郭會良    紀召毅    亓磊    吳月龍    李鐵

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東濟南 271100）

摘要：本文介紹了高爐噴吹蘭炭的主要優勢，可降低成本，提高燃料的燃燒效率。文中選用了兩種不同產地的蘭炭，通過不同的配加比例可得出當提高富氧率的情況下都出現燃燒率升高的趨勢，且這種趨勢隨著富氧率的增加而降低，蘭炭量越大，燃燒率越低，另外，蘭炭量越高，運輸能力越差。隨后簡介了蘭炭噴吹現狀，多數鋼鐵企業也進行了相應的嘗試。最后，點出蘭炭的缺點，分別是含水量和可磨性。

關鍵詞：高爐；蘭炭；含水量；可磨性

1 概述

在高爐煉鐵過程中需要消耗大量的燃料，其中最主要的就是焦炭，通常情況下每生產一噸鐵水需要消耗450kg以上的焦炭，為了降低成本，提高燃料的燃燒效率，常用的做法是在高爐內噴吹煤粉，如煙煤、無煙煤等，其粒度細、燃燒效率高、熱能釋放迅速，可大大降低焦炭的消耗。目前，噸鐵水通常消耗煤粉150kg以上，但整體運行成本仍然較高，為了進一步降低能耗，很多廠家選用蘭炭來代替部分煤粉。

蘭炭^[1,2]嚴格意義上講不屬于焦炭和煤粉，它的原料是神府煤田的優質侏羅精煤塊，這種煤的特點是高揮發分若黏結或不黏結，然后經中低溫干餾碳化除去焦油物質和絕大部分揮發分后得到蘭炭。因此，蘭炭具有反應性好、燃燒性好、灰分和硫分低的特點^[3,4]，而且其固定碳較高，成本較煤粉略低，是煤粉優質的替代品。另外，北方某些地區紛紛出臺了高爐減煤指標，而蘭炭作為非煤產品其重要意義不言而喻。

此前，很多企業或研究院都對蘭炭的噴吹進行了一定的研究，多數停留在噴吹量、高爐指標上面，對整個工藝過程和微觀的能量傳遞方面研究較少，燃燒機理較為模糊，本文不僅在噴吹指標上進行了詳細試驗，在機理上也有一定的描述。

2 蘭炭及原料的指標

實驗選用的對比煤粉來自山西和內蒙古地區，蘭炭選用山西和新疆地區的產品，相關指標見表1和表2。

表1 蘭炭及煤粉的多元素指標

表2 蘭炭及煤粉的技術指標

從上述表中可以看出，蘭炭作為一種化石燃料，其含碳量在77%以上，比個別煤粉的含碳量都多，在硫含量、氮含量上也具有一定的優勢，尤其是氮含量比煤粉低很多，而氧含量相對較高。在蘭炭的技術指標中，其可磨度較差，在制粉階段需要增加能耗，發熱量、灰分與常見的煤粉相差較小，揮發分根據蘭炭種類和產地的不同而不同，但都在10%左右。因此，蘭炭與煤粉在某些方面有相似的地方，完全可以代替煤粉進行高爐的噴吹。

3 噴吹比例的設定

現階段，現場采用的是A+B聯合使用的配比，兩者各占50%，為了保證實驗的遞進性，逐步加大C和D的比例，比例見表3。

表3 噴吹比例的設定

4 噴吹工藝的影響分析

4.1 混合煤成分對比

表4噴吹蘭炭實驗前后混合煤成分對比

從表4可以看出，在蘭炭配用后與未配前，混合煤灰分降低0.23%，水分降低0.07%，揮發分降低0.2%，熱值增加327J，硫份降低0.06%，碳含量提高0.34%，細度-200目相比使用前降低3.3%。

整體來說，配加蘭炭后混合煤的灰分、硫分、水分、揮發分都有不同程度的降低，給高爐的順行創造的條件，但同時由于蘭炭可磨度較差，混合煤-200目含量稍有降低，可能會對燃料的充分燃燒產生一定影響。

4.2 燃燒率的變化

蘭炭與煤粉相比具有較高的機械強度，在高溫環境下其分子間的化學鍵斷裂較為困難，使得火焰傳播速度較慢，理論上會對蘭炭的燃燒造成困難。在噴吹蘭炭時一般在高爐風口處燃燒，此時的燃燒率對整個高爐的順行有著關鍵性的作用。

圖1 燃燒率的變化趨勢

從圖1中可以看出，不論哪一種配比方案，當提高富氧率的情況下都出現燃燒率升高的趨勢，且這種趨勢隨著富氧率的增加而降低。不同方案在相同富氧率的情況下燃燒率不同，主要表現在方案1＞方案2＞方案3＞方案4，在低富氧率的環境下四個方案的燃燒率相差較小，隨著富氧率的增加，四個方案的富氧率逐漸拉開距離，但是最大相差不超過3%。因此，在不添加蘭炭的情況下燃燒率最高，隨著蘭炭比例的增加，燃燒率降低。

4.3 輸送能力

煤粉的輸送能力是指在一定壓力下單位時間內某一截面通過的粉狀物質的質量，它受煤粉物理性質的制約，如粒度大小、顆粒的均勻度、含水量、密度等，輸送能力是煤粉運輸的好壞的決定性因素，在模擬現場生產的情況下進行了模擬試驗，結果見下表。

表5 煤粉輸送能力對比

從表5中可以看出，四個方案的煤粉輸送能力各不相同，其中未添加蘭炭時輸送能力最大，隨著蘭炭的增加，輸送能力逐漸降低。這一方面是由于蘭炭具有較高的密度，相同體積時具有較大的重量，在一定的壓力作用下能產生較大的阻力，另一方面是蘭炭硬度較大，可磨度低，從而使得總體粒度偏大，阻礙了顆粒的運動。

5 高爐噴吹蘭炭的現狀與前景

在蘭炭替代無煙煤和煙煤的使用過程中，有利于高爐噴吹原料的資源結構優化，在提高煤比同時，降低噴吹用煤的使用成本，提高了工業生產的效益，能夠滿足高爐噴吹用煤的技術要求，是一種非常理想的高爐噴吹原料。高爐噴吹用蘭炭主要好處其一是減少對無煙煤的依賴，降低焦比，煉鐵成本大幅度降低；其二是顯著改善噴吹過程中的安全性；其三是蘭炭的冶金性能穩定且較好，灰熔特性較好，不易堵槍，用于高爐噴吹過程容易控制。

現階段，很多企業對高爐噴吹蘭炭進行了實踐，都取得了較好的成果。寶武集團梅鋼進行了噴吹，蘭炭比例在30%以下，取得了一定的成果，隨后為了增加比例進行了一定的措施，如與蘭炭廠家合作開發專用蘭炭，滿足噴吹指標，還對蘭炭與煤粉的制粉性能和燃燒性能進行研究，研究蘭炭與煤粉摻混不同比例對可磨性能的影響，研究制粉粒度、燃燒溫度、富氧、蘭炭配比、噴吹量對混合煤粉燃燒性能的影響。目前噴吹比例可達到70%左右。

鞍鋼也進行了相應的實踐，噴吹比例達到40%左右，前期出現了富氧率上升、燃燒率下降的趨勢，隨后通過改造磨粉系統，增加噴吹壓力等措施，取得了較好的成果。酒鋼采用蘭炭替代無煙煤噴吹而進行了相關可行性分析，從可磨性、發熱量、著火點、爆炸性和燃燒率等指標角度對蘭炭的優質特性得出了可行性結論，通過噴吹蘭炭，節約了大量生產成本，最終實現了蘭炭塊完全替代無煙煤的目標，更大程度地降低了生產成本。

承德鋼鐵噴吹蘭炭粉前后，高爐燃料比升高4.33kg/t、煤比降低3.31kg/t，扣除鐵損和品位變化對燃料消耗的影響，實際影響燃料比升高1.2kg/t。按當前入爐燃料價格計算，蘭炭粉價格比洗無煙煤低138元/t，配加10%蘭炭粉后燃料比最大允許升高2.8kg/t，實際升高1.2kg/t，試驗期間噴吹蘭炭粉創效1.1元/t；反推蘭炭粉與洗無煙煤的合理差價最低80元/t。

6 存在問題

雖然國內外的鋼鐵企業和研究機構在蘭炭替代無煙煤進行噴吹方面有了一些成果，但仍需要在工業生產應用方面進行更多研究，從而滿足企業的更多需求。此外，噴吹蘭炭技術剛剛起步，采用高爐噴吹蘭炭的企業不多，在蘭炭供應端可能會因此受到影響，蘭炭在未經洗選處理時，其中灰成分含量比較多，而且多數為不同地區蘭炭。不論質量好壞摻雜在一起供應，影響蘭炭的總體質量，導致燃燒性能參差不齊，從而在工業應用進度上制約了蘭炭噴吹技術發展。

6.1水分問題

蘭炭煤還存在水分含量高且固定碳含量較低，主要成分波動較大的問題。會導致蘭炭的水分偏高會增加干燥消耗的熱量。     

6.2可磨性問題

蘭炭可磨栺數偏低，為保證噴吹煤粉粒度，會增加磨煤機的電耗和磨輥的磨損，并影響出力（在磨機能力有富余的情況下，對生產組織不存在影響）。由于蘭炭煤結構特性，在生產時發現，蘭炭對磨煤機出口管道和噴槍金屬軟管磨損增加，易出現磨漏情況。

參考文獻

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