煤巖配煤及焦炭質量檢驗系統的開發與應用

江中砥，李明富

（1安徽工業大學，安徽 馬鞍山243002；2萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271104）

煤巖配煤及焦炭質量檢驗系統的開發與應用

江中砥1，李明富2

（1安徽工業大學，安徽 馬鞍山243002；2萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271104）

根據阿莫索夫-夏皮洛配煤原理，結合我國煤炭資源性質，研發了煤巖配煤技術及焦炭質量檢驗系統。CBI和SI是影響焦炭強度的兩個主要指標，可以指導煉焦煤選購、確定最佳配煤比和預測焦炭強度。通過實例證明了可利用煤巖配煤技術控制調整焦炭質量。

煤巖配煤；自動顯微鏡；配煤軟件；焦炭強度預測

1 國內配煤狀況

在配煤技術方面國內做過一些工作，也提出和試驗過很多方法。國內研究配煤時往往以現行煤分類為基礎，從煤的成因等方面尋找指標，與研究煤分類方法接近，但仍沒有跳出經驗配煤的范疇。問題出在對配煤性質的認識上，研究煤分類和研究配煤都要研究煤的性質，但目的不同，所以研究的思路、內容、方法也不同。從科學配煤看，是從配煤到焦炭生產過程中，研究焦炭質量有哪些主要影響因素，它們與配煤性質之間的關系，再去設計配煤指標。城博早已找到了影響焦炭強度的兩個主要因素，但他無法與配煤性質之間建立定量和計算關系，因為他用的是抽提方法。阿莫索夫采用了煤巖學方法，經過美國、日本等不斷改進，確立了阿-夏配煤方法，是研究配煤技術的典型案例。

從煉焦配煤實踐中認識到，配煤需要解決3個問題：1）選擇煉焦煤；2）確定最佳配煤比；3）準確預測焦炭強度。這3個問題是配煤的核心問題，配煤方法好壞主要看這3個問題解決到什么程度。

2 配煤原理發展

2.1 薩保什尼柯夫經驗配煤

在1930年代提出，原理是配煤中各種煤的膠質體溫度范圍要相互搭接，搭接得范圍愈多愈好。

提出選用氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤4類煉焦煤，是固定的。設有一個配煤區域，只要配入這個區域內，應獲得較好質量的焦炭，但結果是不成功的，只能用鐵箱試驗或后來用小焦爐試驗來確定配煤比。不能準確預測焦炭強度，只能用鐵箱試驗或小焦爐試驗來確定。

這種方法費時費力，盲目性大，通過經驗來確定配煤比，要獲得一個好的配煤比需要花費很多時間，而要獲得一個最佳配煤比幾乎是不可能的。

2.2 城博配煤

在1947年提出，城博提出的配煤理念打破了經驗配煤原理，但沒有提出具體方法，所以它是從經驗配煤過渡到科學配煤的一個轉折點。原理是認為煤是由兩部分組成，一部分具有粘結性的成分稱為粘結組分，另一部分是不粘結的，是焦炭中骨架，稱為纖維狀組分。

影響焦炭強度的主要因素是粘結組分和纖維狀組分比例要合適，而纖維狀組分的強度要大。配煤就是調整粘結組分數量和纖維狀組分強度：當配煤中粘結組分少時，可添加瀝青黏結劑，如瘦煤；當纖維狀組分強度低或粘結組分過多時，可添加無煙煤，如肥煤；當兩者都缺時，則可同時添加瀝青黏結劑和無煙煤，如長焰煤一類變質程度低的煤等。選擇煉焦煤沒有限制。提出了合適配煤比概念，即粘結組分和纖維狀組分比例要合適，纖維狀組分強度要大，這樣就能得到優質焦炭，這樣的配煤比可以理解為最佳配煤比，但沒有提出具體方法，沒有預測焦炭強度。

城博配煤是生產實踐和抽提試驗的總結，受歷史條件和采用方法的限制，未能完成。

2.3 阿-夏科學配煤

在1957年由阿莫索夫提出，1961年夏皮洛作了重大改進，1971年小島鴻次郎將計算機用于該法計算CBI（組成平衡指數）、SI（強度指數）及對氧化煤進行校正，1980年代日本再次改進，對CBI作校正，用JIS轉鼓預測焦炭強度與實測強度差僅為0.3%（DI3015）。原理是通過煤巖分析測出煤的巖相組分，即穩定組、鏡質組、半絲質組和惰質組，從而可以計算出煤的組成，即活性組分和惰性組分的數量。影響焦炭強度主要因素：一是配煤中活性組分與惰性組分比例要達到平衡，并提出判斷達到平衡的指數CBI，計算出CBI大小，就可以判斷配煤中煤巖組分的組成是否已達到平衡，或是活性組分多了或是少了。二是配煤的結焦性要足夠，并提出一個結焦性指數K（后改稱強度指數SI），其大小即表示配煤的結焦性強弱。因此通過計算CBI與SI并加以調整，就可以使配煤中煤巖組成達到平衡，同時使配煤有足夠的結焦性，這時配煤比就是最佳配煤比。由于找到了影響焦炭強度的主要因素：CBI和SI，它們與焦炭強度之間必然有密切關系，用CBI和SI就可以準確預測出焦炭強度。阿莫索夫用松格林轉鼓，預測焦炭強度與實測的相差±1.5%，夏皮洛用ASTM轉鼓相差±1%，日本用JIS轉鼓DI3015相差±0.5%，之后又提高到±0.3%。

通過計算CBI、SI，可以準確選擇所要的煉焦煤，也可以確定最佳配煤比。由于每個配煤方案都有CBI和SI值，所以能夠做到焦炭質量穩定，可以準確預測焦炭強度。因此，根據CBI、SI，很容易調整焦炭強度，特別適用于配煤煤種多、比例經常變化的焦化廠。這種方法不但在實際生產中得到應用，而且在理論上有創新，結合中間相成焦機理，對煤的活性組分在成焦過程中的作用及對焦炭強度的影響有新的重要認識。

3 煤巖配煤及焦炭質量檢驗系統

根據阿-夏科學配煤原理結合中國煤質情況，于1997年3～6月在萊鋼焦化廠JZD40模擬試驗焦爐上進行配煤試驗；2000年1月又進行補充試驗，使預測與實測焦炭強度之差，在1/4米庫姆轉鼓中達到M25在±（0.8%～1.5%），并進一步開發了預測配煤中添加無煙煤（或焦粉）最佳數量的方法。在硬件方面，除JZD40模擬試驗焦爐（在1995年研制并投入使用）外，已研制成全自動顯微鏡，使圖象質量大大提高，測量中誤差減小，并減輕操作人員的勞動強度。在軟件方面，完成了煤巖組成半自動分析，配煤比自動計算并優化，焦炭氣孔結構自動分析，焦炭光學組織自動分析和圖象自動采集5個軟件。形成了煤巖配煤與焦炭質量檢驗兩個系統，目的是使焦化廠能用最合理的配煤比生產出合格焦炭，在生產過程中能及時發現焦炭質量變化，使焦炭質量穩定，并可對配煤和焦炭質量做更深入研究。

1）煤巖及配煤系統：由煤巖分析軟件、配煤軟件、JZD-40模擬試驗焦爐和自動分析顯微鏡組成。主要功能：①通過顯微鏡和軟件測定并計算單種煤的顯微組分、反射率分布、CBI、SI等參數，為合理選擇煉焦用煤提供科學依據。選煤是生產優質焦炭的第一步，并監督和控制進廠煤的質量。②根據對焦炭質量的要求，用配煤軟件自動或人工分析，找出最佳配煤比或接近最佳配煤比方案，可生產出符合要求的、質量穩定的焦炭。③將找出的配煤方案用JZD-40模擬試驗焦爐檢驗，符合要求的方案即可交付生產使用。④根據煤源靈活配煤，不受傳統的氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤等限制。⑤準確預測焦炭強度，不同配煤比都能同時顯示出預測的焦炭強度、焦炭的工業分析和配煤成本等技術經濟指標。

2）焦炭質量檢驗系統：由自動顯微鏡、焦炭氣孔結構分析軟件、焦炭光學組織分析軟件和焦炭反應性測定裝置組成。主要功能：①根據焦炭氣孔及光學組織分析軟件與配煤軟件的多次調整，可以生產出符合要求的焦炭。②通過焦炭質量檢驗系統可以了解焦炭的冷態性質及熱態性質，全面掌握焦炭質量。③通過焦炭氣孔與光學組織軟件中一些參數的變化，可以及時發現焦炭質量變化，及時檢查、調整配煤比，從而避免因焦炭質量波動影響后序生產，可以減少損失，使生產穩定。④經過長期分析檢驗，可以找到其中的某些參數與焦炭質量、配煤之間的關系，建立新的參數，能更直接地監督焦炭質量。在一般情況下，焦炭質量主要是通過配煤來調整，也可進一步研究焦炭結構等。

4 應用舉例

曾受南鋼委托做配煤試驗，南鋼提供10種單煤，用配煤軟件提出配煤方案。配煤試驗在萊鋼焦化廠JZD-40模擬試驗焦爐上進行。步驟如下：

1）將單煤的工業分析、煤巖組分和反射率分布數據輸入配煤軟件，計算出10種單煤的CBI、SI。2）根據對焦炭灰分、硫分和焦炭強度的要求，進行自動配煤計算，將符合要求的配煤方案選出，用模擬試驗焦爐檢驗，合格的即可用于生產，如對某個配煤方案做修改可用人工配煤進行調整。3）通過配煤計算，在這10種煤中當主焦煤配入量在65%時，最大焦炭強度M25=89.7%，當主焦煤配入量為30%～70%時，預測M25=85.6%～88.8%，實測為85.4%～89.1%。4）模擬試驗焦爐性能、操作和軟件性能，對預測焦炭強度準確性影響較大。檢驗數據見表1。

由表1第一次試驗數據可以看出，模擬試驗焦爐性能穩定，焦炭強度預測準確。此外，通過本次試驗，也可以看到選擇煤的重要性，可以更好地控制焦炭質量。選擇的幾組試驗結果見表1第二次試驗數據。

由第二次試驗數據可得出以下結論：1）1#和4#試驗相比，表明了在選擇煉焦煤時，雖然都是主焦煤，但在主焦煤的結焦性即SI值不相同時，應選擇SI大的，在4#試驗中主焦煤用量可節省11%。2）2#和3#主焦煤用量相同，雖然配煤組成不同，但CBI、SI基本相同，因此焦炭強度也基本相同，這表明只要配煤的CBI、SI調整到相同，就有可能生產出質量穩定的合格焦炭。3）同樣4#和5#主焦煤用量相同，配煤組成不同，SI不相同，因此焦炭強度也不相同。以上說明最佳配煤比就是CBI要達到平衡，SI要足夠大。當預測的配煤強度達不到要求時，如果CBI沒平衡，則先使CBI平衡，再達不到要求，則更換煤種使SI提高，就可滿足要求了。當CBI達到平衡時，預測強度超過要求的強度時，表明配煤的結焦性過大了，可調整減少SI。這些都由系統軟件完成，在電腦上進行操作，配煤工作簡便快捷。

Development and Application of Coal Petrography Blending and Coke Quality Test System

JIANG Zhong-di1,LI Ming-fu2
（1 Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China;2 Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

Under AMMOCOB and Shapiro coal blending theory,combined with the nature of Chinese coal resources,we researched and developed the blending of coal petrography technology and the coke quality test system.CBI and SI is the impact of two major indicators of coke strength,which can guide us buy coking coal and determine optimal coal blending ratio and the best test the strength of coke.It was proven through the examples that using the blending technique of coal petrography can control and adjust coke quality.

coal petrography blending;automated microscope;coal blending software;prediction of coke strength

表1 模擬試驗焦爐試驗數據

TQ520

A

1004-4620（2010）04-0001-02

2010-05-31

江中砥，男，1935年生，1958年畢業于浙江大學燃料化工專業。現為安徽工業大學教授，研究方向：科學配煤技術和焦炭強度預測；焦炭結構焦炭強度及其指標性質。