淺析煤巖檢測在安鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

王洪順 高立東 邢建通 張化強 李 娟

(安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司)

淺析煤巖檢測在安鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

王洪順 高立東 邢建通 張化強 李 娟

(安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司)

闡述了煉焦煤和焦炭顯微組分特征及其對應(yīng)關(guān)系，分析了煤巖方法在控制進廠煤質(zhì)量，指導(dǎo)配煤生產(chǎn)等方面的應(yīng)用情況，同時對安鋼煤巖配煤在生產(chǎn)中的進一步應(yīng)用提出了建議。

檢測 煤巖反射率 混煤配煤

0 前言

安鋼現(xiàn)有 8座焦爐，1#～6#焦爐為 JN43-80型焦爐，7#、8#焦爐為 JN60-6型焦爐，年產(chǎn)焦炭290萬 t，消耗洗精煤370萬 t，隨著優(yōu)質(zhì)煉焦煤的日益緊張，個別洗煤廠存在混配、混洗煉焦煤的現(xiàn)象，使得進廠原料煤質(zhì)波動較大，影響了焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定，而煤巖分析特別是煤鏡質(zhì)組反射率的分析是從成煤的細胞學(xué)角度、煤炭的成因、煤化作用、煤炭分類和煤質(zhì)等方面對煤進行更深入更本質(zhì)的研究，彌補了以往煤常規(guī)分析的不足，對資源評價和指導(dǎo)配煤生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要作用，同時對安鋼煤巖配煤的深入研究提出了幾點建議。

1 煤巖分析方法

煤巖分析根據(jù)檢測內(nèi)容不同，主要包括煤的顯微組分檢測、鏡質(zhì)組平均最大反射率檢測，焦炭的顯微結(jié)構(gòu)以及焦炭氣孔率的檢測。

1.1 煉焦煤顯微組分分類

煉焦煤按顯微組分分為鏡質(zhì)組 (V itrinite)、半鏡質(zhì)組 (Sem ivitrinite)、惰質(zhì)組 (Inertinite)、殼質(zhì)組 (Exinite)。鏡質(zhì)組是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)腐植化和凝膠化作用而形成的顯微組分組[1]。各組分特征見表1。

表1 煤的顯微組分特征

在低煤化煙煤中鏡質(zhì)組透光色為橙色 -橙紅色，油浸反射光下呈深灰色、無突起。隨著煤化程度增加，反射率增大，反射色變淺由深灰變?yōu)闇\灰色，透光色變深由橙紅變?yōu)樽厣黄庀鹿鈱W(xué)各向異性明顯加強。鏡質(zhì)組有時具有弱熒光性，其中顯微亞組分中的均質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)鏡質(zhì)體為鏡質(zhì)組反射率測定的標準組分。煤鏡質(zhì)組反射率是不受煤的巖石成分含量變化影響的煤化程度的指標。測定煤的鏡質(zhì)組反射率是煤巖分析的重要組成部分。

1.2 鏡質(zhì)組反射率測定原理

鏡質(zhì)組反射率測定原理是根據(jù)鏡質(zhì)組在546 nm綠光中的反射光強對垂直入射光強的百分比。測定時是根據(jù)光電倍增管所接受的反射光強與其光電信號成正比的原理在顯微鏡下一定強度的入射光中對此鏡質(zhì)組和已知反射率的標準片的光電信號值而確定的。

1.3 焦炭光學(xué)組織

焦炭顯微組分的測定，采用塊焦光片置于偏光顯微鏡下用白光入射，在正交偏光下，插入石膏檢板，用油浸物鏡下總放大倍數(shù)為400～600倍時所觀察焦炭氣孔壁組織。焦炭按光學(xué)組織分為各向同性、各向異性、絲質(zhì)及破片組織、基礎(chǔ)各向異性、熱解炭、類絲炭，各組分特征如下：

1)各向同性組織。結(jié)構(gòu)致密、表面平坦、氣孔邊緣光滑、插入檢板后干涉色為一級紅色，轉(zhuǎn)動載物臺時顏色不變。

2)各向異性組織。形態(tài)各異、等色區(qū)尺寸大小不同，各方向具有不同光學(xué)性質(zhì)的組織，插入檢板后呈紅、黃、綠等不同顏色。轉(zhuǎn)動載物臺時顏色交替呈現(xiàn)變化。

3)絲質(zhì)及破片組織。一般顆粒界面清晰，多有棱角及突起，插入檢板后為一級紅色，轉(zhuǎn)動載物臺時顏色不變。但存在具有各向異性的絲質(zhì)及破片組織。

4)基礎(chǔ)各向異性組織。一般等色區(qū)尺寸與其顆粒尺寸相近。轉(zhuǎn)動載物臺時整個顆粒多同時有紅變黃或變綠。

5)熱解炭。多呈鑲邊狀，也可見有粗粒鑲嵌狀，轉(zhuǎn)動載物臺時交替出現(xiàn)紅、黃或綠色。

6)類絲炭。有些許消光性，有突起，不明顯。

1.4 煤的顯微組分與焦炭光學(xué)組織的對應(yīng)關(guān)系

煉焦煤經(jīng)過高溫干餾形成焦炭，煤中的各顯微組分衍生為焦炭的顯微結(jié)構(gòu)，見表2。

表2 煤巖顯微組分和衍生對應(yīng)焦炭顯微結(jié)構(gòu)

2 煤巖分析在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況

2.1 判定進廠煤分類及控制混煤

各煤種對應(yīng)鏡質(zhì)組反射率分布范圍見表3，安鋼所用煉焦煤對應(yīng)的常規(guī)分析指標與煤巖指標見表4。

表3 鏡質(zhì)組反射率分布范圍

表4 各煤種對應(yīng)工業(yè)分析及巖相指標

由表3、表4可以看出，常規(guī)指標劃分煤種類別與煤巖指標劃分煤種相一致。

用煉焦煤標準方差 (δ)判定進廠煤混洗情況。由于近年來市場經(jīng)濟的影響，加之煤源緊缺和地質(zhì)成因的演變導(dǎo)致的煤質(zhì)劣化，煉焦用煤的混煤現(xiàn)象比較普遍，給公司優(yōu)質(zhì)焦炭的生產(chǎn)帶來極大的困難。在焦化生產(chǎn)中，煉焦煤的常規(guī)指標如工業(yè)分析、膠質(zhì)層、粘結(jié)指數(shù)等都有一定的可加性。由兩種不同品質(zhì)的煤可以混合成煉焦煤的各項指標，例如：瘦煤及肥煤的粘結(jié)性和揮發(fā)分完全不同，但當(dāng)它們以一定的比例混配時，可以混合成焦煤的粘結(jié)性和揮發(fā)分的正常指標，但其結(jié)焦性能發(fā)生了較大變化。通過標方差可以確定進廠煤的混洗程度[2]，一般要求δ≤0.23，應(yīng)用煤的鏡質(zhì)組反射率分布圖形可以清楚地知道混入的煤種和比例，據(jù)此分析可以對配煤比進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.2 確定實際配煤比

根據(jù)配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布圖可以直觀判斷出各煤種的實際配入比例[3]，從而實現(xiàn)精確控制各煤種配入量，保證焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定，安鋼所用配合煤鏡質(zhì)組平均最大反射率分布如圖1所示，各區(qū)間所占比例見表5。生產(chǎn)中配比為焦煤：52％，肥煤：26％，1/3焦煤：14％，瘦煤：8％，由于個別進廠單種煤存在一定程度的混煤現(xiàn)象，所以所得到的混合煤反射率分布圖中所含各煤種的比例與實際配入比例不完全相符。

圖1 煤鏡質(zhì)組隨機反射率分布圖

表5 配合煤鏡質(zhì)組反射率各區(qū)間比例

2.3 指導(dǎo)煤場分堆

應(yīng)用煤巖指導(dǎo)煤場分堆可提高單類堆放的煤種質(zhì)量的穩(wěn)定性，使各個分堆煤種盡可能相近于單一性能、或煤化度接近。由于同一牌號的來煤、各供戶間的結(jié)焦性質(zhì)差別不一，若將同一牌號各供戶來煤不加區(qū)別地堆成一堆，就可能造成同一堆煤的結(jié)焦性質(zhì)波動較大。因此，在逐步控制來煤混洗后，還需要以“反射率 R值相近、反射率分布圖所占比例的絕大部分重疊”為目標，按照這一原則，在現(xiàn)有堆放工藝基礎(chǔ)上增加“煤巖指導(dǎo)堆放”，進一步提高了各煤種結(jié)焦性的均一性和穩(wěn)定性。

2.4 煤巖指導(dǎo)配煤

目前安鋼與遼寧科技大學(xué)合作，共同研究安鋼煤巖配煤技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用，結(jié)合安鋼焦煤資源與質(zhì)量變化，進行各單種煤及配合煤的工業(yè)分析、煤巖檢測、焦炭光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)檢測、40 kg小焦爐的試驗工作。在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下應(yīng)用煤巖指導(dǎo)配煤工作，影響焦炭質(zhì)量的因素在煉焦配煤工藝固定的情況下取決于煉焦煤的鏡質(zhì)組性質(zhì)和惰性組份的數(shù)量，鏡質(zhì)組性質(zhì)對焦炭光學(xué)組織的影響必需通過鏡質(zhì)組反射率分布狀況來體現(xiàn)。不同煉焦煤具有自己的鏡質(zhì)組反射率分布區(qū)間，不同的反射率分布區(qū)間一般情況下對應(yīng)不同的焦炭顯微組成，從而對應(yīng)不同的焦炭性能。用鏡質(zhì)組反射率分布區(qū)間能更直接地反映煤的變質(zhì)程度，混煤狀況和在配煤成焦中起的作用，應(yīng)用煤巖學(xué)指導(dǎo)配煤可以進一步改善和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量。

3 探討與建議

1)在確定煉焦生產(chǎn)的實際配煤比中，由于進廠煤存在混洗現(xiàn)象，可能會出現(xiàn)混合煤反射率分布圖中所含各煤種的比例與實際配入比例不完全相符的情況，可根據(jù)煤巖數(shù)據(jù)和反射率分布圖將原料煤分為單一煤種、簡單混煤、復(fù)雜混煤三種，同時確定出復(fù)雜混煤中各煤種所占百分比。對煤場配入的各單種煤必須按煤巖特征重新進行比例配算，最后確定出有別于理論煤配比的煤廠實際配煤比，并以此進行生產(chǎn)配煤操作，從而煉出與實際相符的優(yōu)質(zhì)冶金焦炭。

2)在單種煤或配合煤鏡質(zhì)組最大反射率測定過程中，有些單位采用全自動測定的方法，由于鏡質(zhì)組與半鏡質(zhì)組形態(tài)與顏色十分接近，特別是測定配合煤時，由于各單種煤的變質(zhì)程度不同，電腦很難準確分別，可采用半自動測定的方法，但是該方法速度較慢、周期較長，不能完全滿足正常生產(chǎn)檢測需求，所以建議對重要煤種或供應(yīng)量較大的煤種采用半自動測定方法，也可以用于對來煤進行抽查。

3)煉焦煤的顯微組分與焦炭的顯微結(jié)構(gòu)之間存在對應(yīng)關(guān)系，可通過測定焦炭顯微結(jié)構(gòu)對應(yīng)分析出配合煤中各顯微組分，進而來檢驗各單種煤配入比例的合理性，從而科學(xué)有效的指導(dǎo)生產(chǎn)配煤，安鋼目前正在進行該項內(nèi)容的研究工作。

4 結(jié)論

1)生產(chǎn)實踐證明，煤巖分析作為一種先進的煤質(zhì)分析法，在實際生產(chǎn)中有著重要的作用。利用煤巖鏡質(zhì)組反射率不僅可以鑒別單種煤的質(zhì)量，優(yōu)化和監(jiān)控煤源，同時還可用來指導(dǎo)配煤和預(yù)測焦炭指標為生產(chǎn)提供決策。

2)通過煤巖技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，焦炭質(zhì)量得到了穩(wěn)定改善，抗碎強度達到 81％～83％，熱強度65％～67％，為高爐順行提供了優(yōu)質(zhì)原料，增強了企業(yè)經(jīng)濟和社會效益。

[1]周師庸.應(yīng)用煤巖學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，1985：45-46.

[2]薛改鳳，許傳智，陳鵬.煤巖配煤技術(shù)在武鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用研究.武漢科技大學(xué)學(xué)報，2006(6)：29-31.

[3]關(guān)樹艷.淺談煤巖鏡質(zhì)組反射率測定的作用.理化與檢測，2006(2)：37-39.

ANALY SIS O F COALmACERAL DETECT ION DUR ING PRODUCT ION IN ANYANG

W ang Hongshun Gao L idong X ing Jiantong Zhang Huaqiang L i Juan (Anyang Iron＆Steel Group Co.，L td)

This paper describes characteristics and correspondent relation of coking coal and cokemicroconstituent，analyses the app lication of coalm aceralm ethod to contro l coal quality and instruct coal blending operation，and puts forw ard som e suggestions.

detection coalm acerals reflectivitymixing and b lending coal

＊聯(lián)系人：邢建通，教授級高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2010—2—10