淺析煤巖檢測(cè)在安鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

王洪順 高立東 邢建通 張化強(qiáng) 李 娟

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

淺析煤巖檢測(cè)在安鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

王洪順 高立東 邢建通 張化強(qiáng) 李 娟

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)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(duì)應(yīng)關(guān)系，分析了煤巖方法在控制進(jìn)廠煤質(zhì)量，指導(dǎo)配煤生產(chǎn)等方面的應(yīng)用情況，同時(shí)對(duì)安鋼煤巖配煤在生產(chǎn)中的進(jìn)一步應(yīng)用提出了建議。

檢測(cè) 煤巖反射率 混煤配煤

0 前言

安鋼現(xiàn)有 8座焦?fàn)t，1#～6#焦?fàn)t為 JN43-80型焦?fàn)t，7#、8#焦?fàn)t為 JN60-6型焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭290萬(wàn) t，消耗洗精煤370萬(wàn) t，隨著優(yōu)質(zhì)煉焦煤的日益緊張，個(gè)別洗煤廠存在混配、混洗煉焦煤的現(xiàn)象，使得進(jìn)廠原料煤質(zhì)波動(dòng)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(xì)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(duì)煤進(jìn)行更深入更本質(zhì)的研究，彌補(bǔ)了以往煤常規(guī)分析的不足，對(duì)資源評(píng)價(jià)和指導(dǎo)配煤生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)對(duì)安鋼煤巖配煤的深入研究提出了幾點(diǎn)建議。

1 煤巖分析方法

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

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(jiàn)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(wú)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?，正交偏光下光學(xué)各向異性明顯加強(qiáng)。鏡質(zhì)組有時(shí)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(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)。測(cè)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(cè)定原理

鏡質(zhì)組反射率測(cè)定原理是根據(jù)鏡質(zhì)組在546 nm綠光中的反射光強(qiáng)對(duì)垂直入射光強(qiáng)的百分比。測(cè)定時(shí)是根據(jù)光電倍增管所接受的反射光強(qiáng)與其光電信號(hào)成正比的原理在顯微鏡下一定強(qiáng)度的入射光中對(duì)此鏡質(zhì)組和已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)片的光電信號(hào)值而確定的。

1.3 焦炭光學(xué)組織

焦炭顯微組分的測(cè)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(shí)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(jí)紅色，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)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(dòng)載物臺(tái)時(shí)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(jí)紅色，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)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(dòng)載物臺(tái)時(shí)整個(gè)顆粒多同時(shí)有紅變黃或變綠。

5)熱解炭。多呈鑲邊狀，也可見(jiàn)有粗粒鑲嵌狀，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系

煉焦煤經(jīng)過(guò)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(jiàn)表2。

表2 煤巖顯微組分和衍生對(duì)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(jìn)廠煤分類及控制混煤

各煤種對(duì)應(yīng)鏡質(zhì)組反射率分布范圍見(jiàn)表3，安鋼所用煉焦煤對(duì)應(yīng)的常規(guī)分析指標(biāo)與煤巖指標(biāo)見(jiàn)表4。

表3 鏡質(zhì)組反射率分布范圍

表4 各煤種對(duì)應(yīng)工業(yè)分析及巖相指標(biāo)

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

用煉焦煤標(biāo)準(zhǔn)方差 (δ)判定進(jìn)廠煤混洗情況。由于近年來(lái)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(lái)極大的困難。在焦化生產(chǎn)中，煉焦煤的常規(guī)指標(biāo)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(xiàng)指標(biāo)，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(shí)，可以混合成焦煤的粘結(jié)性和揮發(fā)分的正常指標(biāo)，但其結(jié)焦性能發(fā)生了較大變化。通過(guò)標(biāo)方差可以確定進(jìn)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(duì)配煤比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.2 確定實(shí)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(shí)際配入比例[3]，從而實(shí)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(jiàn)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(gè)別進(jìn)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(shí)際配入比例不完全相符。

圖1 煤鏡質(zhì)組隨機(jī)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(chǎng)分堆

應(yīng)用煤巖指導(dǎo)煤場(chǎng)分堆可提高單類堆放的煤種質(zhì)量的穩(wěn)定性，使各個(gè)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(hào)的來(lái)煤、各供戶間的結(jié)焦性質(zhì)差別不一，若將同一牌號(hào)各供戶來(lái)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(dòng)較大。因此，在逐步控制來(lái)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(biāo)，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(jìn)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(jìn)行各單種煤及配合煤的工業(yè)分析、煤巖檢測(cè)、焦炭光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)檢測(cè)、40 kg小焦?fàn)t的試驗(yàn)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(duì)焦炭光學(xué)組織的影響必需通過(guò)鏡質(zhì)組反射率分布狀況來(lái)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(duì)應(yīng)不同的焦炭顯微組成，從而對(duì)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(jìn)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(shí)際配煤比中，由于進(jìn)廠煤存在混洗現(xiàn)象，可能會(huì)出現(xiàn)混合煤反射率分布圖中所含各煤種的比例與實(shí)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(jiǎn)單混煤、復(fù)雜混煤三種，同時(shí)確定出復(fù)雜混煤中各煤種所占百分比。對(duì)煤場(chǎng)配入的各單種煤必須按煤巖特征重新進(jìn)行比例配算，最后確定出有別于理論煤配比的煤廠實(shí)際配煤比，并以此進(jìn)行生產(chǎn)配煤操作，從而煉出與實(shí)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(cè)定過(guò)程中，有些單位采用全自動(dòng)測(cè)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(cè)定配合煤時(shí)，由于各單種煤的變質(zhì)程度不同，電腦很難準(zhǔn)確分別，可采用半自動(dòng)測(cè)定的方法，但是該方法速度較慢、周期較長(zhǎng)，不能完全滿足正常生產(chǎn)檢測(cè)需求，所以建議對(duì)重要煤種或供應(yīng)量較大的煤種采用半自動(dòng)測(cè)定方法，也可以用于對(duì)來(lái)煤進(jìn)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(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過(guò)測(cè)定焦炭顯微結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)分析出配合煤中各顯微組分，進(jìn)而來(lái)檢驗(yàn)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(jìn)行該項(xiàng)內(nèi)容的研究工作。

4 結(jié)論

1)生產(chǎn)實(shí)踐證明，煤巖分析作為一種先進(jìn)的煤質(zhì)分析法，在實(shí)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(shí)還可用來(lái)指導(dǎo)配煤和預(yù)測(cè)焦炭指標(biāo)為生產(chǎn)提供決策。

2)通過(guò)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(qiáng)度達(dá)到 81％～83％，熱強(qiáng)度65％～67％，為高爐順行提供了優(yōu)質(zhì)原料，增強(qiáng)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(bào)，2006(6)：29-31.

[3]關(guān)樹(shù)艷.淺談煤巖鏡質(zhì)組反射率測(cè)定的作用.理化與檢測(cè)，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(jí)高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2010—2—10