反应程度决定。随干馏温度提高,受煤中挥发分析出和有机基团变化的影响,兰炭破碎程度先升高后降低再升高。

典型低阶煤热解特性及兰炭特性比较分析

调查了陕、蒙、新三省四地兰炭产区代表性煤样的基础煤质特性,比较分析了四地代表性煤样的热解特性和热解产物分布,重点研究了不同煤样热解所得兰炭的微观结构、燃烧性能和可磨性。结果表明:各兰炭主产区低阶煤热解效率差异较大,随煤化程度加深,煤热解反应性逐渐降低;煤化程度更低的哈密煤拥有更高的焦油产率。热解气中氢含量和原煤H/O存在正相关关系;各兰炭主产区低阶煤热解兰炭比表面积差异较大,但孔隙形态分布规律类似;原煤的煤化程度低则制备的兰炭的炭结构无序化程度高;哈密兰炭的可磨性较差,但燃烧反应性最好,神府兰炭的可磨性优于其它两地。不同地域兰炭理化性质差异明显,应根据下游需求寻求最佳的兰炭的利用途径。

硅铁冶炼用兰炭性能指标的新认识与测定方法(Ⅱ)

兰炭已成为我国硅铁冶炼用主要碳质还原剂。文章对硅铁冶炼所需兰炭的理化性质指标产生的历史与内在原因进行总结分析,对兰炭的电阻率、粒度、机械强度和反应性等性能提出了新的认识,不同兰炭之间的高温电阻率和反应性接近且高于传统还原剂;入炉兰炭粒度区间应缩小并与炉容匹配;认为兰炭机械强度、烧损程度及粉化率应作为评价体系的重要组成指标。提出了上述指标的测定方法及装置,并初步验证了使用效果。

硅铁冶炼用兰炭性能指标的新认识与测定方法(Ⅰ)

兰炭已成为我国硅铁冶炼用主要碳质还原剂。文章对硅铁冶炼所需兰炭的理化性质指标产生的历史与内在原因进行总结分析,对兰炭的电阻率、粒度、机械强度和反应性等性能提出了新的认识,不同兰炭之间的高温电阻率和反应性接近且高于传统还原剂;入炉兰炭粒度区间应缩小并与炉容匹配;认为兰炭机械强度、烧损程度及粉化率应作为评价体系的重要组成指标。提出了上述指标的测定方法及装置,并初步验证了使用效果。

神木块煤热解过程中机械强度演变规律

半焦的机械强度对其在铁合金、电石等领域应用效能影响较大,探究块煤在热解过程中机械强度的变化规律及其机理可为制备高强度半焦提供依据。对2种神木低阶块煤在不同热解温度下制备的半焦进行了机械强度测定,通过光学显微镜观察了半焦孔隙与裂纹的演变过程,并分析了半焦微观结构对机械强度的影响机制。结果表明,随着热解温度的提高,半焦的机械强度呈现“W”形变化趋势。2种半焦机械强度的极大值与极小值分别相差6.4%和8.8%。当热解温度达到500℃左右时,半焦的机械强度出现最小值。随着温度升高,半焦机械强度分别在600℃和800℃左右出现2个极大值。半焦的机械强度与裂纹密切相关,挥发分快速析出过程中裂纹快速生成并发展,致使半焦的机械强度降低。研究结果揭示了热解温度对半焦机械强度的影响规律,为高强度半焦的制备提供了理论支持。

典型神木低黏结性烟煤的岩相与煤质特征相关性

为了探索神木低变质煤应用于炼焦的可能性,将神木低变质煤划分为低黏结性煤和无黏结性煤,并对神木地区的低黏结性煤和无黏结性煤的岩相特征参数,即镜质组随机反射率(R_(ran))和煤的显微组分构成进行了测定,探索煤的岩相特征参数与其工业分析结果之间的相关性,系统分析煤的微观组织与其煤质特征之间的关系。结果表明,神木低黏结性煤的岩相特性与煤质特征存在一定的相关性,其活惰比和镜质组含量(∑V)与挥发分(V_(daf))、固定碳(F_(Cd))均呈现正相关,而神木无黏结性煤岩相特性与灰分(A_(d))之间呈正相关、与固定碳(F_(Cd))呈负相关、与其余煤质特征之间则没有明显相关性;无黏结性煤的R_(ran)与水分(M_(ad))呈正相关,低黏结性煤的R_(ran)与M_(ad)无明显相关性;低黏结性煤和无黏结性煤的R_(ran)与挥发分均无明显相关性;低黏结性煤和无黏结性煤的R_(ran)、活惰比和∑V与焦油产率、热稳定性均无明显相关性,但低黏结性煤的焦油产率和热稳定性普遍高于无黏结性煤。研究结果为神木低变质程度煤在冶金领域的高效分级分质利用提供理论基础和技术支持。

高炉喷吹煤粉配加兰炭的回旋区燃烧数值模拟

为了探究喷吹煤粉配加兰炭后回旋区燃烧特性的变化,构建了同时考虑粒径分布和燃料成分差异的数值模型,对温度场、组分浓度场、颗粒轨迹及燃尽率进行分析。研究表明,配加兰炭后,由于挥发分含量降低、平均粒径增大,导致着火位置延后、燃尽率略有降低。配加不同兰炭后对比发现,燃料平均粒度较大但其粒径分散性好,50μm以下颗粒占比大时,整体燃尽率反而较高。随着燃料粒径的增大,预热阶段升温变慢,燃烧阶段比表面积变小,轨迹分散性变差,颗粒聚集处氧气相对匮乏等因素共同导致燃尽率降低,且在50~75μm处急剧下降。通过燃料优选与配加,提高整体挥发分含量,增加50μm以下小粒径颗粒占比,是未来喷吹燃料优化的一个方向。

硅铁炉上部区域兰炭结构演变与性能研究

采用井式炉干馏装置分别对兰炭进行不同温度热处理,并以此模拟兰炭在硅铁炉上部区域下行过程中的状态。利用氮气吸附、拉曼光谱、热重分析等方法研究了不同热处理温度下入炉兰炭的理化结构和性能变化,结合工业实验结果分析兰炭影响炉况的关键环节。结果表明,随热处理温度升高,兰炭比表面积和孔容呈先增大后减小再增大直至稳定的变化规律,碳化学结构中缺陷和无定型结构逐渐转变为有序碳结构,兰炭反应性能变差,电阻率呈阶段性降低。热处理温度大于1600℃后,不同兰炭间的孔隙结构、碳化学结构、反应性能和电阻率性能变化趋于稳定。孔隙结构发达及反应性能较好的兰炭入炉后在料面的过度烧损导致兰炭机械强度恶化和炭耗增加,这是影响不同品质兰炭入炉冶炼效果存在差异的主要因素。

高炉喷吹用高可磨兰炭的调控制备与工业试验

可磨性差是制约兰炭在高炉中喷吹应用的关键问题,在调研大样本量工业兰炭的可磨性指数基础上,分别采用SEM、XRF、FTIR、XRD、N_(2)吸附法表征了兰炭的表面形貌、矿物元素、官能团、微晶结构及孔隙结构,探究了热解条件和微观结构对兰炭可磨性指数的影响机制,开展了制备高可磨兰炭的工业试验。结果表明,超过50%的工业兰炭表现出较差的可磨性能(可磨性指数<52);灰分中w(Si+Al)/w(Ca)越小,兰炭可磨性指数越高;灰分中硅和铝主要以氧化物的形式呈现出点状聚集式分布,对可磨表现出明显的抑制作用;钙元素表现出弥散分布的特性,对可磨表现出积极的促进作用。热解过程存在最佳可磨性指数对应的热解温度,但不同煤种的热解温度存在差异。当热解温度低于转变温度时,比表面积和芳香层层间距d002的增大以及颗粒内部的分解、解聚对基质强度的弱化共同促进可磨性指数的提高;当热解温度高于转变温度时,缩聚反应导致的兰炭基质强度增强是可磨性指数降低的主要原因。基硅研究和工业试验研究均表明,以优选原煤作为热解原料煤种并调控其热解条件,可制备出高可磨性且组成稳定、热值较高、燃烧性能优良的高炉喷吹用高性能兰炭。