过程中降低有害成分对铁合金和电石产品的污染、减少冶炼过程对环境的污染,也可减少煤气的脱硫量,提高煤气品质、降低生产成本。
三、磷含量(Pd,%)
磷含量为0.005%以下,磷是铁合金冶炼过程中的有害元素,在铁合金生产中会凝固偏析,影响合金凝固过程,引起晶格开裂,影响力学性能和使用寿命,尤其对镍铁合金的使用,兰炭中低磷含量在合金的冶炼中起着非常关键的作用。
四、铝含量(Al,%)
铝含量一般小于2.0%,兰炭中含铝低可明显降低电炉冶炼时还原铝氧化物的高电耗,实现节电节能,从而降低冶炼成本,提高经济效益。
五、固定碳(FC,%)
固定碳含量一般大于80%,固定碳在冶炼过程中除了有提供热量的作用外,主要起着还原剂的作用。同时,还起着骨架的作用,可以增加料柱的透气性。其次,高含量的固定碳也可做增碳剂使用,兰炭作为增碳剂也是兰炭用途的一个方向。
六、比电阻(ρ)
兰炭的比电阻ρ>3500μΩM,较高的比电阻值可以提高电炉冶炼的效率,实现节电。我们国家铁合金80%用电炉,以硅铁为例,成本中70%为冶炼电耗。
七、化学活性
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兰炭结构疏松,孔隙结构发达,比表面积大,在生产中具有很好的化学反应活性。
第五部分 市场应用
榆林兰炭作为一种新型的炭素材料,经反复试验应用,可代替焦炭(冶金焦)而广泛用于化工、冶炼、造气等行业,在生产金属镁、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等高耗能产品过程中优于焦炭,在提高下游产品质量档次、节约能源、降低生产成本、增加产量等方面,具有更高的应用价值。同时,兰炭的副产品煤焦油除作为建筑陶瓷、燃油发动机的添加油外,还可经加工得到苯酚、甲酚、二甲酚和一系列沸点不同的高级酚类产品以及烷烃、芳烃等,煤气可用于发电、制取合成氨、甲醇等化工产品、工业煅烧用热源等。主要用途为:
一、冶金领域
榆林兰炭因其固定碳高、比电阻率高、化学活性高、灰分低、硫低、磷低、铝低“三高四低”的特点以及优于国家冶金焦、铸造焦多项标准和相对较低成本等多重优势,已逐步取代冶金焦而广泛应用于铁合金、硅铁、碳化硅等冶金领域,并在高炉喷吹、炼铁等领域具有替代冶金焦的巨大市场。
一是铁合金还原剂。榆林兰炭的低灰分、低铝、高铁和高钙特性对铁合金冶炼十分有利:铁、硅元素以及灰分中的钙都是生产电石的有用成分,其中高钙含量可显著提高产品质量、降低能耗;高电阻率(是冶金焦的一倍)、低铝特性可明显降低电炉冶
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炼时还原铝氧化物的高电耗;低硫、低磷可降低污染。与冶金焦相比,用榆林兰炭生产铁合金可降低电耗10%,生产硅铁合金每吨节电300kWh~500kWh,节焦70kg~90kg,提高单炉产量10%左右。从上世纪90年代开始,铁合金生产基本采用兰炭和冶金焦混配作为还原剂,兰炭已经成为铁合金生产的重要还原剂。
二是高炉喷吹用料。目前我国高炉喷吹用料主要有无烟煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤三种类型。无烟煤具有无爆炸性、置换比较高的优点,但反应性差,从而影响喷煤比的提高;高挥发分烟煤具有反应性高、燃烧性好的优点,但因挥发分高,爆炸性很强,不宜单独喷吹,且其置换比较低;贫煤和贫瘦煤反应性比无烟煤好,与高挥发分烟煤相比爆炸性要小得多,且置换比也比高挥发分烟煤高。兰炭替代无烟煤用于高炉喷吹在包钢、首钢、宝钢、酒钢等企业已进行了试验试点,1998年首钢利用神木县神通西部能源开发有限责任公司所产兰炭进行的高炉喷吹试验表明,从化学成分和燃烧性考虑,神木兰炭优于现用高炉煤粉,制备兰炭粉在技术上是可行的。神木富油公司联手多家钢铁企业开展为期两年多的半焦粉替代无烟煤进行高炉喷吹炼钢试验结果表明,半焦粉以15%-30%比例喷吹是完全可行的。从煤质分析的角度看,低温兰炭比原料煤的性能优越,更适合用作高炉喷吹:低温兰炭的可磨性一般为60左右,与原料煤差不多;原料煤的返回火焰长度为200mm,爆炸性强,而低温兰炭的返回火焰长度较小,只有微弱的爆炸性,低温兰炭的着火温度比原料煤高约30
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度,两者的化学反应性基本一样、燃烧性能差不多,因此低温兰炭完全可以作为一种较为合适的高炉喷吹用料。2011年神木县煤化工产业办和中钢集团鞍山热能院在鞍钢股份炼铁总厂进行的“3200m高炉喷吹神木半焦粉”现场试验(半焦粉占总用煤量15%)表明,中温兰炭粉的喷入对高炉顺行无不利影响,且有利于脱硫,半焦粉配比达到10%即可较使用无烟煤节约30%左右的成本。近年来,提高煤比、以低价煤代替昂贵的冶金焦,实现高煤比操作是高炉炼铁降本增效的有效手段。
同时,榆林兰炭还可作为铁矿烧结燃料、含碳球团还原剂和小块冶金焦。
二、化工领域
榆林兰炭在化工领域的应用主要集中在还原剂和气化合成气两大方面,目前国内主要将半焦作为还原剂生产电石,有少量半焦用于化肥造气。
一是电石还原剂。得益于低灰分、低铝、低磷、高电阻率,兰炭应用于电石行业,可显著降低能耗、降低成本、提高产品质量。我国电石产能约占世界总产能的95%,随着电石产能、产量持续快速增长,使该领域消费的兰炭也呈快速增长趋势。
二是化肥造气原料。低灰、低硫的兰炭用于化肥造气,可提高产气率、减少灰渣排放量,减少煤气的脱硫量,从而降低能耗、提高煤气品质。目前合成氨造气已成为榆林兰炭的重要消费领域之一,企业多集中在内蒙古、河北、山西、陕西和宁夏等兰炭生
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产区周边。
三是气化制合成气。榆林兰炭由于保留了煤的大部分性质,可作为一种洁净的气化原料。与低阶烟煤直接气化相比,榆林兰炭气化降低了合成气中焦油含量,提高了有效气含量,减轻了气体净化单元的负担,物料不易黏结成块,气化原料应是榆林低温兰炭市场拓展的主要方向,潜在市场巨大。
三、清洁燃料领域
一是民用清洁燃料。目前我国城镇居民年用煤量超过9000万吨,至少产生CO218000万吨、SO272万吨、NOx63万吨。随着雾霾治理力度的加大,国家将逐步禁止燃用烟煤。无烟煤虽适宜做民用燃料,但产量有限、价格偏高。兰炭只有原煤污染物含量的五分之一,特别是硫仅为原煤的十分之一,是适宜的民用清洁燃料,各项指标均优于无烟煤,可替代中小城市及农村的民用无烟煤,特别是远离无烟煤的西南地区和兰炭生产企业周边地区,兰炭具备较强的市场竞争力。
二是电厂掺烧燃料。我国每年发电用煤量达到20亿吨,是造成空气污染的因素之一。兰炭末挥发分低,一般为5-7%,最高为10%,还具有低硫、低磷、硬度较高、粒径较小、发热量较高等特性。从有利于燃烧和环保出发,根据已有试验数据,燃用兰炭粉末采用循环流化床锅炉(CFB)完全可行。
四、型焦领域
型焦是预先将制焦原料进行成型,然后进行碳化或烧结形成
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