刘文权 洪建国

（冶金工业规划研究院   上海梅山钢铁股份有限公司）

摘  要  本文对高炉喷吹兰炭目的、意义、优势和作用等进行分析，分别介绍了国内多家企业喷吹兰炭的生产实践、喷吹比例和实际应用情况，并指出完善目前高炉喷吹兰炭技术标准，制定喷吹兰炭相关标准和对未来高比例喷吹兰炭进行展望。

关键词  高炉喷吹  兰炭  实践  

1  前言

高炉喷煤是钢铁企业降低成本，提高竞争力的重要手段。随着喷煤量的持续上升，为进一步降低喷煤成本，钢企普遍采用无烟煤与烟煤混合喷吹的方式。但近年来，随着国家环保政策逐步趋严，减煤、限煤、换煤政策力度的加强，加上不断上涨的无烟煤价格，使得钢铁企业期望能寻找到性能优良、价格更为低廉的喷吹煤种。

兰炭是以高挥发分的弱黏结或不黏结性煤为原料，经中、低温干馏炭化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后的半焦产品，具有硫分低、灰分低、气化效率高、反应性好、燃烧性能好等特点，可作为高炉喷吹用原料资源拓展的方向。兰炭以其优良的性能、较无烟煤低廉的价格加上出众的环保特性进入钢企视野，逐步成为钢企喷吹用料的新宠。

2  喷吹兰炭意义

2.1  喷吹兰炭的目的

兰炭是以侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，是一种新型优质燃料，具有固定碳高、铝低、硫磷低等优点，每吨价格比煤粉低100～200元。如果将兰炭用于高炉喷吹燃料，对企业降低成本和提高利润有重要的意义。另由于长三角地区受限煤政策的影响，高炉喷吹兰炭对实现兰炭资源综合利用、炼铁生产节能减排、降低成本和减少SO2排放也具有重要意义。

2.2  喷吹兰炭意义

高炉煤气从源头控制中含硫量的最有效办法是减少焦炭和煤粉含硫量，建议焦炭含硫量小于0.6%，煤粉含硫量小于0.4%。可通过喷吹兰炭或提质煤解决。随着国家环保政策逐步趋严，减煤、限煤、换煤政策力度的加强，加上不断上涨的无烟煤价格，使得钢铁企业期望能寻找到性能优良、价格更为低廉的喷吹煤种。

兰炭是以高挥发分的弱黏结或不黏结性煤为原料，经中、低温干馏炭化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后的半焦产品，具有硫分低、灰分低、气化效率高、反应性好、燃烧性能好等特点，可作为高炉喷吹用原料资源拓展的方向。兰炭以其优良的性能、较无烟煤低廉的价格加上出众的环保特性进入钢企视野，逐步成为钢企喷吹用料的新宠。

将兰炭用于高炉喷吹燃料，有利于企业降低成本，提高利润。在长三角地区受限煤政策的影响，高炉喷吹兰炭对实现兰炭资源综合利用、炼铁生产节能减排、降低成本和减少SO2排放也具有重要意义。

2.3  高炉喷吹用兰炭优势

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：1、减少对无烟煤的依赖，降低焦比，炼铁成本大幅度降低；2、显著改善喷吹过程中的安全性；3、兰炭的冶金性能稳定且较好，用于高炉喷吹过程容易控制。

2.4  高炉喷吹兰炭的作用

北京科技大学 2014 年完成了兰炭在炼铁领域兰炭高炉混合喷吹应用研究和兰炭替代焦丁在高炉中的应用研究，研究表明：

1）兰炭完全可以替代无烟煤、焦炭用作高炉喷吹、烧结燃料、焦丁，并具有较为明显的经济性；

2）兰炭 S（≤0.3%）、Zn（≤0.01%）、Na（0.045%～0.055%）、K（0.0096%～0.043%） 等有害元素含量较少，实现源头减排，可以减少高炉入炉硫负荷，进而减少高炉脱硫耗热，有助于降低燃耗，降低炼铁成本和 CO2排放；

3）兰炭有效热值和反应性均超出无烟煤，具有成本优势。

3  高炉喷吹兰炭的实践

国外已有采用褐煤生产半焦进行高炉喷吹试验的先例，如前苏联和德国产的褐煤半焦已经在高炉喷吹生产中广泛采用，应用情况十分稳定。目前，首钢、包钢、酒钢、宝钢、太钢、新兴铸管、达钢、沙钢、兴澄特钢、莱钢等已开展过高炉喷吹兰产的研究与试验。 

3.1  宝武集团

宝钢2号高炉喷吹兰炭生产试验总结

通过工业分析、可磨性、爆炸性和着火点等实验室研究表明，兰炭可替代部分无烟煤用于高炉喷吹。生产实践表明：宝钢所采用的兰炭对高炉制粉的出力和喷吹过程无明显影响，且对高炉炉况的顺行亦不产生影响。

梅钢进行高炉喷吹兰炭试验，刚开始配入兰炭的比例一直维持在25%～30%，很难有突破，后来成立了技术攻关团队进行系统研究，采取了三项措施：一是定制兰炭，首先对所选兰炭的生产工艺进行溯源研究，研究兰炭可磨性和燃烧性与其干馏工艺中的干馏温度以及其它工艺参数的对应关系，以求得到最佳工艺性能，确定所选兰炭品种及定制标准。二是解决兰炭与煤粉掺混对设备可磨性及相关工艺参数优化问题，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。三是制定高比例喷吹兰炭的高炉操作技术方案，研究高比例兰炭喷吹对高炉操作的影响并制定实施方案。并总结了从兰炭生产、制粉、喷吹和高炉冶炼全流程的高比例喷吹兰炭的关键技术。措施的实施使得高炉兰炭喷吹配比突破了25%～30%，达到了70%～80%，实现了大比例喷吹兰炭的目的。

3.2  鞍山热能研究院

2009年，鞍山热能研究院研究了兰炭的相关喷吹特性，并且与喷吹无烟煤进行对比，工作分析结果表明：兰炭的各项指标优越，完全适用于喷吹过程。

3.3  鞍钢

2009年5月，鞍钢在工业生产中试验了兰炭喷吹过程，经过两年的试验努力，中钢公司与神木县共同开发的高炉上喷吹兰炭技术得到实质性突破和收官性应用。2010年前后，酒钢在喷吹兰炭工作方面就已经取得实质性成果。

3.4  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。酒钢通过喷吹兰炭，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。在酒钢目前的原燃料条件下采用兰炭块煤作为高炉喷吹用煤，混合煤中兰炭块煤的配比应控制在30%左右。采用兰炭粉煤作为高炉喷吹用煤，混合煤粉中兰炭粉煤的配比应控制在20%左右[1]。

3.5  新兴铸管

2018年在新兴铸管３号高炉燃料比不变的情况下，因煤粉利用率提高，高炉焦比会有降低。综合分析，在兰炭资源充足时，喷吹兰炭可以改善髙炉指标，降低炼铁成本。当混合煤中兰炭比例为10% 时，吨铁的燃料成本降低1.43元/ｔ；兰炭比例增加到20%时，吨铁的燃料本降低1.92元/t[2]。

3.6  陕钢集团

为降低生铁成本，陕钢集团在1800m3高炉开展了高炉喷吹兰炭末工业试验研究，结果表明：兰炭末配比在20%时，高炉稳定顺行，综合燃料上升4.54kg/t，焦比降低2.19kg/t，煤比上升6.73kg/t，但燃料价格下降4.51元/t，降低了生产成本，表明陕钢集团采用兰炭末作为高炉喷吹燃料是可行的[3]。

对龙钢烟煤、兰炭及二者以不同比例（兰炭加入比例分别为30%、40%、50%）混合的试样的爆炸性、着火点、灰熔点及可磨性指数进行研究。分析了5种方案试样的冶金性能和对高炉喷吹性能的影响。兰炭的加入，可以使煤的爆炸性减弱，着火点降低，可磨性指数提高，灰熔点略降。

结果表明：兰炭与龙钢烟煤以3∶7混合时效果最佳，可以获得更优良的冶金性能。

3.7  太钢高炉喷吹用煤的配煤及使用兰炭的试验结果

为扩大可用于高炉喷吹的燃料品种范围，在太钢高炉开展使用兰炭煤替代无烟煤喷吹的可行性研究和工业试验，并将其用到正常生产中，可行性分析及工业试验结果表明：兰炭煤各项基础性能符合喷吹煤粉的要求，具备高炉喷吹的使用条件；高炉生产实践表明：喷吹煤粉中兰炭煤比例达到了15%～20%，最高25%，有利于降低钢铁企业的生产成本。2017年太钢高炉配加兰炭煤后，喷吹用煤价格降低了17元/t，吨铁燃料成本下降了13元/t[4]。

3.8  四川达钢高炉喷吹

四川达钢一直以来都在探索与实验适合的煤种以及合理的配煤比，以期可以有效地提高喷煤比，减少喷煤成本，获得更好的经济效益。兰炭作为一种相对廉价的固体燃料适量配入喷吹用煤，可以较大幅度的降低生产成本。通过对达钢现有喷吹用煤和兰炭的可磨性、燃烧性、爆炸性、反应性进行研究。研究结果表明：兰炭粉煤达到了达钢高炉喷吹用煤的标准，可以在达钢高炉进行混合喷吹，混合喷吹比例应≤20%[5]。

3.9  承钢高炉配加兰炭实践

3.9.1   喷煤配加情况

高炉于2015年6月开始喷吹兰炭粉进行工业试验（煤粉中兰炭粉配比10%），各高炉喷吹兰炭粉期间保持了稳定的喷吹煤粉配比。

配加兰炭粉后，高炉喷吹混煤的质量有所降低。通过理论计算，兰炭粉配比10%，煤比在140kg/t左右时，高炉燃料比会升高约0.52kg/t。

兰炭粉代替洗无烟煤需考虑到混煤挥发分升高对制粉系统安全性的影响，需控制配比。现混合煤粉挥发分已经接近安全上限25%水平，进一步提高兰炭粉比例影响制粉安全，因此兰炭粉配比暂时稳定在10%水平[6]。

3.9.2   高炉经济技术指标的影响

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。

3.9.3   对喷煤工序的影响

高炉喷吹兰炭粉期间，喷煤工序中发现磨机出力降低了1.5t/h，且对喷煤管道和设备磨损较大，频繁发生跑粉现象。

3.10  南京南钢产业发展有限公司

高炉喷吹兰炭试验，配入兰炭的比例为10％～15％，试验过程安全稳定，高炉顺行，在兰炭比例15%状态下，高炉消耗略有增加，制粉能力小幅降低。高炉喷吹兰炭是可行的，安全的[7]。

综上所述，目前邯钢、包钢、宝钢、陕钢、敬业钢铁、新武安钢铁等多家钢铁厂大量使用，兰炭用于炼铁领域，环保效益和经济效益明显。按照2亿吨铁水的年产量计算，使用兰炭替代无烟煤作高炉喷吹、烧结燃料和焦丁，可利用兰炭约1500万吨/年。较使用原煤可减少CO2排放约58万吨/年；按原煤含硫量0.7%、兰炭含硫量0.35%计算，可少向脱硫系统中引入SO2约10万吨/年。

4  喷吹兰炭存在的问题

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，但仍处于试验阶段，尚未有具体的喷吹配比与喷吹工艺，喷入量较低，喷吹方式不稳定，故需要在工业生产应用方面进行更多研究，从而满足企业的需求。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。

高炉喷吹兰炭存在的问题：

（1）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。兰炭的水分偏高会增加煤粉干燥消耗的热量。

（2）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，兰炭对磨机出口管道和喷枪金属软管磨损增加，易出现磨漏情况。

5  兰炭利用及减煤应对策略

5.1  成立国家级减煤技术创新中心

减煤技术创新中心致力于对兰炭用于烧结燃料、高炉喷吹兰炭等研究，对兰炭、改质煤，降低灰分、挥发份。根据钢企个性化需求，实行兰炭定制化，将高炉喷吹兰炭哈氏可磨系数提升至58～60，使其与无烟煤可磨系数灰分、挥发份相当，实现高炉高比例喷吹（50%～100%）替代喷吹无烟煤。

5.2  高炉喷吹兰炭的相关标准

5.2.1  国内相关标准

（1）GB/T 25212—2010《兰炭产品品种及等级划分》未对兰炭末的发热量、水分、全硫、灰熔融性温度、哈氏可磨性等指标做技术要求，且未对兰炭末挥发分含量高于15%的品种做技术要求，不适用于当前高炉喷吹兰炭的使用条件。

（2）GB/T 25211—2010《兰炭产品技术条件》未对用作高炉喷吹原料的兰炭的挥发分、发热量、灰熔融性温度等指标做技术要求，不适用于当前高炉喷吹兰炭的使用条件。

（3）GB/T 25210—2010《兰炭用煤技术条件》（合并GB/T18512《高炉喷吹用无烟煤技术条件》和GB/T18817《高炉喷吹用烟煤技术条件》），适用于兰炭生产用煤技术条件，不适用于当前高炉喷吹兰炭的技术条件。

（4）GB/T18512—2008《高炉喷吹用煤技术条件》，适用于高炉喷吹用煤要求，不适用于当前高炉喷吹兰炭的使用技术条件。要提高兰炭煤的 使用比例，必须对制煤工序进行改造，采取增加耐磨层，改变喷枪结构等工艺措施。

5.2.2  国外相关标准

前苏联和德国产的褐煤生产半焦已经在高炉喷吹生产中广泛采用，应用情况十分稳定。但国外尚无相关标准。

5.3  标准制定

由宝武集团上海梅山钢铁股份有限公司、冶金工业规划研究院等联合已制定中国特钢企业协会团体标准委员会2020年第二批团体标准《高炉喷吹兰炭技术要求》，欢迎各钢铁公司、兰炭生产企业积极采用或贯标。

6  参考文献

[1]焦阳.兰炭煤对酒钢高炉喷煤过程的影响研究[D]唐山：河北联合大学硕士学位论文，2012.3

[2]白凤强，王小东.新兴铸管3号高炉喷吹兰炭工业试验[J].炼铁，2019（3）：16～21

[3]杜刚.兰炭替代部分高炉喷吹用煤及其性能的研究[D]西安建筑科技大学硕士学位论文，2013.5

[4]巩黎伟.太钢高炉喷吹兰炭煤生产实践[J].炼铁，2018 (5）:16～19

[5]邓孝天，杨双平.达钢高炉喷吹用煤配加兰炭粉煤的试验[J].冶金与材料，2018(1):18～19

[6]张之晓.高炉配加低价燃料的生产实践[J]。河北冶金，2016（7）:26～28

[7]陈长卫,杨道彬.高炉喷吹兰炭试验[J].现代冶金，2019（2）：19～21