氣煤試驗評價與應用研究

李志，周鵬，衣鵬

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

煉焦主要原材料洗精煤成本約占煉焦總成本的70%，如果能夠配入更多低價的弱粘結性煤，無疑會對降本工作大有裨益。在可供選擇的弱粘結性煤中，氣煤既價格低廉，又能在一定程度上提高配煤揮發分，從而提高煤氣回收率，是最具開發潛力的煉焦煤種。但氣煤結焦性能較差，配用過程稍有不慎極易造成焦炭質量下降，且鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部自開工以來尚無配用氣煤煉焦的歷史經驗，因此存在較大的技術風險。如何選擇合適的氣煤，成為煉焦部自主科學配煤技術應用的關鍵。既要通過氣煤的使用降低成本，又要保證焦炭質量的總體穩定，是擺在煉焦部科技人員面前必須研究攻克的技術難題。

綜合對一些氣煤資源的供應量和詢價結果的初步篩選，煉焦部將氣煤X、氣煤L和氣煤E作為進一步考察的對象，通過巖相分析[1-2]和小焦爐試驗對氣煤進行單種煤技術評價和不同比例的配用研究[3]，對不同氣煤從煤質成分、煤巖特征、結焦性能和采購價格等多方面因素進行綜合分析比較。

1 單種煤試驗分析

單種煤試驗評價主要通過工業分析、煤巖分析、40 kg小焦爐試驗等，考察擬引進氣煤的煤質和結焦性能，為下一步配用試驗提供基礎數據。

1.1 單種煤常規指標分析

按照《中國煤炭分類（GB 5751-1986）》和《煉焦用煤技術條件（GB/T 397-2009）》對煤的工業分析、全硫、粘結指數、膠質層指數進行檢驗，檢驗儀器及方法見表1，氣煤常規指標分析結果見表2。

表1 檢驗儀器及方法

表2 氣煤常規指標分析結果

由表2可知,氣煤L和氣煤E的灰分較低，比氣煤X有明顯優勢；氣煤E的硫分較低，優于氣煤L和氣煤X；對于粘結性指標G值、膠質層指數Y值，氣煤E最優，其次為氣煤L。

1.2 單種煤煤巖分析

煤巖分析采用HD型全自動顯微鏡光度計軟件系統，煤樣通過烘干、破碎、篩分制成煤磚，進行磨片處理，在ZEISS MY5000A顯微鏡下對煤樣鏡質組反射率進行測定，制成反射率分布圖譜，得到煤樣各個煤巖顯微組成。依據《商品煤反射率分布圖的判別方法（GB/T15581-1995）》，計算隨機反射率的平均值和標準偏差。氣煤鏡質組隨機反射率分布見圖1。

圖1 氣煤鏡質組隨機反射率分布

煤巖分析結果顯示，三者均為單一煤層煤，無混煤跡象。其中，氣煤L的Rmax平均值為0.528，煤階為長焰煤；氣煤X的Rmax平均值為0.691，煤階為氣煤；氣煤E的Rmax平均值為0.584，煤階為長焰煤。從巖相分析結果來判斷[4]，氣煤X的結焦性能應好于氣煤L和氣煤E。

1.3 單種煤煉焦試驗

對3種氣煤進行了40 kg小焦爐單種煤煉焦試驗。試驗采用TH-SJLA-40C1型側裝式自動試驗焦爐系統，炭化室墻由碳化硅磚砌成，兩側單獨電加熱方式，加熱體為鐵鉻鈮耐高溫材料。測控溫配有微機監控和試驗管理系統，煉焦條件可以任意編程。焦炭成熟溫度控制為1 050℃，結焦時間為19 h。出焦后采用濕法熄焦，焦炭先落下4次，篩分后取粒徑60 mm以上焦炭12.5 kg入1/4米庫姆轉鼓，轉鼓后的焦炭機械強度用M40、M10表示。焦炭熱性質檢測采用三段恒溫式焦炭熱態反應實驗裝置，用CRI和CSR表征焦炭熱態性能。氣煤單種煤煉焦試驗結果見表3。

表3 氣煤單種煤煉焦試驗結果（質量分數） %

由表3可知，3種氣煤相比較，氣煤L結焦性最差，焦塊粒度小，呈細條狀，甚至因粒度達不到最低要求而無法完成強度試驗；氣煤X結焦性最好，能單獨煉焦生成質量較好的焦炭；氣煤E結焦性能較差，焦炭耐磨強度M40與氣煤X相比有較大差距，熱性質試驗因焦塊強度差，無法進行制樣，因而無法測定。

綜合上述試驗結果，氣煤X雖然從常規分析指標來看不如其它二者，但從煤巖分析和小焦爐試驗得出的結焦性方面具有很大優勢。因此，為滿足高爐冶煉需求，以焦炭質量優先為原則，選用氣煤X作為配煤研究的對象。

2 配煤煉焦試驗

對選定的氣煤X還要進行實際的配煤煉焦試驗，確定合適的配煤比例，才能投入大焦爐生產應用。配煤煉焦試驗同樣采用與單種煤煉焦試驗相同的40 kg小焦爐試驗系統。進行煉焦試驗前先通過HD型全自動顯微鏡光度計軟件系統，依據事先測定得到的各單種煤煤巖分析數據與配煤方案，計算配煤最大鏡質組反射率并繪制鏡質組反射率分布圖，形成理論配煤報告。通過對理論配煤報告的分析研究，從多套配煤方案中遴選出若干套可行的配煤方案進行煉焦試驗。表4列舉了3套配入氣煤的配煤方案的煉焦試驗結果，并與配入氣煤前的配煤方案做了對比。

表4 氣煤X配煤煉焦試驗結果（質量分數） %

由表4可知，采用氣煤煉焦，通過合適的配煤比例可以獲得較為理想的焦炭質量。氣煤配用比例在10%～14%時，適當替代肥煤、1/3焦煤、瘦煤煉焦，獲得了與原配煤比例接近的焦炭質量，符合大焦爐生產要求。

3 氣煤配煤煉焦生產應用情況

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司氣煤X于2015年12月初開始投入使用。由于大焦爐生產與試驗焦爐之間存在差異，氣煤投入使用后又經過了多次調整，不斷優化配用比例方案。2015年12月至2016年4月共配入氣煤88 587 t，配煤總成本隨之下降，焦炭質量主要指標CSR最高達到69.49%，創歷史最好水平。氣煤大生產配用情況見表5所示。

通過配入氣煤煉焦，使配煤比例得到優化，降低了高價格煤的消耗比例，使煉焦成本中的原料消耗成本降低。將使用氣煤后的2015年12月～2016年4月與使用氣煤前的2015年7～11月進行對比，可計算出原料消耗比例變化對成本的影響。氣煤使用期間消耗洗精煤1 153 266 t，因配煤結構優化降低成本12.94元/t，因此共降低煉焦成本為1 492.32萬元。

表5 氣煤大生產配用情況（質量分數） %

4 結論

（1）通過工業分析、煤巖分析、40 kg小焦爐試驗等手段，研究了氣煤的煤質和結焦性能，結合資源量和價格因素，選擇了氣煤X作為配煤基礎煤種。

（2）通過研究合適的配煤比例，采用氣煤煉焦，獲得了理想的焦炭質量，同時取得了可觀的經濟效益。

（3）由于氣煤X的資源量有限，其配用受到了一定限制，否則可進一步加大氣煤配用比例，配煤成本仍有下降空間。今后有條件時可考慮引進更多氣煤資源進行試驗研究。

[1]龐克亮，王明國，趙恒波，等．鞍鋼鲅魚圈煤巖配煤技術的開發與應用[J].鞍鋼技術，2015（5）： 13-16.

[2] 鄭曉雷，代成．鞍鋼鲅魚圈煉焦用煤煤巖研究[J].鞍鋼技術，2013（5）： 14-18.

[3] 孟慶波．國內外煤資源情況與優化配煤技術 [C]//2007年年會暨第四屆三次理事大會論文集．北京:中國煉焦行業協會,2007：234-253.

[4] 周師庸．應用煤巖學[M].北京：冶金工業出版社．1985.