gangtiegongyeshiwoguoguominjingjidezhongyaojichuchanye，danqinengyuanxiaohaoliangda，qiezhuyaoyikaoyouzhimeitanziyuan。erwoguomeitandeziyuanfenbuyuxiaofeiqufenbujibuxietiao，yitanmingchuliangzhong，yanmeizhan73.7%、無煙煤占7.9%、褐煤占6.8%、其他煤種占11.6%，煙煤中優質焦煤和肥煤的儲量僅占7.97%。因此，國家能源局已計劃對冶金焦生產所依賴的焦肥煤資源和高爐噴吹用無煙煤資源進行保護性開發。鋼鐵工業“十三五”、“十四五”發展規劃中明確要求降低鋼鐵企業單位增加值能源消耗、二氧化碳排放和用水量，減少二氧化硫排放總量。因此，鋼鐵企業在發展的同時，必須著力解決發展過程中給資源環境帶來的壓力。
但是，蘭炭末用於替代高爐噴吹煤粉，具有三大難題，一是可磨性差，設備磨損大幅度增加，製粉效率大幅度降低；二是蘭炭熱值較無煙煤低，高爐燃料比有上升風險；三san是shi蘭lan炭tan燃ran燒shao性xing和he反fan應ying性xing波bo動dong大da，限xian製zhi了le蘭lan炭tan的de噴pen吹chui量liang。要yao想xiang大da幅fu度du提ti高gao蘭lan炭tan噴pen吹chui比bi例li，或huo者zhe以yi蘭lan炭tan全quan部bu替ti代dai噴pen吹chui煤mei，必bi須xu攻gong克ke上shang述shu三san大da難nan題ti。
二、解決問題的思路與技術方案
圍繞“蘭炭全部替代高爐噴吹煤技術開發與應用”展開研究，首先研究蘭炭噴吹可磨性提升技術，解決蘭炭可磨性差的問題；隨後研究蘭炭噴吹燃燒/氣化反應性提升技術，解決蘭炭噴吹燃料消耗波動大的問題；然後研究蘭炭噴吹高爐冶煉對策與操作，攻克了蘭炭噴吹爐況異常波動的隱患；zuihouyanjiulantanpenchuigaoluranliaozhinengdapeixitonghexinbiaozhun，baozhenglelantanwendingshengchanyugaoxiaopenchui。gegejieduanfenbuzhoutuijin，baozhengjichulilunyugongyeshishixunxujianjin。
圖1 項目研究技術路線圖
2 技術方案
（1）多硬度燃料複合研磨的配比優化
模擬蘭炭製備工藝，研究了熱解溫度和熱解時間對蘭炭可磨性的影響。①發現了熱解溫度對半焦可磨性影響明顯。隨熱解溫度升高，可磨性先升高，後降低；在600-700℃之間出現可磨性最大值。隨著熱解時間的增加半焦的可磨性是降低的。不同煤種控製區間不同，基於此，梅鋼開始實施“定製蘭炭”采購機製。②揭jie示shi了le蘭lan炭tan炭tan化hua過guo程cheng可ke磨mo性xing的de演yan變bian機ji製zhi。在zai低di溫wen脫tuo除chu揮hui發fa分fen階jie段duan，主zhu要yao發fa生sheng裂lie解jie反fan應ying，結jie晶jing水shui和he揮hui發fa分fen大da量liang析xi出chu產chan生sheng微wei孔kong和he微wei裂lie紋wen有you利li於yu半ban焦jiao破po碎sui。繼ji續xu升sheng高gao溫wen度du，半ban焦jiao發fa生sheng縮suo聚ju反fan應ying，炭tan基ji質zhi逐zhu漸jian變bian得de致zhi密mi，碳tan原yuan子zi向xiang增zeng加jia有you序xu度du方fang向xiang發fa展zhan，半ban焦jiao可ke磨mo性xing急ji劇ju下xia降jiang。
圖3 蘭炭製備參數對其可磨性影響機理研究
2.2 研究蘭炭噴吹燃燒/氣化反應性提升技術，以解決蘭炭噴吹燃料利用率低的問題
通過開展混合煤配比優化實驗，尋找不同配比對燃料燃燒率/反應性的影響規律，確定混合燃料協同燃燒機製。①蘭炭配加有助於提高混合燃料燃燒率。隨著蘭炭量的增加，混合燃料燃燒特征溫度（失重50%的溫度）也逐漸降低，表明混合燃料的燃燒性變好。主要是煙煤和蘭炭揮發分高、燃燒性好，易燃燒並釋放大量熱量，可促進焦粉和CDQ的的燃燒。②蘭炭配加有助於提高混合燃料反應性。混合燃料中隨著蘭炭比例的增加，混合燃料反應性增加。當混合燃料中蘭炭含量從0%增加到40%時，反應性曲線向低溫區方向移動。
圖4 蘭炭配加對混合燃料燃燒率提升的促進作用
（2）蘭炭與其他燃料粒度梯度控製技術
重點研究了熱解溫度和時間對蘭炭燃燒性和反應性的影響，解析了熱解半焦的物理結構特征。①隨熱解溫度提高，在650-750℃區間，蘭炭比表麵積出現爆發性增長，蘭炭比表麵積越大，其燃燒性和反應性越好；②熱解產生的氣體破壞了蘭炭的孔結構，氣體析出造成碳質膨脹破裂。蘭炭大孔被破壞形成了大量中孔與微孔，平均孔徑降低；③蘭炭熱解溫度控製在600℃-700℃，能夠同時優化蘭炭的可磨性、燃燒性、反應性。
（1）首次揭示了蘭炭噴吹對噴吹置換比的影響
本ben項xiang目mu揭jie示shi了le蘭lan炭tan配pei比bi與yu理li論lun燃ran燒shao溫wen度du的de對dui應ying關guan係xi，實shi現xian了le高gao蘭lan炭tan噴pen吹chui比bi下xia對dui理li論lun燃ran燒shao溫wen度du的de準zhun確que調tiao控kong。考kao慮lv燃ran燒shao率lv的de情qing況kuang下xia，基ji準zhun期qi的de理li論lun燃ran燒shao溫wen度du為wei2205℃，隨sui著zhe蘭lan炭tan比bi例li的de變bian化hua，理li論lun燃ran燒shao溫wen度du值zhi變bian化hua很hen小xiao。焦jiao粉fen噴pen吹chui時shi，混hun煤mei的de燃ran燒shao率lv快kuai速su降jiang低di，此ci時shi風feng口kou回hui旋xuan區qu未wei燃ran煤mei粉fen量liang大da幅fu增zeng加jia，理li論lun燃ran燒shao溫wen度du降jiang低di幅fu度du明ming顯xian。
圖8 蘭炭噴吹對理論燃燒溫度的影響
（3）提高焦炭骨架空隙度、大幅度降低渣比，保證高爐接受大比例蘭炭噴吹
本項目重點研究高爐一次至三次氣流分布控製技術，應用逆反式布料模型應對爐料結構變化。①風口回旋區一次氣流分布，提高鼓風動能強化中心氣流，提高熱風溫度和富氧率，提高煤粉燃燒率，減少未燃煤粉，優化一次氣流分布；②軟融帶二次氣流分布，通過一次氣流和爐頂布料，優化二次氣流分布，降低壓差；③塊狀帶三次氣流分布，合理調整塊狀帶氣流分布，提高爐身煤氣利用率、爐頂煤氣溫度、降低塊狀帶壓差。
首次揭示了中速磨氣氛含氧量與不同配比蘭炭混合煤著火點和爆炸性的對應關係。①降低中速磨氣氛含氧量可大幅度提高混合煤著火點溫度。含氧氣氛由21%降低到10%以下，100%蘭炭的著火點由300℃提升到363℃；②控製煙氣含氧量10%以下，中速磨入口煙氣溫度由上限280℃提高至上限320℃；③按新標準製粉，中速磨平均製粉能力由42.4t/h提升到50.3t/h，最高提升至52.4t/h，恢複正常製粉水平。
圖11 磨機參數對蘭炭製粉產量的影響
2.4 研發了高爐噴吹蘭炭智能搭配軟件和標準規範，保證了蘭炭高效噴吹與穩定供應。
②開發了單種燃料的性價比評價模塊，基於燃料的基礎性能、工藝性能及價格等指標對混合燃料進行有效熱值計算分析，確定不同燃料性價比高低；③開發了燃料優化搭配模塊，基於單純形法，實現計算機智能優化搭配；④開發不同混合燃料方案的優化配比模塊，計算得到不同配比方案下的優化燃料成本。
根據高爐蘭炭的幹餾特性和現場需求，製定了高爐噴吹蘭炭技術新標準。標準增加了對蘭炭末發熱量 、水分、全硫 、灰熔融性溫度、哈氏可磨性等指標的技術要求，對蘭炭末揮發分含量的技術要求增加了第三級檔（15.01%-20%）。
圖13 高爐噴吹蘭炭技術要求（T/SSEA0095-2020）
三、主要創新性成果
（2）開發了蘭炭噴吹燃燒/qihuafanyingxingtishengjishu，jiejuelelantanpenchuiranliaoliyonglvdidewenti。zhenduiranliaozaigaolufengkouhuixuanquranshaobuwanquanyixingchengweiranmeifen，yingxianggaolutouqitouyexing，weihaigaolushunxingdenanti，benyanjiucongyouhuahunheranliaopeibi、蘭炭與其他燃料粒度梯度控製、調控蘭炭製備工藝參數三個方麵來解決蘭炭噴吹利用率低的問題。
（4）yanfalegaolupenchuilantanzhinengdapeiruanjianhebiaozhunguifan，baozhenglelantangaoxiaopenchuiyuwendinggongying。jiehegaolupenchuigongyiduiranliaoxingnengdeyaoqiu，kaifalegaolupenchuiranliaoyouhuadapeiruanjian，fangbianxianchangjishurenyuanduigezhongranliaoxingnengzhibiaodepanduan，quedingbutongranliaozuiyoudedapeimoshi；根據蘭炭的幹餾特性和高爐冶煉需求，製定了高爐噴吹用蘭炭末揮發分、發熱量、水分、全硫、灰熔融性溫度、哈氏可磨性等指標的技術要求。
2017年7月梅鋼四號高爐（3200m3）和五號高爐（4070m3）開始噴吹蘭炭，噴吹比例7%，噴吹煤價格1269.7元/噸，蘭炭價格891.1元/噸，到2018年11月蘭炭噴吹比例達到25%。2019年10月份在完成所有實驗室試驗及蘭炭噴吹比例25%的工業化試驗後，兩座大高爐蘭炭噴吹比例直接由25%提高到50%，隨後兩個月內提高到80%；2020年9月，大高爐蘭炭配比提高到95%，CDQ粉5%；2020年11月蘭炭噴吹技術推廣至二號高爐（1280m3)，2021年6月蘭炭噴吹比例達到100%；
①2020年各項經濟技術指標、關鍵操作參數，較2019年均有改善趨勢，說明高爐爐況向好；②表征高爐穩定順行的特征指標壓差ΔP由168.6kPa下降至163kPa，說明高爐爐況順行良好；③煤比提高了10.6kg/t，焦比下降了11.9kg/t，燃料比下降了1.25kg/t。高爐能夠接受蘭炭配比和噴煤比的提高，而且混合煤粉在爐內的燃燒和利用保持高效的狀態，噴吹煤在高爐內與焦炭的置換比達到11.9/10.6=1.123。
來源：上海梅山鋼鐵公司、中國金屬學會
