高炉喷吹燃料的优化方案

高炉喷吹燃料是增产节焦的一项重大措施。由于各国资源状况不同，高炉喷吹燃料的种类也有所差别。一些工业发达国家刚开始以喷油和天然气为主，20世纪70年代末第二次石油危机后，则转向喷煤。我国由于石油和天然气供应不足，自1965年推广喷吹无烟煤技术以来，无烟煤成为许多钢铁企业的高炉喷吹料。随着喷吹量的不断增加，符合喷吹要求的无烟煤已供不应求。近些年来，许多钢铁企业正积极致力喷吹烟煤，如鞍钢、宝钢等企业。但喷吹烟煤有一个安全问题，为了防火防爆，喷吹需在惰性气体中进行，设备复杂，建设与操作费用高，而且喷吹高挥发分烟煤有烧掉化工副产品和煤气的缺点，因此应该首先提取化工产品，剩余的兰炭作高炉喷吹料，实现综合利用。

4.1.4.1　高炉喷吹兰炭的试验研究

早在20世纪80年代德国就将小粒褐煤兰炭用于高炉喷吹燃料，苏联也开展了褐煤兰炭用作高炉喷吹燃料的研究。多年来，我国对褐煤、烟煤热解兰炭作高炉喷吹燃料进行了一系列研究。

马国君等对内蒙大雁褐煤、云南先锋褐煤、陕西神木长焰煤和甘肃天祝气煤的热解兰炭用于高炉喷吹燃料做了研究。表4-24为四种兰炭的基本性质，研究结果表明：

（1）兰炭的可磨性。由表4-25可知，600℃可磨性系数是天祝＞神木＞先锋＞大雁。天祝（气煤）、神木（长焰煤）煤的变质程度较大雁和先锋褐煤为高，在热解过程中均有胶质体产生，形成球孢状（天祝）和菜花状（神木）兰炭，这种兰炭的气孔壁薄、脆、多孔易碎，因而可磨性系数大。显然原煤的性质影响其兰炭的可磨性，这是原煤的黏结性和膨胀性对其兰炭可磨性的影响。此外，热解温度在550～700℃，4种兰炭的可磨性系数均大于其原煤的可磨性系数。

表4-24　四种兰炭的基本性质

表4-25　四种兰炭的可磨性系数

（2）兰炭的爆炸性。我国现有高炉喷吹系统要求喷吹燃料无爆炸性。从表4-26可见，三种煤的返回火焰在700 mm以上，说明原煤均有很大的爆炸性；而兰炭除先锋550℃热解兰炭有140 mm返回火焰显示弱爆炸性外，其余兰炭均无爆炸性。因此兰炭喷吹燃料产生爆炸的可能性极小，是一种安全的喷吹燃料。

表4-26　兰炭爆炸性试验火焰返回长度　单位：mm

由兰炭的爆炸性、可磨性结果可知，热解温度高于600℃的兰炭无爆炸性；可磨性受原煤性质和热解条件所控制；每种煤的兰炭各有其最大可磨性系数，它们都在60以上，最高是天祝兰炭高达111.0。表4-27所列系我国目前主要的喷吹无烟煤可磨性系数，与表4-25相比，兰炭的可磨性系数普遍较高。所以兰炭代替无烟煤作高炉喷吹燃料可以降低制粉过程的成本。

表4-27　主要喷吹用无烟煤的可磨性系数

对于着火点来说，年轻煤兰炭的着火点与兰炭形成温度有关。随热解温度的提高，兰炭的着火点一般在300～450℃之间，而无烟煤一般在470～560℃之间。因此，年轻煤兰炭的着火点低于无烟煤。

张秋民等对兰炭作高炉喷吹料的性能做了全面分析。试验用煤取自内蒙古扎赉诺尔矿务局，西山矿（北斜井）、灵北矿（十二井）和灵泉矿（三斜井）的褐煤。

表4-28　几种煤样的兰炭性质

注：阳泉无烟煤为鞍钢高炉喷吹用煤。

由表4-28中的数据可知：

1）灰分。高炉喷吹希望煤的灰分含量越低越好，因为灰分高，理论燃烧温度和燃烧效率都将降低，并且对焦炭的置换比降低。煤粉灰分对高炉焦比的影响相当于焦炭对焦比的影响，一般灰分增加1%，焦比增加为喷吹量的2%，生铁产量下降2%。高炉喷吹用煤的灰分一般不应超过12%，最高不应超过17%。从表4-28中兰炭的灰分可知，三种兰炭中，西山矿兰炭灰分（干基）小于10.5%，作高炉喷吹质量好；控制加热提升温度720～750℃，灵泉矿褐煤所得兰炭灰分小于15%（干基），仍可满足高炉喷吹要求，可作为合格的高炉喷吹料。

2）水分。喷入高炉的煤粉希望水分越低越好，因为水分高除了会降低其理论燃烧温度外，还会堵塞喷枪和管道，影响喷吹系统的稳定运行，因此喷吹煤粉的水分一般要求为1%左右，如水分太高应考虑干燥。一般原料煤都要进行干燥才能满足要求。由表4-28可知，兰炭水分为1%左右，基本满足要求，可不需干燥，节省费用。

3）挥发分。煤的挥发分含量对高炉喷吹效果有较大影响。挥发分含量高，一般认为有可能增加煤的燃烧率及置换比，从这一点看，煤的挥发分含量高较为有利；但挥发分较高时，在制粉及喷吹过程中容易引起爆炸。一般认为，煤的挥发分（干基）小于10%为无爆炸性煤，大于25%的为强爆炸性煤。喷吹强爆炸性煤（如烟煤），需在惰性气（一般为氮气）中进行，设备相对复杂，成本提高。由表4-28中兰炭挥发分数据可知，兰炭与阳泉无烟煤相当，无爆炸性，可实现安全喷吹。

在此可从对比煤粉的情况来说明。影响煤粉氧化自燃的主要因素是煤粉的挥发分含量，挥发分含量高，煤粉在升温氧化过程逸出的易燃挥发分越多，而挥发分与煤粉存贮空间空气的化学反应速率与挥发分浓度成正比，因而导致煤粉易于氧化自燃。煤粉的自燃是煤粉爆炸的前奏，如果具备一定的氧化条件，就会发生爆炸。褐煤兰炭的挥发分含量低，兰炭自燃的可能性明显低于褐煤，而与无烟煤的情况接近。从兰炭燃点的大小也可以说明这一点。兰炭的燃点（Vd≤10%，380～398℃）明显高于其原料煤数值（308℃、324℃和338℃），而接近于阳泉无烟煤（401℃，见表4-28），从无烟煤实现安全喷吹的实践可推断喷吹兰炭也是安全的。

4）固定碳。固定碳是煤脱去挥发分和灰分后的可燃物，它是煤的主要发热部分，含量越高越好，一般以大于75%为宜。由表4-28可知，兰炭固定碳（干基）含量高于75%，与阳泉无烟煤相当，而兰炭水分含量低于阳泉无烟煤，所以兰炭发热量高于阳泉无烟煤。从提高炉热源角度看，兰炭优于阳泉无烟煤。

5）硫。高炉喷吹用煤的硫元素是高炉冶炼中的有害元素，其含量越低越好。高炉内炉料带入的硫分中仅有5%～20%随高炉煤气逸出，其余的均参加炉内硫循环，只能靠炉渣排出。入炉煤粉硫含量高，导致生铁硫含量增高，降低生铁质量，使高炉操作指标下降，同时降低生铁产量。硫分每增加0.1%，生铁产量降低2%，燃料比升高1.5%。高炉喷吹用煤的硫含量以小于0.7%为宜，最高不应超过1.10%。由表4-28可知，兰炭硫含量远低于阳泉无烟煤，能满足高炉喷吹要求。兰炭硫含量低于其原煤的10%～40%，这主要是因为在一定干馏温度下煤中硫铁矿硫及部分有机硫发生分解反应进入气相，兰炭中的硫相对减少。

6）兰炭的灰成分分析。高炉冶炼过程中，为了保持炉渣的脱硫能力，必须维持一定的炉渣碱度［（CaO+MgO）／SiO2］，而喷吹料灰带入的二氧化硅要靠碱性物质氧化钙来平衡。喷吹料中灰分高，灰分中二氧化硅含量高，都导致二氧化硅绝对量增加，需要加入更多的氧化钙造渣。造渣量增加，不仅多消耗热量，而且影响高炉内料柱的透气性，使生铁的产量有所下降，质量有所降低。因此，在喷吹料灰分含量一定时，希望喷吹料灰分中二氧化硅含量低，（CaO+MgO）含量高。三氧化二铁含量高，相当于增加铁矿石的有效成分，即灰分中三氧化二铁含量高对炼铁有利。由表4-29可知，阳泉无烟煤的灰分中（CaO+MgO）／SiO2的比值是0.11，而三种褐煤兰炭的灰分中（CaO+MgO）／SiO2分别是1.82、0.30和0.50，均大于阳泉无烟煤。三种兰炭灰分的三氧化二铁含量高于阳泉无烟煤，表明从灰成分角度考虑，比照喷吹用的阳泉无烟煤，兰炭适合作高炉喷吹料。

表4-29　兰炭的灰成分分析　单位：%

7）兰炭的可磨性分析。煤的可磨性标志着制备煤粉的难易程度，可用可磨性系数来表征。常用哈德格罗夫（Hardgrove）系数表示。哈氏系数（H）越小，煤越难磨。可磨性直接影响磨煤机的生产效率及喷吹设备的寿命（特别是喷枪）。我国一般粉煤喷吹要求可磨性系数（H）下限为50。扎赉诺尔褐煤兰炭及煤样H值见表4-30。从表4-30可知，扎赉诺尔褐煤兰炭较硬，西山矿兰炭H值（46）接近粉煤喷吹H值下限（50）要求。

表4-30　兰炭的可磨性系数

如果利用现有的无烟煤喷吹装置进行兰炭粉喷吹，与粒度相同的好磨的煤相比，则会影响磨煤机的效率。当然，由于兰炭本身已是粒状（＜2.6 mm，见表4-31），与用＜50 mm煤制粉相比，动力消耗并不大。我国有丰富的褐煤、长焰煤和不黏煤资源，可选范围大，可以筛选出硬度合适的原料生产兰炭进行粉状喷吹。

除了煤粉喷吹以外，高炉喷吹煤料的另一种方式为粒煤喷吹。英国斯肯索普厂已进行了10多年的粒煤喷吹实践，喷吹量在50～100 kg／t铁，置换比在0.85～1.10范围内，与喷吹煤粉相当。同时，由于其设备简单、投资省、维护费用低及爆炸危险性降低等特点，具有竞争力。粒煤喷吹要求粒度上限为3 mm，＜2 mm的占95%，＜0.074 mm的占10%～30%，平均粒径为0.5 mm。兰炭筛分数据见表4-31，兰炭粒度与粒煤喷吹粒度相近。褐煤固体热载体干馏工业生产时，采用气流床（或流化床）干燥，过程破碎作用与褐煤本身的热崩使兰炭粒度变小，可满足粒状喷吹要求。粒状兰炭喷吹将省去喷吹制粉系统，减少投资，节省制粉用电。

表4-31　兰炭筛分数据

综合上述可认为：扎赉诺尔褐煤固体热载体干馏兰炭能满足高炉喷吹要求，是一种新型高炉喷吹料。①灰分＜10%（干基）的褐煤可以通过固体热载体干馏得到合格高炉喷吹料，兰炭产率为40%～60%；②兰炭挥发分与无烟煤的相当，可实现安全喷吹；③与无烟煤相比，兰炭热值高、活性高、硫含量低、灰分低，可以实现较高置换比；④兰炭粒度可满足粒煤喷吹要求，兰炭水分也满足要求，直接粒状喷吹可节省制粉、干燥系统投资及操作费用。

2008年陕西煤业化工集团神木富油能源科技有限公司以长焰煤（＜6 mm）为原料，采用大连理工大学的煤固体热载体快速热解（热解温度510～530℃）工艺生产的兰炭性质列于表4-32，由此可知，该兰炭可满足高炉喷吹料的质量要求。

表4-32　兰炭性质

王雅军等对喷吹低温兰炭进行了研究，采用生产用煤、低温兰炭样品进行了工业分析，结果见表4-33。

表4-33　原煤样品工业分析结果

由表4-33可知，低温兰炭的挥发分均在20%～22%之间，灰分均在10%以下，硫分低及发热值高均可满足喷吹煤粉性能的要求。

在工业分析合格的基础上，对两种生产用煤和低温兰炭进行可磨性能测试。测试结果见表4-34。

表4-34　不同煤种可磨性指数测定结果（HGI值）

由表4-34可知，低温兰炭的可磨性指数相对生产烟煤略低，但比无烟煤要好得多，达到了58以上。能够满足高炉喷煤制粉的需要。

由于低温兰炭挥发分含量较高，在成分上类似于烟煤，为保证高炉安全喷吹，必须进行爆炸性能测试。测试结果见表4-35。

表4-35　单种煤煤粉爆炸性能测试结果

由表4-35测试结果可知：无烟煤无爆炸性能，烟煤属于强爆炸性煤（＞400 mm）。低温兰炭的测试结果说明其属于弱或中等爆炸性煤。

高炉喷煤的目的是以煤代焦从而降低焦比。煤粉燃烧是否完全，直接影响煤焦置换比，煤粉的燃烧反应主要是在风口回旋区内进行，而且煤粉在风口前燃烧带停留时间很短，约20 ms左右，两种生产用煤、低温兰炭燃烧率测试结果见表4-36。

表4-36　单种煤燃烧率测试结果

试验条件为：热风温度1150℃，喷煤量150 kg／t，煤粉粒度组成中-200目为65%。

燃烧性测试结果说明：生产用无烟煤燃烧性能最差；生产用烟煤由于属于高挥发分、较低灰分含量的煤种，燃烧性能最好；而低温兰炭则由于灰分低、具有中等挥发分含量，燃烧性接近生产烟煤，远远好于无烟煤的燃烧率，达到了一个较好的水平。因此，认为低温兰炭用于高炉喷吹可以在炉内得到充分有效的利用，对进一步提高煤比、降低入炉焦比有利。

通过对生产用煤及低温兰炭的各项性能的检测，研究表明：低温兰炭的工业成分、可磨性、爆炸性、燃烧率等均符合喷吹条件，可以应用于高炉喷吹。

杜刚等为了确定合适的配煤喷吹方案，对高炉喷吹用煤和兰炭的可磨性、爆炸性、着火点等性能进行了测试分析，探讨了配煤对煤性能的影响。研究结果表明：①从工业分析的角度来看，兰炭比煤的性能优越，更适合用作高炉喷吹。②兰炭的可磨性最差为65，混合样的可磨性最好为79。③烟煤返回火焰长度最长，为200 mm，其爆炸性最强；兰炭返回火焰长度较小，可见兰炭有微弱的爆炸性；混合样返回火焰长度最小，其爆炸性最弱。④兰炭的着火点比煤高，混合样的着火点介于煤和兰炭的着火点之间。⑤配煤能够改善煤的性能，扩大喷吹煤种的范围，根据试验用煤和兰炭各自的化学成分特点，经过试验测试验证，结果表明采用无烟煤、烟煤和兰炭（配比为7∶2∶1）搭配组成的混合煤可以获得更优良的冶金性能。

杨双平等通过扩展的TOPSIS法，对龙钢烟煤、泰和兰炭及它们以不同比例混合所得试样的挥发分、灰分、硫含量、固定碳、爆炸性、着火点及可磨性进行分析处理、综合评价，探讨高炉部分或完全喷吹兰炭的可行性。TOPSIS法处理结果表明，单独喷吹兰炭时综合指标最好，兰炭是一种非常理想的高炉喷吹燃料。

徐晨阳等通过对高炉喷吹用煤的研究，在理论分析和试验室试验研究的基础上，对烟煤配加不同比例兰炭末的配煤试验进行了研究，研究结果认为：①兰炭的可磨性（60.9）比烟煤的可磨性（57.6）要好，配煤40%的兰炭可磨指数（平均值59.2）比50%的兰炭可磨指数（平均值58.9）、配煤30%的可磨指数（平均值57.1）大，从配煤的可磨性来看，配煤40%的兰炭相对较好。②烟煤返回火焰长度为220 mm，兰炭返回火焰长度为140 mm，混合煤的返回火焰长度为170～200 mm，都属于弱爆炸性的煤，从爆炸性来看，配煤40%的兰炭相对较好。③兰炭的着火点为441.8℃，烟煤的着火点为373℃，混合煤的着火点为383.4～415.3℃，混合煤的着火点介于两者之间，从着火点综合来看，配煤40%的兰炭相对较好。从以上研究数据结果来看，兰炭替代烟煤用于高炉喷吹的最佳比例为40%左右，所以兰炭用于高炉喷吹是可行的。

4.1.4.2　高炉喷吹兰炭的工业性试验

张林生认为，冶金工业高炉喷吹煤粉是节能代焦、改善高炉冶炼、降低焦比和生产成本的主要途径和方向。高炉喷吹料基本上都用无烟煤粉，质量要求高，特别是对硫分要求要低于冶金焦。京西侏罗纪无烟煤、宁夏太西煤、山西阳泉煤都是很好的喷吹燃料。但符合高炉喷吹质量要求的并不多，而且价格高，所以宝钢、鞍钢采用烟煤喷吹。1998年神木县神通西部能源开发有限责任公司用神木兰炭粉在首钢进行了2000余吨规模的试验，取得了满意效果。榆林兰炭完全可以加工为高炉喷吹燃料。神木兰炭与京西、太西喷吹煤理化性能对比见表4-37，煤灰成分对比见表4-38。

表4-37　神木兰炭与京西、太西喷吹煤理化性能对比

表4-38　神木兰炭与京西、太西喷吹煤灰成分对比　单位：%

试验表明，神木兰炭灰分明显低于京西煤接近太西煤，固定碳高于京西煤和太西煤，挥发分在二者之间。从元素分析可以看出神木兰炭含碳高于京西煤和太西煤，含氢低于二者，含硫与二者相近，适于高炉喷吹。神木兰炭挥发分和着火点介于京西煤和太西煤之间，不存在喷吹安全问题。在相同条件下，神木兰炭燃烧性明显高于现用高炉煤粉，从燃烧的性能考虑，神木兰炭比京西煤、太西煤更适于高炉喷吹。但神木兰炭可磨性明显低于京西煤和太西煤，会给喷吹制粉带来一定影响。

首钢技术中心经过试验认为，从化学成分和燃烧性考虑，神木兰炭优于现用高炉煤粉；从制粉角度考虑，神木兰炭比现用喷吹煤粉差，但制备兰炭粉在技术上是可行的。

神木兰炭可磨性明显偏低的主要原因是：①在煤热解生产过程中采用的是内热式直立炉，热解温度高达800℃，属中温热解。②中温兰炭采用直接水熄焦降温（水捞焦）。

酒钢炼铁厂于2010年3月，首次在1000 m3高炉中开始实施兰炭粉代替部分无烟煤喷吹，有效降低了生铁燃料成本，吨铁成本降低3.25元。截至5月份炼铁厂各高炉共配加兰炭粉近15000 t，1000 m3高炉兰炭粉最高配比达到20%，全厂6座高炉平均配比达8%，达到技术攻关的目标。按照炼铁厂目前所用无烟煤价格计算，采用兰炭粉替代无烟煤喷吹后，每吨原煤价格降低400元，仅此一项可直接节约采购资金600万元。在兰炭粉替代无烟煤喷吹，取得阶段性成果后，该厂经过反复测试、论证，用热值高、固定碳含量高且成分稳定的兰炭块代替无烟煤喷吹，5月下旬在450 m3高炉中全面推广，并且逐步增加配比，其喷吹比例已达到65%，喷煤成本及生铁燃料成本明显下降。

内蒙古包钢喷煤新系统2007年投产，按全烟煤生产设计，制粉系统采用两台上海重型机械厂生产的HP 1103中速磨煤机，全负压一级收尘，喷吹系统采用荷兰涅利的技术，是供4#、6#高炉的直接喷吹模式。包钢技术中心通过试验室研究认为，低温兰炭的可磨性指数为58.22～62.56，爆炸性与现有配比煤相当，燃烧性要高于现有配比煤，从理论上讲能满足高炉喷吹用煤的要求。用低温兰炭代替现有烟煤配比的原煤，每吨价格便宜50元。另外，包头周边低温兰炭生产量大，如果试验成功则拓宽了喷吹煤种的选择，是一项技术储备。

试验用低温兰炭工业分析见表4-39。

表4-39　试验用低温兰炭工业分析

因老系统采用尾气自循环技术，布袋箱出口氧质量分数在17%左右，煤粉挥发分要求控制在17.5%以下，不适合磨制低温兰炭。新系统按全烟煤设计，使用热风炉废气，布袋箱出口氧含量（质量分数）为15%左右，能安全磨制挥发分为20%的低温兰炭，故试验选择在新系统进行。

试验自2010年3月26日1：15开始，试验时间23d，使用兰炭原煤25701 t。

（1）煤粉质量波动。

1）煤粉水分偏高（表4-40）。

六、七系列混合煤粉的水分一直在2%以下，兰炭试验后煤粉水分上升。

2）煤粉粒度较粗且不稳定（表4-40）。

基准期混合煤分-200目平均能达到74.96%，水分1.52%，试验期兰炭煤粉-200目六、七系列平均分别为58.54%、56.29%，较基准期分别降低16.42、18.67个百分点，且从4月5日开始不稳定。(www.xing528.com)

表4-40　六、七系列煤粉水分、粒度统计（选3天）

（2）制粉系统参数变化情况。

1）磨机入口温度升高。在给煤量和磨机出口温度相同的情况下，试验期与基准期相比磨机出口温度升高约100℃。

2）废料排出量和布袋压差异呈周期性波动，台时产量降低明显。刚启车2 h废煤排出量在正常范围，系统负压逐渐升高，2 h后废煤排出量大幅度增加。此时关闭排煤调节阀，磨机空甩完后生产参数又恢复正常，系统负压和废煤排出量呈周期性循环。对废料中许多很轻且类似于焦炭的颗粒进行化验：挥发分4.0%、灰分6.0%、固定碳90%，废料的可磨性指数为46，说明低温兰炭的生产工艺有缺陷，没有完全达到质量要求。这些颗粒悬浮在磨机内既抽不走也磨不碎，越积越多，导致生产不稳定，台时产量降低。

3）无挂布袋现象，布袋表面黏附细煤粉多。2010年4月2日、4月22日，六、七系列停车检查布袋，没有挂布袋现象，但布袋表面黏附的细煤粉较多，原因为煤粉水分高导致细煤粉黏结在布袋上，沉积不到煤粉仓中所致。

（3）对喷吹系统的影响。

1）喷吹顺畅。

4#、6#高炉喷吹顺畅，喷吹操作参数试验前后没有太大变化。

2）磨损严重。

喷吹混合煤粉时，喷枪使用寿命一般是90 d，喷吹兰炭煤粉时喷枪磨损严重，4#高炉共磨损24支枪，6#高炉共磨损64支枪。

（4）高炉技术指标情况。

低温兰炭工业试验期间，6#高炉处于恢复当中，故选取4#高炉指标变化对比分析。

1）操作参数：风量、富氧率、热风温度、［Si］（质量分数）、铁水物理温度基本持平。

2）技术经济指标：平均日产、焦比、焦丁比基本持平。

3）试验期较基准期煤比、燃料比上升7 kg／t，综合负荷降低0.09个百分点，这与煤粉水分上升1.15个百分点、固定碳降低0.91个百分点、-200目降低6.3个百分点有关。

（5）结论。

1）试验所使用的兰炭煤水分高，废煤量大，严重影响台时产量，无法保证4#、6#高炉正常生产。

2）兰炭煤粉较混合煤粉轻，喷吹顺畅，但由于粒度组成变化大和喷吹量的不稳定使喷枪、软连接、支管等设备元件磨损加剧，同时增加了一定的安全生产隐患风险。

3）兰炭煤中含有轻质颗粒，在磨机内呈悬浮状，不能进入磨盘工作区域，无法磨碎，且不能及时排出磨机，造成系统负压升高。当轻质颗粒富集到一定量后，必须通过关排煤调节阀磨机空转，把悬浮物甩出磨机系统又恢复正常。因此兰炭煤中轻质颗粒是造成系统负压和废煤量呈周期性波动的主要原因。

4）兰炭煤粉粒度较粗且不稳定；磨机入口温度升高，布袋压差升高，无挂布袋现象，但布袋表面黏附的细煤粉多。

5）4#高炉试验期与基准期相比，焦比、焦丁比无明显变化，煤比及燃料比略有增加，燃烧效果无明显变化。

4.1.4.3　高炉喷吹神木兰炭粉现场试验

为了解决兰炭粉的合理利用，受陕西省神木县政府委托，中钢集团鞍山热能院有限公司和鞍钢股份炼铁总厂共同研究，根据目前鞍钢高炉喷吹现场通常采用烟煤和无烟煤作为喷吹原料的实际状况，在鞍钢股份炼铁总厂进行“3200 m3高炉喷吹神木兰炭粉”的现场试验。

（1）试验方案。

本次工业试验分三个阶段：2011年5月11日—13日为基准期，5月14日—17日为试验期。

考虑到鞍钢炼铁总厂生产任务较紧及喷吹兰炭粉可能给高炉运行带来一些不确定性，同时兼顾考虑本次试验结果的可靠性及通用性，经研究探讨，决定同时在两座3200 m3高炉上进行试验，试验3 d。由于3200 m3高炉喷煤量较大，每天需要1500 t左右的无烟煤，因此本次试验配加兰炭焦粉占总用煤量的10%（第一天配比5%，第二天配比10%，第三天配比15%），即平均一座高炉使用兰炭粉量为150 t／d，共实际需要900 t兰炭粉，考虑一定的损耗，共需兰炭粉1000 t。

（2）试验用兰炭粉物化性能。

表4-41为试验用兰炭粉试样工业分析。从表4-41可看出，试验用兰炭粉的灰分较高，固定碳含量偏低，挥发分偏低，硫含量尚可，总体各成分波动较大。

表4-41　兰炭粉试样工业分析（质量分数）　单位：%

（3）试验前后高炉运行情况的对比（以2号高炉为例）。

1）生铁和炉渣。

表4-42　兰炭粉喷吹前后生铁和炉渣成分分析（质量分数）　单位：%

由表4-42可知，试验期与基准期相比：

a.生铁［Si］质量分数略有下降，铁水温度下降6℃，但都在1500℃以上，应属正常波动。

b.炉渣成分普遍有所改变。其原因是，兰炭试样的灰分较大，但从各成分的数值看，对高炉炉渣的黏度及脱硫能力无大的影响。

c.试验期高炉喷吹兰炭粉，应有利于对高炉脱硫。

兰炭粉具有低灰、低硫、低磷、低三氧化铝的优良特性。灰分低、硫低，在入炉碱度不变的情况下对炉渣脱硫是有利的；低的三氧化铝含量，对炉渣的黏度有降低的作用，这也对炉渣脱硫有利。

在试验期间，炉渣中S降低0.021（表4-42），而生铁中S却升高0.005（表4-43），原因在于本次试验采用的全部是＜5 mm的兰炭粉，＜5 mm的兰炭粉灰分含量大，且波动也较大。因此，若进行兰炭粉喷吹采购原料时应当考虑＜15 mm以下的粒度级别。

2）吹兰炭粉对高炉运行的影响。

表4-43　试验期与基准期高炉运行基本指标

由表4-43可知：

a.从风量、风压及风温状况看，兰炭粉喷入前后，高炉运行基本稳定。

b.兰炭粉的喷入对高炉的焦比下降2 kg，利用系数有所增加，产量增加1.85%；在试验中2#BF煤比按190 kg／t计，工业试验期间兰炭粉替代比为10%，替代量为19 kg／t；试验期间增加煤比为1.5 kg／t，煤粉与焦炭的置换比按0.8计，则兰炭粉的置换比为0.842，置换比增加5.2%。

c.生铁含硫量稍有增加，但属正常范围内波动，即生铁质量基本稳定。

3）喷吹兰炭粉对制粉系统磨煤功的影响。

表4-44　西区制粉2009年与试验期磨煤功统计　单位：kW·h／t煤

由表4-44可知，试验期磨煤功比基准期降低0.63 kW·h／t煤。

兰炭粉应用于高炉喷吹，制粉系统能耗降的原因分析：

由于生产兰炭所用的原煤是高挥发分的低变质烟煤，在生产兰炭的低温干馏过程中，由于挥发分的大量溢出而在兰炭体内留下了大量的孔，这不但大大提升了兰炭的化学活性，同时也造成了其强度和抗碎性相对较差。因此，将兰炭应用于高炉喷吹，制粉系统的能耗应不会升高。

（4）工业试验结论。

1）从工业试验的实际效果看，试验期磨煤功比基准期低，说明兰炭粉的加入对整个制粉系统的磨煤功有降低的作用，对产率应有提高的可能。

2）兰炭粉不同的加入量对高炉操作参数、产量及铁水质量、炉渣成分等均无大的影响。

3）根据试验期相关数据计算得，兰炭粉的置换比为0.842，置换比增加5.2%。因此，兰炭粉不同的加入量对煤焦的置换比、混合燃料的发热量及风口前的理论燃烧温度等均无不利的影响。

4）本次试验未发现高炉渣的黏度、脱硫能力或碱度出现明显的变化。

5）兰炭粉的喷入对高炉顺行无不利影响。

（5）技术经济效益。

用兰炭粉替代10%的无烟煤进行高炉喷吹，在价格上即可获得效益。

1）兰炭样粒度分析。

根据兰炭行业通行分级标准，参考兰炭的用途，兰炭一般可分为＜5 mm（也有＜3 mm）、5～15 mm、15～25 mm、＞25 mm四个粒级。这四个级别既是粒度级别，又是销售的价格等级（表4-45）。

表4-45　兰炭筛分结果及各级加权平均价格计算

注：兰炭价格以2011年的兰炭市场价格进行估算。

2）本项效益计算。

统计表明，鞍钢高炉喷吹用无烟煤（不含贫煤）年消耗量约180余万吨，综合单价约940元。若用兰炭粉仅替代10%的无烟煤（不含贫煤），年效益：

180×10%×（940-690）＝4500万元。

（若用兰炭粉仅替代50%的无烟煤，年效益就是2.25亿元以上。）

3）高炉喷吹兰炭粉后，可增加烟煤配比的效益。

若增加烟煤配比至50%，即增加50%-34.4%＝13.6%，贫煤配比不动，无烟煤配比降低13.6%，同时维持兰炭的替代比例10%不变，即无烟煤配比变为46.8%-10%-13.6%＝23.6%，又可获得效益：

940×180×13.6%-691×160×13.6%＝7975万元。

4）合计。

加上兰炭粉按10%替代无烟煤可获效益4500万元，4500+8000＝12500元，总计可获效益1.25亿元。

另，若只购买＜15 mm的兰炭，用兰炭仅替代10%的无烟煤，年效益：

180×10%×（940-540）＝7200万元。

这里尚未考虑“省去由高粒级到＜15 mm粒级的磨制能耗”。

为了进一步推广兰炭作为高炉喷吹料的应用，在国标《兰炭产品技术条件中（GB／T 25211—2010）》中，对用作高炉喷吹原料的兰炭提出了具体要求，见表4-46。

表4-46　用作高炉喷吹原料的兰炭产品技术要求和试验方法