炼铁燃料革命～兰炭已成燎原之势

过去，有些企业有时过分追求高煤比操作，但随着成本和环保的压力，越来越多的企业更关注经济的喷煤量。在钢铁行业“新常态”形势下，钢铁企业首先要立足于燃料成本最低，充分考虑煤焦置换比、煤焦价格差距、煤粉利用率、富氧率等因素，形成一套基于燃料成本最低、降低生铁成本的富氧喷煤技术思路。与此同时，科学采购、经济采购是降低生铁成本的重要工作，采购性价比高的煤种，优化配煤，合理配置各类喷吹煤的资源。

我国高炉燃料结构：焦炭＋喷吹煤粉

焦炭在高炉中的作用至关重要，良好质量的焦炭不仅对高炉的冶炼至关重要，还与铁水成本紧密相连。常用炼焦技术大多为以下几种，常规顶装煤炼焦、配型煤炼焦、捣固法侧装煤炼焦、预热法顶装煤炼焦、配添加剂炼焦等。其中我国捣固炼焦技术发展很快，据数据显示，截至2014年，投产的捣鼓焦炉有355座，总炼焦生产能力超过了1亿t/a。但这些焦炉有95%以上是建在独立焦化厂（大型捣固焦炉的产能小于5%），且绝大部分为4.3m及以下的焦炉，质量不稳定，常常相对较差，若使用焦炭质量无法保障，将严重影响高炉生产（如上图所示）。另外，焦炭的费用在生铁成本中占有较大的比重，通过合理配煤，增加非焦煤的使用比例可以降低焦炭成本。

我国的喷吹用煤是以无烟煤为主，烟煤为辅，甚至形成了“喷吹煤”专用名词和产品价格。许多企业以控制挥发分含量为标准来配煤，使喷煤的效益未得到最大化。但其实完全没必要，高炉喷煤不必设定煤种和配比，更没必要单从所谓生产“喷吹煤”的煤炭企业购买。高炉喷煤选用煤种的标准是：根据当地资源状况，选择可获得最大喷吹经济效益的煤。只要高炉的喷煤系统符合安全设计标准，无论喷吹何种煤，安全都是可以保障的。考虑喷煤置换比等影响因素后，降低喷煤采购成本的空间较大。随着传统喷吹用无烟煤资源的匮乏、价格的高攀，高挥发性、强爆炸性等因素，拓宽低价而丰富的喷煤煤源，优化喷吹配煤结构，改善高炉冶炼进程，降低焦比，从而达到降低成本、提高技术经济指标的目的显得尤为重要。

随着优质焦煤以及高炉喷吹用煤资源的减少，兰炭的开发利用是一条重要的途经。我国有丰富的兰炭资源，作为低阶煤低温干馏的产品，根据粒径不同分为大块、中块、小块和粉状兰炭。有研究表明，块状兰炭基本成分符合高炉入炉标准，有害元素含量较低；粉状兰炭气化反应速率明显高于焦粉，兰炭起始反应温度和剧烈反应温度远低于焦炭，兰炭与CO2有较强的结合能力。大量研究和工业试验证实，兰炭可部分替代焦粉作为烧结燃料，也可作为高炉喷吹燃料。

兰炭相较于无烟煤、焦炭价格要便宜，且灰分低、硫含量低、反应性好，适宜取代无烟煤和烟煤混合喷吹，经济效益较好。

兰炭是以高挥发分的长焰煤、弱粘煤和不粘煤为原料 ，经中低温干馏碳化生产的，具有固定碳高、化学活性高，灰分低、硫低、磷低等特点，而且市场价格相对较低，具有广泛应用于高炉炼铁领域的潜力。

2015年酒钢高炉喷吹使用兰炭的工业分析结论，兰炭作为高炉喷吹用煤可以满足高炉冶炼的需要，且兰炭明显的价格优势有利于公司降低炼铁成本，创造经济效益。

陕钢集团在2013年11月 25日一12月28日开展了烧结配加兰炭末工业试验，试验结果表明兰炭末作为烧结固体燃料是可行的。

如图1所示，表中的价格为三种燃料的湿基含税价格，其中兰炭末的湿基含税价格为653.21元/t。因此，在保证烧结矿产量和质量的条件下，如果能够提高烧结燃料中兰炭的配比，对降低烧结成本大有裨益。从图2可以看出，兰炭小于1mm粒级所占的比例只有6.11%，1~6.3mm粒级所占的比例占87.59%。

根据燃料的高发位热值和干基含税数据，同时，根据兰炭末、无烟煤和焦粉的发热量，计算了购买燃料时，单位价格所能购买到的发热量，即各燃料的热值价格比，如下图所示：

烧结杯实验中，燃料由兰炭、焦粉以及白煤构成，燃料的总配比由6.0%变化至4.2%，图a给出了11个烧结杯实验方案的配矿成本，图b至图e依次详细给出了燃料比例分别为6.0%、5.2%、4.6%以及兰炭不同粒度时的烧结配矿成本，可以看出：随着兰炭配入比例的升高，烧结配料成本逐渐降低；兰炭的燃烧中的比例每提高10%，烧结配矿成本降低0.932元/t。

如上图所示，在烧结燃料比为6.0%和5.2%的条件下，烧结矿垂直烧结速度较高，较为理想；在燃料比为4.6%的条件下，100%全兰炭时的烧结矿垂直烧结速度也能够达到要求；

从烧结矿的成品率结果来看，除方案10的成品率较低外，其余方案均满足要求，成品率均在80%以上。

计算了兰炭粉末和无烟煤的干基价格（含运费），同时，根据兰炭粉末与无烟煤的发热量，计算购买燃料时单位价格所能购买到的发热量，既各燃料的热值价格比，如下表：

尽管兰炭粉末的发热值较低，但由于其价格较低，因此性价比较高；使用相同价格购买兰炭粉末时，可购买到相较于无烟煤更多的热量；如下图，计算了1t无烟煤的发热量时，所需各兰炭粉末的质量以及价格，可更为清晰地看出喷吹兰炭粉末的经济性。

使用兰炭粉末提供1t无烟煤的发热量时，所需的兰炭粉末更多，但因其价格相对较低，其成本相较于无烟煤可节约80至130元/吨煤；使用兰炭粉末来替代无烟煤喷吹可更好的降低成本。

对块状兰炭和高炉使用的焦丁成分和价格进行了对比分析，如下表所示：

根据碳平衡，按照使用15kg/t兰炭替代焦丁进行计算，结果如下表所示：

可以得出：使用块状兰炭替代焦丁可降低吨铁成本0.8-1.1元/吨铁。

对块状兰炭和高炉使用的焦炭成分和价格进行了对比分析，如下表所示：

按照兰炭中的碳与焦炭中的碳代替比为1：1，根据碳平衡，按照使用15kg/t兰炭代替焦炭进行计算：

如上表所示，可以得出，使用块状兰炭替代焦炭可以降低吨铁成本3.7-4.3元/吨铁。

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