郭會(huì)良    紀(jì)召毅    亓磊    吳月龍    李鐵

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 271100）

摘要：本文介紹了高爐噴吹蘭炭的主要優(yōu)勢(shì)，可降低成本，提高燃料的燃燒效率。文中選用了兩種不同產(chǎn)地的蘭炭，通過(guò)不同的配加比例可得出當(dāng)提高富氧率的情況下都出現(xiàn)燃燒率升高的趨勢(shì)，且這種趨勢(shì)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(yùn)輸能力越差。隨后簡(jiǎn)介了蘭炭噴吹現(xiàn)狀，多數(shù)鋼鐵企業(yè)也進(jìn)行了相應(yīng)的嘗試。最后，點(diǎn)出蘭炭的缺點(diǎn)，分別是含水量和可磨性。

關(guān)鍵詞：高爐；蘭炭；含水量；可磨性

1 概述

在高爐煉鐵過(guò)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(chǎn)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(nèi)噴吹煤粉，如煙煤、無(wú)煙煤等，其粒度細(xì)、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(yùn)行成本仍然較高，為了進(jìn)一步降低能耗，很多廠家選用蘭炭來(lái)代替部分煤粉。

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

此前，很多企業(yè)或研究院都對(duì)蘭炭的噴吹進(jìn)行了一定的研究，多數(shù)停留在噴吹量、高爐指標(biāo)上面，對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程和微觀的能量傳遞方面研究較少，燃燒機(jī)理較為模糊，本文不僅在噴吹指標(biāo)上進(jìn)行了詳細(xì)試驗(yàn)，在機(jī)理上也有一定的描述。

2 蘭炭及原料的指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)選用的對(duì)比煤粉來(lái)自山西和內(nèi)蒙古地區(qū)，蘭炭選用山西和新疆地區(qū)的產(chǎn)品，相關(guān)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表1 蘭炭及煤粉的多元素指標(biāo)

表2 蘭炭及煤粉的技術(shù)指標(biāo)

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(gè)別煤粉的含碳量都多，在硫含量、氮含量上也具有一定的優(yōu)勢(shì)，尤其是氮含量比煤粉低很多，而氧含量相對(duì)較高。在蘭炭的技術(shù)指標(biāo)中，其可磨度較差，在制粉階段需要增加能耗，發(fā)熱量、灰分與常見(jiàn)的煤粉相差較小，揮發(fā)分根據(jù)蘭炭種類和產(chǎn)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(jìn)行高爐的噴吹。

3 噴吹比例的設(shè)定

現(xiàn)階段，現(xiàn)場(chǎng)采用的是A+B聯(lián)合使用的配比，兩者各占50%，為了保證實(shí)驗(yàn)的遞進(jìn)性，逐步加大C和D的比例，比例見(jiàn)表3。

表3 噴吹比例的設(shè)定

4 噴吹工藝的影響分析

4.1 混合煤成分對(duì)比

表4噴吹蘭炭實(shí)驗(yàn)前后混合煤成分對(duì)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(fā)分降低0.2%，熱值增加327J，硫份降低0.06%，碳含量提高0.34%，細(xì)度-200目相比使用前降低3.3%。

整體來(lái)說(shuō)，配加蘭炭后混合煤的灰分、硫分、水分、揮發(fā)分都有不同程度的降低，給高爐的順行創(chuàng)造的條件，但同時(shí)由于蘭炭可磨度較差，混合煤-200目含量稍有降低，可能會(huì)對(duì)燃料的充分燃燒產(chǎn)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(jī)械強(qiáng)度，在高溫環(huán)境下其分子間的化學(xué)鍵斷裂較為困難，使得火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，理論上會(huì)對(duì)蘭炭的燃燒造成困難。在噴吹蘭炭時(shí)一般在高爐風(fēng)口處燃燒，此時(shí)的燃燒率對(duì)整個(gè)高爐的順行有著關(guān)鍵性的作用。

圖1 燃燒率的變化趨勢(shì)

從圖1中可以看出，不論哪一種配比方案，當(dāng)提高富氧率的情況下都出現(xiàn)燃燒率升高的趨勢(shì)，且這種趨勢(shì)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(xiàn)在方案1＞方案2＞方案3＞方案4，在低富氧率的環(huán)境下四個(gè)方案的燃燒率相差較小，隨著富氧率的增加，四個(gè)方案的富氧率逐漸拉開(kāi)距離，但是最大相差不超過(guò)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(shí)間內(nèi)某一截面通過(guò)的粉狀物質(zhì)的質(zhì)量，它受煤粉物理性質(zhì)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(yùn)輸?shù)暮脡牡臎Q定性因素，在模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的情況下進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)下表。

表5 煤粉輸送能力對(duì)比

從表5中可以看出，四個(gè)方案的煤粉輸送能力各不相同，其中未添加蘭炭時(shí)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(shí)具有較大的重量，在一定的壓力作用下能產(chǎn)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(yùn)動(dòng)。

5 高爐噴吹蘭炭的現(xiàn)狀與前景

在蘭炭替代無(wú)煙煤和煙煤的使用過(guò)程中，有利于高爐噴吹原料的資源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在提高煤比同時(shí)，降低噴吹用煤的使用成本，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效益，能夠滿足高爐噴吹用煤的技術(shù)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(duì)無(wú)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(guò)程中的安全性；其三是蘭炭的冶金性能穩(wěn)定且較好，灰熔特性較好，不易堵槍，用于高爐噴吹過(guò)程容易控制。

現(xiàn)階段，很多企業(yè)對(duì)高爐噴吹蘭炭進(jìn)行了實(shí)踐，都取得了較好的成果。寶武集團(tuán)梅鋼進(jìn)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(jìn)行了一定的措施，如與蘭炭廠家合作開(kāi)發(fā)專用蘭炭，滿足噴吹指標(biāo)，還對(duì)蘭炭與煤粉的制粉性能和燃燒性能進(jìn)行研究，研究蘭炭與煤粉摻混不同比例對(duì)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(duì)混合煤粉燃燒性能的影響。目前噴吹比例可達(dá)到70%左右。

鞍鋼也進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)踐，噴吹比例達(dá)到40%左右，前期出現(xiàn)了富氧率上升、燃燒率下降的趨勢(shì)，隨后通過(guò)改造磨粉系統(tǒng)，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(wú)煙煤噴吹而進(jìn)行了相關(guān)可行性分析，從可磨性、發(fā)熱量、著火點(diǎn)、爆炸性和燃燒率等指標(biāo)角度對(duì)蘭炭的優(yōu)質(zhì)特性得出了可行性結(jié)論，通過(guò)噴吹蘭炭，節(jié)約了大量生產(chǎn)成本，最終實(shí)現(xiàn)了蘭炭塊完全替代無(wú)煙煤的目標(biāo)，更大程度地降低了生產(chǎn)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(duì)燃料消耗的影響，實(shí)際影響燃料比升高1.2kg/t。按當(dāng)前入爐燃料價(jià)格計(jì)算，蘭炭粉價(jià)格比洗無(wú)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(shí)際升高1.2kg/t，試驗(yàn)期間噴吹蘭炭粉創(chuàng)效1.1元/t；反推蘭炭粉與洗無(wú)煙煤的合理差價(jià)最低80元/t。

6 存在問(wèn)題

雖然國(guó)內(nèi)外的鋼鐵企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在蘭炭替代無(wú)煙煤進(jìn)行噴吹方面有了一些成果，但仍需要在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面進(jìn)行更多研究，從而滿足企業(yè)的更多需求。此外，噴吹蘭炭技術(shù)剛剛起步，采用高爐噴吹蘭炭的企業(yè)不多，在蘭炭供應(yīng)端可能會(huì)因此受到影響，蘭炭在未經(jīng)洗選處理時(shí)，其中灰成分含量比較多，而且多數(shù)為不同地區(qū)蘭炭。不論質(zhì)量好壞摻雜在一起供應(yīng)，影響蘭炭的總體質(zhì)量，導(dǎo)致燃燒性能參差不齊，從而在工業(yè)應(yīng)用進(jìn)度上制約了蘭炭噴吹技術(shù)發(fā)展。

6.1水分問(wèn)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(dòng)較大的問(wèn)題。會(huì)導(dǎo)致蘭炭的水分偏高會(huì)增加干燥消耗的熱量。     

6.2可磨性問(wèn)題

蘭炭可磨栺數(shù)偏低，為保證噴吹煤粉粒度，會(huì)增加磨煤機(jī)的電耗和磨輥的磨損，并影響出力（在磨機(jī)能力有富余的情況下，對(duì)生產(chǎn)組織不存在影響）。由于蘭炭煤結(jié)構(gòu)特性，在生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，蘭炭對(duì)磨煤機(jī)出口管道和噴槍金屬軟管磨損增加，易出現(xiàn)磨漏情況。

參考文獻(xiàn)

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