郭会良    纪召毅    亓磊    吴月龙    李铁

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东济南 271100）

摘要：本文介绍了高炉喷吹兰炭的主要优势，可降低成本，提高燃料的燃烧效率。文中选用了两种不同产地的兰炭，通过不同的配加比例可得出当提高富氧率的情况下都出现燃烧率升高的趋势，且这种趋势随着富氧率的增加而降低，兰炭量越大，燃烧率越低，另外，兰炭量越高，运输能力越差。随后简介了兰炭喷吹现状，多数钢铁企业也进行了相应的尝试。最后，点出兰炭的缺点，分别是含水量和可磨性。

关键词：高炉；兰炭；含水量；可磨性

1 概述

在高炉炼铁过程中需要消耗大量的燃料，其中最主要的就是焦炭，通常情况下每生产一吨铁水需要消耗450kg以上的焦炭，为了降低成本，提高燃料的燃烧效率，常用的做法是在高炉内喷吹煤粉，如烟煤、无烟煤等，其粒度细、燃烧效率高、热能释放迅速，可大大降低焦炭的消耗。目前，吨铁水通常消耗煤粉150kg以上，但整体运行成本仍然较高，为了进一步降低能耗，很多厂家选用兰炭来代替部分煤粉。

兰炭^[1,2]严格意义上讲不属于焦炭和煤粉，它的原料是神府煤田的优质侏罗精煤块，这种煤的特点是高挥发分若黏结或不黏结，然后经中低温干馏碳化除去焦油物质和绝大部分挥发分后得到兰炭。因此，兰炭具有反应性好、燃烧性好、灰分和硫分低的特点^[3,4]，而且其固定碳较高，成本较煤粉略低，是煤粉优质的替代品。另外，北方某些地区纷纷出台了高炉减煤指标，而兰炭作为非煤产品其重要意义不言而喻。

此前，很多企业或研究院都对兰炭的喷吹进行了一定的研究，多数停留在喷吹量、高炉指标上面，对整个工艺过程和微观的能量传递方面研究较少，燃烧机理较为模糊，本文不仅在喷吹指标上进行了详细试验，在机理上也有一定的描述。

2 兰炭及原料的指标

实验选用的对比煤粉来自山西和内蒙古地区，兰炭选用山西和新疆地区的产品，相关指标见表1和表2。

表1 兰炭及煤粉的多元素指标

表2 兰炭及煤粉的技术指标

从上述表中可以看出，兰炭作为一种化石燃料，其含碳量在77%以上，比个别煤粉的含碳量都多，在硫含量、氮含量上也具有一定的优势，尤其是氮含量比煤粉低很多，而氧含量相对较高。在兰炭的技术指标中，其可磨度较差，在制粉阶段需要增加能耗，发热量、灰分与常见的煤粉相差较小，挥发分根据兰炭种类和产地的不同而不同，但都在10%左右。因此，兰炭与煤粉在某些方面有相似的地方，完全可以代替煤粉进行高炉的喷吹。

3 喷吹比例的设定

现阶段，现场采用的是A+B联合使用的配比，两者各占50%，为了保证实验的递进性，逐步加大C和D的比例，比例见表3。

表3 喷吹比例的设定

4 喷吹工艺的影响分析

4.1 混合煤成分对比

表4喷吹兰炭实验前后混合煤成分对比

从表4可以看出，在兰炭配用后与未配前，混合煤灰分降低0.23%，水分降低0.07%，挥发分降低0.2%，热值增加327J，硫份降低0.06%，碳含量提高0.34%，细度-200目相比使用前降低3.3%。

整体来说，配加兰炭后混合煤的灰分、硫分、水分、挥发分都有不同程度的降低，给高炉的顺行创造的条件，但同时由于兰炭可磨度较差，混合煤-200目含量稍有降低，可能会对燃料的充分燃烧产生一定影响。

4.2 燃烧率的变化

兰炭与煤粉相比具有较高的机械强度，在高温环境下其分子间的化学键断裂较为困难，使得火焰传播速度较慢，理论上会对兰炭的燃烧造成困难。在喷吹兰炭时一般在高炉风口处燃烧，此时的燃烧率对整个高炉的顺行有着关键性的作用。

图1 燃烧率的变化趋势

从图1中可以看出，不论哪一种配比方案，当提高富氧率的情况下都出现燃烧率升高的趋势，且这种趋势随着富氧率的增加而降低。不同方案在相同富氧率的情况下燃烧率不同，主要表现在方案1＞方案2＞方案3＞方案4，在低富氧率的环境下四个方案的燃烧率相差较小，随着富氧率的增加，四个方案的富氧率逐渐拉开距离，但是最大相差不超过3%。因此，在不添加兰炭的情况下燃烧率最高，随着兰炭比例的增加，燃烧率降低。

4.3 输送能力

煤粉的输送能力是指在一定压力下单位时间内某一截面通过的粉状物质的质量，它受煤粉物理性质的制约，如粒度大小、颗粒的均匀度、含水量、密度等，输送能力是煤粉运输的好坏的决定性因素，在模拟现场生产的情况下进行了模拟试验，结果见下表。

表5 煤粉输送能力对比

从表5中可以看出，四个方案的煤粉输送能力各不相同，其中未添加兰炭时输送能力最大，随着兰炭的增加，输送能力逐渐降低。这一方面是由于兰炭具有较高的密度，相同体积时具有较大的重量，在一定的压力作用下能产生较大的阻力，另一方面是兰炭硬度较大，可磨度低，从而使得总体粒度偏大，阻碍了颗粒的运动。

5 高炉喷吹兰炭的现状与前景

在兰炭替代无烟煤和烟煤的使用过程中，有利于高炉喷吹原料的资源结构优化，在提高煤比同时，降低喷吹用煤的使用成本，提高了工业生产的效益，能够满足高炉喷吹用煤的技术要求，是一种非常理想的高炉喷吹原料。高炉喷吹用兰炭主要好处其一是减少对无烟煤的依赖，降低焦比，炼铁成本大幅度降低；其二是显著改善喷吹过程中的安全性；其三是兰炭的冶金性能稳定且较好，灰熔特性较好，不易堵枪，用于高炉喷吹过程容易控制。

现阶段，很多企业对高炉喷吹兰炭进行了实践，都取得了较好的成果。宝武集团梅钢进行了喷吹，兰炭比例在30%以下，取得了一定的成果，随后为了增加比例进行了一定的措施，如与兰炭厂家合作开发专用兰炭，满足喷吹指标，还对兰炭与煤粉的制粉性能和燃烧性能进行研究，研究兰炭与煤粉掺混不同比例对可磨性能的影响，研究制粉粒度、燃烧温度、富氧、兰炭配比、喷吹量对混合煤粉燃烧性能的影响。目前喷吹比例可达到70%左右。

鞍钢也进行了相应的实践，喷吹比例达到40%左右，前期出现了富氧率上升、燃烧率下降的趋势，随后通过改造磨粉系统，增加喷吹压力等措施，取得了较好的成果。酒钢采用兰炭替代无烟煤喷吹而进行了相关可行性分析，从可磨性、发热量、着火点、爆炸性和燃烧率等指标角度对兰炭的优质特性得出了可行性结论，通过喷吹兰炭，节约了大量生产成本，最终实现了兰炭块完全替代无烟煤的目标，更大程度地降低了生产成本。

承德钢铁喷吹兰炭粉前后，高炉燃料比升高4.33kg/t、煤比降低3.31kg/t，扣除铁损和品位变化对燃料消耗的影响，实际影响燃料比升高1.2kg/t。按当前入炉燃料价格计算，兰炭粉价格比洗无烟煤低138元/t，配加10%兰炭粉后燃料比最大允许升高2.8kg/t，实际升高1.2kg/t，试验期间喷吹兰炭粉创效1.1元/t；反推兰炭粉与洗无烟煤的合理差价最低80元/t。

6 存在问题

虽然国内外的钢铁企业和研究机构在兰炭替代无烟煤进行喷吹方面有了一些成果，但仍需要在工业生产应用方面进行更多研究，从而满足企业的更多需求。此外，喷吹兰炭技术刚刚起步，采用高炉喷吹兰炭的企业不多，在兰炭供应端可能会因此受到影响，兰炭在未经洗选处理时，其中灰成分含量比较多，而且多数为不同地区兰炭。不论质量好坏掺杂在一起供应，影响兰炭的总体质量，导致燃烧性能参差不齐，从而在工业应用进度上制约了兰炭喷吹技术发展。

6.1水分问题

兰炭煤还存在水分含量高且固定碳含量较低，主要成分波动较大的问题。会导致兰炭的水分偏高会增加干燥消耗的热量。     

6.2可磨性问题

兰炭可磨栺数偏低，为保证喷吹煤粉粒度，会增加磨煤机的电耗和磨辊的磨损，并影响出力（在磨机能力有富余的情况下，对生产组织不存在影响）。由于兰炭煤结构特性，在生产时发现，兰炭对磨煤机出口管道和喷枪金属软管磨损增加，易出现磨漏情况。

参考文献

 [1]张立国，任伟，刘德军等，兰炭作为高炉喷吹用煤研究[J]，中国冶金，2014,12:392-397.

[2]李杰，李小静，李帮平等，兰炭用作高炉喷吹燃料的试验分析[J]，中国冶金，2019,29(12):14-18.

[3]杨双平，郭栓全，张攀辉等，兰炭对高炉混煤喷吹特性的影响[J]，钢铁研究学报，2017,29(3):201-207.

[4]徐晨阳，董洁，李新涛等，兰炭用于高炉喷吹及其冶金性能试验研究[J]，钢铁研究，201,44(4):17-19.