劉文權 蘇步新 畢傳光 洪建國
高爐噴煤是鋼鐵企業降低成本、提高競爭力的重要手段，但由于使用煤受到煤價、環保政策等因素限制，鋼鐵企業采用性能優良、價格更具經濟性的蘭炭作為替代燃料。使用蘭炭替代無煙煤用于高爐噴吹、用作燒結燃料和焦丁，可以提升環保效益。按照每年2億噸鐵水產量計算，可利用蘭炭約1500萬噸/年，較使用原煤減少二氧化碳排放約58萬噸/年；按原煤含硫量0.7%、蘭炭含硫量0.35%計算，可減少向脫硫系統中引入二氧化硫約10萬噸/年。
高爐噴吹蘭炭具有多方面優勢
蘭炭是以侏羅紀時期形成的不黏煤和弱黏煤為原料，采用中低溫干餾工藝生產的高固定碳含量的固體物質，是一種新型優質燃料，具有固定碳高，鋁、硫、磷低等優點。通常情況下，平均每噸蘭炭價格比煤粉價格低100元~200元。蘭炭作為高爐噴吹燃料，有利于降低鐵水成本，對企業有重要的經濟意義。2014年，北京科技大學進行的在煉鐵領域高爐混合噴吹蘭炭應用研究和蘭炭替代焦丁在高爐中的應用研究表明，蘭炭有效熱值和反應性均超出無煙煤，具有成本優勢。
蘭炭是經中、低溫干餾炭化除去煤中焦油物質和大部分揮發分后的半焦產品，具有硫分低、灰分低、氣化效率高、反應性好、燃燒性能好等特點。在生產中，蘭炭經中、低溫干餾時，其揮發分會大量析出，部分硫、氮等元素提前釋放。因此蘭炭中硫、氮、灰分、揮發分含量大幅降低，并且仍保留有煤的特性。其固定碳高，灰分、硫、磷等含量均較低，且無任何黏結性，化學活性優于焦炭，流動性和噴流特性指數優于煙煤，在高爐噴吹方面燃燒性能和反應性能俱佳，置換比較高，能夠滿足高爐噴吹用煤的技術要求。
高爐噴吹使用蘭炭可減少對無煙煤的依賴、降低焦比，顯著提高噴吹過程中的安全性。同時，蘭炭的冶金性能穩定且較好，灰熔特性較好，不易堵槍，用于高爐噴吹過程更容易控制。
蘭炭替代無煙煤和煙煤有利于高爐噴吹原料的資源結構優化。在長三角地區，受限煤政策的影響，高爐噴吹蘭炭對實現蘭炭資源綜合利用、煉鐵生產節能減排、減少二氧化硫及二氧化碳排放具有重要意義。2014年，北京科技大學完成了蘭炭在煉鐵領域高爐混合噴吹蘭炭應用研究和蘭炭替代焦丁在高爐中的應用研究，研究表明：蘭炭中硫（≤0.3%）、鋅（≤0.01%）、鈉（0.045%~0.055%）、鉀（0.0096%~0.043%）等有害元素含量較少，可以減少高爐入爐硫負荷，進而減少高爐脫硫耗熱，有助于降低燃耗和二氧化碳排放量。
多家鋼企開展高爐噴吹蘭炭試驗
目前，我國寶鋼、南鋼、鞍鋼、新興鑄管、包鋼、酒鋼等多家鋼企已開展過高爐噴吹蘭炭的研究與試驗。
其中，寶鋼2號高爐噴吹蘭炭生產試驗，通過工業分析、可磨性、爆炸性和著火點等實驗室研究表明，蘭炭對高爐制粉的出力和噴吹過程無明顯影響，且對高爐爐況順行亦不產生影響，蘭炭可替代部分無煙煤用于高爐噴吹。
2018年，新興鑄管在3號高爐燃料比不變的情況下，由于煤粉利用率提高，高爐焦比降低。綜合分析表明，在蘭炭資源充足時，噴吹蘭炭可以改善髙爐指標，降低煉鐵成本。當混合煤中蘭炭比例為10%時，噸鐵燃料成本降低1.43元；當混合煤中蘭炭比例增加到20%時，噸鐵燃料成本降低1.92元。
太鋼開展高爐使用蘭炭替代無煙煤噴吹的可行性研究和工業試驗，并將其用到生產中。可行性研究及工業試驗結果表明：蘭炭各項基礎性能符合噴吹煤粉的要求，具備高爐噴吹的使用條件。高爐生產實踐表明：噴吹煤粉中蘭炭比例達到15%~20%，最高25%，有利于降低鋼鐵企業的生產成本。2017年太鋼高爐配加蘭炭煤后，噴吹用煤價格降低17元/噸、噸鐵燃料成本降低13元。
高爐噴吹蘭炭發展建議
雖然國內外的鋼鐵企業和研究機構在蘭炭替代無煙煤進行噴吹方面取得一定成果，但仍需要在工業生產應用方面進行更多研究，從而滿足企業更多需求。同時，噴吹蘭炭技術剛剛起步，采用高爐噴吹蘭炭的企業不多，蘭炭供應端可能會影響蘭炭的總體質量，導致蘭炭燃燒性能參差不齊，從而在工業應用進度上制約高爐噴吹蘭炭技術發展。
在技術方面，蘭炭存在水分含量高且固定碳含量較低、主要成分波動較大的問題；蘭炭水分偏高，會增加干燥消耗的熱量；蘭炭可磨指數偏低，為保證噴吹煤粉粒度，會增加磨煤機的電耗和對磨輥的磨損，并影響出力（在磨機能力有富余的情況下，對生產組織不存在影響）。由于蘭炭結構特性，在生產時發現，蘭炭對磨煤機出口管道和噴槍金屬軟管磨損增加，易出現磨漏情況。
筆者建議，應成立國家級減煤技術創新中心，致力于研究、推廣蘭炭用于燒結、高爐噴吹等；根據鋼企個性化需求，實行蘭炭定制化，將高爐噴吹蘭炭哈氏可磨系數提升至58～60，使其與無煙煤可磨系數灰分、揮發分相當，實現50%~100%替代高爐噴吹煤；制定高爐噴吹蘭炭的相關標準，推動高爐噴吹蘭炭技術發展更加規范有序。
