煉鐵燃料革命～蘭炭已成燎原之勢

過去，有些企業(yè)有時過分追求高煤比操作，但隨著成本和環(huán)保的壓力，越來越多的企業(yè)更關注經(jīng)濟的噴煤量。在鋼鐵行業(yè)“新常態(tài)”形勢下，鋼鐵企業(yè)首先要立足于燃料成本最低，充分考慮煤焦置換比、煤焦價格差距、煤粉利用率、富氧率等因素，形成一套基于燃料成本最低、降低生鐵成本的富氧噴煤技術思路。與此同時，科學采購、經(jīng)濟采購是降低生鐵成本的重要工作，采購性價比高的煤種，優(yōu)化配煤，合理配置各類噴吹煤的資源。

我國高爐燃料結構：焦炭＋噴吹煤粉

焦炭在高爐中的作用至關重要，良好質(zhì)量的焦炭不僅對高爐的冶煉至關重要，還與鐵水成本緊密相連。常用煉焦技術大多為以下幾種，常規(guī)頂裝煤煉焦、配型煤煉焦、搗固法側裝煤煉焦、預熱法頂裝煤煉焦、配添加劑煉焦等。其中我國搗固煉焦技術發(fā)展很快，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，截至2014年，投產(chǎn)的搗鼓焦爐有355座，總煉焦生產(chǎn)能力超過了1億t/a。但這些焦爐有95%以上是建在獨立焦化廠（大型搗固焦爐的產(chǎn)能小于5%），且絕大部分為4.3m及以下的焦爐，質(zhì)量不穩(wěn)定，常常相對較差，若使用焦炭質(zhì)量無法保障，將嚴重影響高爐生產(chǎn)（如上圖所示）。另外，焦炭的費用在生鐵成本中占有較大的比重，通過合理配煤，增加非焦煤的使用比例可以降低焦炭成本。

我國的噴吹用煤是以無煙煤為主，煙煤為輔，甚至形成了“噴吹煤”專用名詞和產(chǎn)品價格。許多企業(yè)以控制揮發(fā)分含量為標準來配煤，使噴煤的效益未得到最大化。但其實完全沒必要，高爐噴煤不必設定煤種和配比，更沒必要單從所謂生產(chǎn)“噴吹煤”的煤炭企業(yè)購買。高爐噴煤選用煤種的標準是：根據(jù)當?shù)刭Y源狀況，選擇可獲得最大噴吹經(jīng)濟效益的煤。只要高爐的噴煤系統(tǒng)符合安全設計標準，無論噴吹何種煤，安全都是可以保障的。考慮噴煤置換比等影響因素后，降低噴煤采購成本的空間較大。隨著傳統(tǒng)噴吹用無煙煤資源的匱乏、價格的高攀，高揮發(fā)性、強爆炸性等因素，拓寬低價而豐富的噴煤煤源，優(yōu)化噴吹配煤結構，改善高爐冶煉進程，降低焦比，從而達到降低成本、提高技術經(jīng)濟指標的目的顯得尤為重要。

隨著優(yōu)質(zhì)焦煤以及高爐噴吹用煤資源的減少，蘭炭的開發(fā)利用是一條重要的途經(jīng)。我國有豐富的蘭炭資源，作為低階煤低溫干餾的產(chǎn)品，根據(jù)粒徑不同分為大塊、中塊、小塊和粉狀蘭炭。有研究表明，塊狀蘭炭基本成分符合高爐入爐標準，有害元素含量較低；粉狀蘭炭氣化反應速率明顯高于焦粉，蘭炭起始反應溫度和劇烈反應溫度遠低于焦炭，蘭炭與CO2有較強的結合能力。大量研究和工業(yè)試驗證實，蘭炭可部分替代焦粉作為燒結燃料，也可作為高爐噴吹燃料。

蘭炭相較于無煙煤、焦炭價格要便宜，且灰分低、硫含量低、反應性好，適宜取代無煙煤和煙煤混合噴吹，經(jīng)濟效益較好。

蘭炭是以高揮發(fā)分的長焰煤、弱粘煤和不粘煤為原料 ，經(jīng)中低溫干餾碳化生產(chǎn)的，具有固定碳高、化學活性高，灰分低、硫低、磷低等特點，而且市場價格相對較低，具有廣泛應用于高爐煉鐵領域的潛力。

2015年酒鋼高爐噴吹使用蘭炭的工業(yè)分析結論，蘭炭作為高爐噴吹用煤可以滿足高爐冶煉的需要，且蘭炭明顯的價格優(yōu)勢有利于公司降低煉鐵成本，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

陜鋼集團在2013年11月 25日一12月28日開展了燒結配加蘭炭末工業(yè)試驗，試驗結果表明蘭炭末作為燒結固體燃料是可行的。

如圖1所示，表中的價格為三種燃料的濕基含稅價格，其中蘭炭末的濕基含稅價格為653.21元/t。因此，在保證燒結礦產(chǎn)量和質(zhì)量的條件下，如果能夠提高燒結燃料中蘭炭的配比，對降低燒結成本大有裨益。從圖2可以看出，蘭炭小于1mm粒級所占的比例只有6.11%，1~6.3mm粒級所占的比例占87.59%。

根據(jù)燃料的高發(fā)位熱值和干基含稅數(shù)據(jù)，同時，根據(jù)蘭炭末、無煙煤和焦粉的發(fā)熱量，計算了購買燃料時，單位價格所能購買到的發(fā)熱量，即各燃料的熱值價格比，如下圖所示：

燒結杯實驗中，燃料由蘭炭、焦粉以及白煤構成，燃料的總配比由6.0%變化至4.2%，圖a給出了11個燒結杯實驗方案的配礦成本，圖b至圖e依次詳細給出了燃料比例分別為6.0%、5.2%、4.6%以及蘭炭不同粒度時的燒結配礦成本，可以看出：隨著蘭炭配入比例的升高，燒結配料成本逐漸降低；蘭炭的燃燒中的比例每提高10%，燒結配礦成本降低0.932元/t。

如上圖所示，在燒結燃料比為6.0%和5.2%的條件下，燒結礦垂直燒結速度較高，較為理想；在燃料比為4.6%的條件下，100%全蘭炭時的燒結礦垂直燒結速度也能夠達到要求；

從燒結礦的成品率結果來看，除方案10的成品率較低外，其余方案均滿足要求，成品率均在80%以上。

計算了蘭炭粉末和無煙煤的干基價格（含運費），同時，根據(jù)蘭炭粉末與無煙煤的發(fā)熱量，計算購買燃料時單位價格所能購買到的發(fā)熱量，既各燃料的熱值價格比，如下表：

盡管蘭炭粉末的發(fā)熱值較低，但由于其價格較低，因此性價比較高；使用相同價格購買蘭炭粉末時，可購買到相較于無煙煤更多的熱量；如下圖，計算了1t無煙煤的發(fā)熱量時，所需各蘭炭粉末的質(zhì)量以及價格，可更為清晰地看出噴吹蘭炭粉末的經(jīng)濟性。

使用蘭炭粉末提供1t無煙煤的發(fā)熱量時，所需的蘭炭粉末更多，但因其價格相對較低，其成本相較于無煙煤可節(jié)約80至130元/噸煤；使用蘭炭粉末來替代無煙煤噴吹可更好的降低成本。

對塊狀蘭炭和高爐使用的焦丁成分和價格進行了對比分析，如下表所示：

根據(jù)碳平衡，按照使用15kg/t蘭炭替代焦丁進行計算，結果如下表所示：

可以得出：使用塊狀蘭炭替代焦丁可降低噸鐵成本0.8-1.1元/噸鐵。

對塊狀蘭炭和高爐使用的焦炭成分和價格進行了對比分析，如下表所示：

按照蘭炭中的碳與焦炭中的碳代替比為1：1，根據(jù)碳平衡，按照使用15kg/t蘭炭代替焦炭進行計算：

如上表所示，可以得出，使用塊狀蘭炭替代焦炭可以降低噸鐵成本3.7-4.3元/噸鐵。

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