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前言:兰炭已成为我国硅铁冶炼用主要碳质还原剂。目前我国虽对兰炭用于铁合金生产的参考技术指标进行了规定及等级划分,但在硅铁实际冶炼过程中对兰炭化学组分暂无统一要求,目前硅铁生产企业希望采购的兰炭小料成分为:固定碳含量要大于85%,挥发分6%~8%,灰分4%~8%,水分小于10%,关于硅铁用兰炭的粒度规定则缺乏必要参考,上游企业多提供8~18mm的兰炭小料供应用户,实际使用确是如此么?然而,硅铁企业发现在相同的硅石原料条件下,不同厂家兰炭进入硅铁炉后,出现了塌料、产量降低、电耗较高等较多问题,反之,有些兰炭则在入硅铁炉后炉况稳定、电耗较低、产量较高,这又究竟是何原因?
现行对硅铁冶炼使用兰炭的认识不足之处:硅铁冶炼使用兰炭化学成分没有统一认识;兰炭入炉前常温电阻率热处理后的常温电阻率和高温电阻率之间存在差异,其中高温电阻率更应受到重视;欠缺硅铁冶炼使用兰炭机械强度的评价方式;传统认识只考虑了硅铁冶炼使用碳质还原剂的高温硅石还原性能,忽视了中低温下的燃烧性能。
由于硅铁冶炼使用兰炭产品性能间存在较大差异,在冶炼工艺条件不变时,采用不同兰炭入炉对冶炼的电耗、还原剂的消耗波动较大,对生产成本的影响大和生产管控难度影响大对硅铁冶炼的结果影响较大,说明现有的兰炭用于铁合金生产技术指标仍需完善。硅铁生产厂家在采购兰炭时除了固定碳、挥发分、灰分、水分等指标外,还往往需要更细分的指标,但没有关键指标区分,给兰炭的采购也带来了难度,因此需要一种更加准确的硅铁冶炼用兰炭性能指标评价方法,对其进行评价。
自2021年5月28日开始,正能集团与西安建筑科技大学冶金工程学院签署《校企产学研合作框架协议》,为不断推动低阶煤分质分级利用与兰炭在钢铁冶金行业技术创新发展,双方开展了《高炉喷吹及硅铁生产用优质兰炭性能优化研究》之后,正能集团与产学研合作单位西安建筑科技大学冶金煤化协同高值利用课题组完成了近两年正能硅铁厂使用不同性能和规格的兰炭后经济技术指标的汇总和分析,通过大量基础实验和理论分析,从碳质还原剂的化学结构、高温电阻率、高温反应性与反应后强度、粒度、孔隙结构等因素分析了不同炉型所产兰炭在硅铁炉使用后指标差异原因,得出了目前冶炼条件下影响硅铁炉电单耗的关键影响指标,在双方发挥各自优势的密切合作下取得了研究阶段性进展,并于2022年6月发布了《硅铁冶炼用兰炭性能指标的新认识与测定方法Ⅰ》这一阶段成果,刊登于299期国家冶金工业局主管期刊《铁合金》。
又于2023年1月成功发布了《硅铁冶炼用兰炭性能指标的新认识与测定方法Ⅱ》,刊登于300期国家冶金工业局主管期刊《铁合金》。
提出了对硅铁冶炼使用兰炭电阻率、粒径、机械强度、反应性能4个方面的新认识:硅铁冶炼使用兰炭电阻率不是影响不同兰炭入炉后炉况差异的关键因素;硅铁冶炼使用兰炭的粒度应当和矿热炉炉容相匹配;现有的硅铁冶炼使用兰炭机械强度的评价方法即不适用也不统一,因此对硅铁冶炼使用兰炭机械强度的评价方式亟需合理化和统一化;兰炭在料面的燃烧会导致料面温度升高和炉内还原缺碳,进而恶化冶炼炉况,因此需重视硅铁冶炼用兰炭中低温下的燃烧反应性能。
基于日前硅铁冶炼用兰炭机械强度测定方法的欠缺和中低温反应性能的认识不足,提出了硅铁冶炼用兰炭烧损率、粉化率新概念和硅铁冶炼用兰炭机械强度、料面烧损率和粉化率的测试新方法,完善了兰炭分类评价,为硅铁冶炼企业、生产兰炭厂家把控硅铁冶炼用兰炭的质量提供参考。
硅铁冶炼用兰炭性能指标评价体系的建立,是正能集团低阶煤分质分级清洁高效利用兰炭产品质量体系的一个重要环节,对正能集团“兰炭——硅铁——镁合金”产业链条中的节能降耗具有重要意义,不仅有利于优化和稳定工艺,不断降低电单耗,减少产品质量波动,更是对“双碳”背景下高耗能铁合金行业绿色发展、降低企业运行成本,具有重要理论和实践价值。
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