[发明专利]一种改质兰炭的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种改质兰炭的制备方法及其应用，包括：兰炭预制粉，对不同兰炭原料进行采样分析，再对初步选定的兰炭原料采集放大样进行再次分析，并依据生产需求确定好多种兰炭原料，结合放大样采样分析得到的参数对原料进行工艺配比，将配比完成的兰炭原料进行混合后通过改质机进行静压破碎，经过改质机的兰炭破碎物通过筛网尺寸控制得到符合粒级分布要求，获得哈氏可磨性指数大于53的改质兰炭。并依据高炉工艺要求，在改质兰炭中加入煤粉或单独采用改质兰炭作为高炉喷吹原料。

技术领域

本发明属于能源原料制备领域，具体涉及一种改质兰炭的制备方法及采用该方法制备的改质兰炭在高炉喷吹中的应用。

背景技术

兰炭作为一种新型的炭素材料，具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低和磷低的特性。2014年工信部出台焦化品准入政策后，兰炭走进人们的视野，于2016年正式被国家纳入清洁能源行列，并在全国范围内全面推广使用，并逐步推进兰炭代替焦炭(冶金焦)广泛用于化工、冶炼、造气等行业，以治理燃煤燃烧污染。

钢铁企业在高炉喷吹中煤的使用量十分巨大，因此在喷吹过程中使用兰炭代替煤有着重要意义。目前使用兰炭代替煤作为高炉喷吹原料已具备理论基础，但是在实际的推广应用中仍存在着较大难度，其中最大障碍主要体现在两个方面：

(1)最为核心的是当前兰炭的哈氏可磨性指数偏低，使得产能无法满足需求。造成这种现象的原因主要是由兰炭本身的结构特性决定的，一方面兰炭的硬度要高于烟煤，使其难以磨细，另一方面其结构形式较烟煤更为密实，如附图1(a)所示为兰炭微观结构，从图中可以看到兰炭微观结构无明显的空隙，而图1(b)中所示的烟煤微观结构中可看到明显的微观空洞结构导致其强度下降，使得其更易破碎。哈氏可磨性指数主要受到物料强度、硬度、堆密度、水分、单位空隙体积以及含碳量的影响，其中发明所述工艺改变的是堆密度、单位重量微粒外形锐度与硬度，未改质的兰炭堆密度通常为0.79t/m³，兰炭硬度则与兰炭的颗粒大小和兰炭内部结构相关，未改质的兰炭颗粒粒径大于0.2mm以上的数量约占86％，兰炭颗粒单位空隙体积约0.55cm³/g，因此改质前兰炭的哈氏可磨性指数通常为45-53。

兰炭哈氏可磨性偏低严重影响了制粉效率，使得中速磨的台时产量难以满足生产要求，进而无法提高兰炭在喷吹煤粉中的占比，从附图2可以看到兰炭与烟煤混合过程中哈氏可磨性指数的变化并非呈现出线性关系，兰炭的加入使得混合煤粉的哈氏可磨性指数急剧下降，当混合比例达到50％时哈氏可磨性指数已与兰炭本身的哈氏可磨性指数相差无几，因此为了使混合煤粉的哈氏可磨性指数满足要求，兰炭混入比例较低，目前使用兰炭进行高炉喷吹使用的钢铁企业混合比例一般在10％-15％，最高不超过25％，更是难以完全替代煤粉，这严重影响到去煤化进程的实现。

(2)兰炭对输送设备的磨损较为严重，使得设备更换周期变短，增加了生产成本。造成这种现象的原因有几个方面，一是兰炭的硬度较大；二是兰炭的微观结构存在着尖锐棱角，如附图3所示；三是兰炭颗粒呈现出明显的层片状结构，在与喷吹设备的接触过程中可能会产生切割效果。上述条件均会加剧喷吹设备的磨损。

目前，使用兰炭作为高炉喷吹原料的钢铁企业并没有针对上述问题采取行之有效的措施，使用的工艺流程如附图4所示，只能通过降低兰炭的使用比例来满足生产效率要求与缓解喷吹设备的磨损情况。

基于上述分析，目前急需一种加工工艺对现有兰炭进行处理从而得到具有较高哈氏可磨性指数的兰炭粉末，本发明正是基于此需求之上开发的一种改质兰炭材料以及其加工工艺，以推动兰炭代替煤的进行，最终实现去煤化。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种改质兰炭的制备方法，并采用该改质兰炭以替代或部分替代煤作为高炉喷吹原料。