煤巖配煤及焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

江中砥，李明富

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

煤巖配煤及焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

江中砥1，李明富2

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

根據(jù)阿莫索夫-夏皮洛配煤原理，結(jié)合我國(guó)煤炭資源性質(zhì)，研發(fā)了煤巖配煤技術(shù)及焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)。CBI和SI是影響焦炭強(qiáng)度的兩個(gè)主要指標(biāo)，可以指導(dǎo)煉焦煤選購(gòu)、確定最佳配煤比和預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度。通過(guò)實(shí)例證明了可利用煤巖配煤技術(shù)控制調(diào)整焦炭質(zhì)量。

煤巖配煤；自動(dòng)顯微鏡；配煤軟件；焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)

1 國(guó)內(nèi)配煤狀況

在配煤技術(shù)方面國(guó)內(nèi)做過(guò)一些工作，也提出和試驗(yàn)過(guò)很多方法。國(guó)內(nèi)研究配煤時(shí)往往以現(xiàn)行煤分類為基礎(chǔ)，從煤的成因等方面尋找指標(biāo)，與研究煤分類方法接近，但仍沒(méi)有跳出經(jīng)驗(yàn)配煤的范疇。問(wèn)題出在對(duì)配煤性質(zhì)的認(rèn)識(shí)上，研究煤分類和研究配煤都要研究煤的性質(zhì)，但目的不同，所以研究的思路、內(nèi)容、方法也不同。從科學(xué)配煤看，是從配煤到焦炭生產(chǎn)過(guò)程中，研究焦炭質(zhì)量有哪些主要影響因素，它們與配煤性質(zhì)之間的關(guān)系，再去設(shè)計(jì)配煤指標(biāo)。城博早已找到了影響焦炭強(qiáng)度的兩個(gè)主要因素，但他無(wú)法與配煤性質(zhì)之間建立定量和計(jì)算關(guān)系，因?yàn)樗玫氖浅樘岱椒?。阿莫索夫采用了煤巖學(xué)方法，經(jīng)過(guò)美國(guó)、日本等不斷改進(jìn)，確立了阿-夏配煤方法，是研究配煤技術(shù)的典型案例。

從煉焦配煤實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，配煤需要解決3個(gè)問(wèn)題：1）選擇煉焦煤；2）確定最佳配煤比；3）準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度。這3個(gè)問(wèn)題是配煤的核心問(wèn)題，配煤方法好壞主要看這3個(gè)問(wèn)題解決到什么程度。

2 配煤原理發(fā)展

2.1 薩保什尼柯夫經(jīng)驗(yàn)配煤

在1930年代提出，原理是配煤中各種煤的膠質(zhì)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(shè)有一個(gè)配煤區(qū)域，只要配入這個(gè)區(qū)域內(nèi)，應(yīng)獲得較好質(zhì)量的焦炭，但結(jié)果是不成功的，只能用鐵箱試驗(yàn)或后來(lái)用小焦?fàn)t試驗(yàn)來(lái)確定配煤比。不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度，只能用鐵箱試驗(yàn)或小焦?fàn)t試驗(yàn)來(lái)確定。

這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，盲目性大，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定配煤比，要獲得一個(gè)好的配煤比需要花費(fèi)很多時(shí)間，而要獲得一個(gè)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(jīng)驗(yàn)配煤原理，但沒(méi)有提出具體方法，所以它是從經(jīng)驗(yàn)配煤過(guò)渡到科學(xué)配煤的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。原理是認(rèn)為煤是由兩部分組成，一部分具有粘結(jié)性的成分稱為粘結(jié)組分，另一部分是不粘結(jié)的，是焦炭中骨架，稱為纖維狀組分。

影響焦炭強(qiáng)度的主要因素是粘結(jié)組分和纖維狀組分比例要合適，而纖維狀組分的強(qiáng)度要大。配煤就是調(diào)整粘結(jié)組分?jǐn)?shù)量和纖維狀組分強(qiáng)度：當(dāng)配煤中粘結(jié)組分少時(shí)，可添加瀝青黏結(jié)劑，如瘦煤；當(dāng)纖維狀組分強(qiáng)度低或粘結(jié)組分過(guò)多時(shí)，可添加無(wú)煙煤，如肥煤；當(dāng)兩者都缺時(shí)，則可同時(shí)添加瀝青黏結(jié)劑和無(wú)煙煤，如長(zhǎng)焰煤一類變質(zhì)程度低的煤等。選擇煉焦煤沒(méi)有限制。提出了合適配煤比概念，即粘結(jié)組分和纖維狀組分比例要合適，纖維狀組分強(qiáng)度要大，這樣就能得到優(yōu)質(zhì)焦炭，這樣的配煤比可以理解為最佳配煤比，但沒(méi)有提出具體方法，沒(méi)有預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度。

城博配煤是生產(chǎn)實(shí)踐和抽提試驗(yàn)的總結(jié)，受歷史條件和采用方法的限制，未能完成。

2.3 阿-夏科學(xué)配煤

在1957年由阿莫索夫提出，1961年夏皮洛作了重大改進(jìn)，1971年小島鴻次郎將計(jì)算機(jī)用于該法計(jì)算CBI（組成平衡指數(shù)）、SI（強(qiáng)度指數(shù)）及對(duì)氧化煤進(jìn)行校正，1980年代日本再次改進(jìn)，對(duì)CBI作校正，用JIS轉(zhuǎn)鼓預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度與實(shí)測(cè)強(qiáng)度差僅為0.3%（DI3015）。原理是通過(guò)煤巖分析測(cè)出煤的巖相組分，即穩(wěn)定組、鏡質(zhì)組、半絲質(zhì)組和惰質(zhì)組，從而可以計(jì)算出煤的組成，即活性組分和惰性組分的數(shù)量。影響焦炭強(qiáng)度主要因素：一是配煤中活性組分與惰性組分比例要達(dá)到平衡，并提出判斷達(dá)到平衡的指數(shù)CBI，計(jì)算出CBI大小，就可以判斷配煤中煤巖組分的組成是否已達(dá)到平衡，或是活性組分多了或是少了。二是配煤的結(jié)焦性要足夠，并提出一個(gè)結(jié)焦性指數(shù)K（后改稱強(qiáng)度指數(shù)SI），其大小即表示配煤的結(jié)焦性強(qiáng)弱。因此通過(guò)計(jì)算CBI與SI并加以調(diào)整，就可以使配煤中煤巖組成達(dá)到平衡，同時(shí)使配煤有足夠的結(jié)焦性，這時(shí)配煤比就是最佳配煤比。由于找到了影響焦炭強(qiáng)度的主要因素：CBI和SI，它們與焦炭強(qiáng)度之間必然有密切關(guān)系，用CBI和SI就可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出焦炭強(qiáng)度。阿莫索夫用松格林轉(zhuǎn)鼓，預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度與實(shí)測(cè)的相差±1.5%，夏皮洛用ASTM轉(zhuǎn)鼓相差±1%，日本用JIS轉(zhuǎn)鼓DI3015相差±0.5%，之后又提高到±0.3%。

通過(guò)計(jì)算CBI、SI，可以準(zhǔn)確選擇所要的煉焦煤，也可以確定最佳配煤比。由于每個(gè)配煤方案都有CBI和SI值，所以能夠做到焦炭質(zhì)量穩(wěn)定，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度。因此，根據(jù)CBI、SI，很容易調(diào)整焦炭強(qiáng)度，特別適用于配煤煤種多、比例經(jīng)常變化的焦化廠。這種方法不但在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，而且在理論上有創(chuàng)新，結(jié)合中間相成焦機(jī)理，對(duì)煤的活性組分在成焦過(guò)程中的作用及對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響有新的重要認(rèn)識(shí)。

3 煤巖配煤及焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)

根據(jù)阿-夏科學(xué)配煤原理結(jié)合中國(guó)煤質(zhì)情況，于1997年3～6月在萊鋼焦化廠JZD40模擬試驗(yàn)焦?fàn)t上進(jìn)行配煤試驗(yàn)；2000年1月又進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，使預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)焦炭強(qiáng)度之差，在1/4米庫(kù)姆轉(zhuǎn)鼓中達(dá)到M25在±（0.8%～1.5%），并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了預(yù)測(cè)配煤中添加無(wú)煙煤（或焦粉）最佳數(shù)量的方法。在硬件方面，除JZD40模擬試驗(yàn)焦?fàn)t（在1995年研制并投入使用）外，已研制成全自動(dòng)顯微鏡，使圖象質(zhì)量大大提高，測(cè)量中誤差減小，并減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在軟件方面，完成了煤巖組成半自動(dòng)分析，配煤比自動(dòng)計(jì)算并優(yōu)化，焦炭氣孔結(jié)構(gòu)自動(dòng)分析，焦炭光學(xué)組織自動(dòng)分析和圖象自動(dòng)采集5個(gè)軟件。形成了煤巖配煤與焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)兩個(gè)系統(tǒng)，目的是使焦化廠能用最合理的配煤比生產(chǎn)出合格焦炭，在生產(chǎn)過(guò)程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)焦炭質(zhì)量變化，使焦炭質(zhì)量穩(wěn)定，并可對(duì)配煤和焦炭質(zhì)量做更深入研究。

1）煤巖及配煤系統(tǒng)：由煤巖分析軟件、配煤軟件、JZD-40模擬試驗(yàn)焦?fàn)t和自動(dòng)分析顯微鏡組成。主要功能：①通過(guò)顯微鏡和軟件測(cè)定并計(jì)算單種煤的顯微組分、反射率分布、CBI、SI等參數(shù)，為合理選擇煉焦用煤提供科學(xué)依據(jù)。選煤是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭的第一步，并監(jiān)督和控制進(jìn)廠煤的質(zhì)量。②根據(jù)對(duì)焦炭質(zhì)量的要求，用配煤軟件自動(dòng)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(chǎn)出符合要求的、質(zhì)量穩(wěn)定的焦炭。③將找出的配煤方案用JZD-40模擬試驗(yàn)焦?fàn)t檢驗(yàn)，符合要求的方案即可交付生產(chǎn)使用。④根據(jù)煤源靈活配煤，不受傳統(tǒng)的氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤等限制。⑤準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度，不同配煤比都能同時(shí)顯示出預(yù)測(cè)的焦炭強(qiáng)度、焦炭的工業(yè)分析和配煤成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2）焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)：由自動(dòng)顯微鏡、焦炭氣孔結(jié)構(gòu)分析軟件、焦炭光學(xué)組織分析軟件和焦炭反應(yīng)性測(cè)定裝置組成。主要功能：①根據(jù)焦炭氣孔及光學(xué)組織分析軟件與配煤軟件的多次調(diào)整，可以生產(chǎn)出符合要求的焦炭。②通過(guò)焦炭質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)可以了解焦炭的冷態(tài)性質(zhì)及熱態(tài)性質(zhì)，全面掌握焦炭質(zhì)量。③通過(guò)焦炭氣孔與光學(xué)組織軟件中一些參數(shù)的變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)焦炭質(zhì)量變化，及時(shí)檢查、調(diào)整配煤比，從而避免因焦炭質(zhì)量波動(dòng)影響后序生產(chǎn)，可以減少損失，使生產(chǎn)穩(wěn)定。④經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期分析檢驗(yàn)，可以找到其中的某些參數(shù)與焦炭質(zhì)量、配煤之間的關(guān)系，建立新的參數(shù)，能更直接地監(jiān)督焦炭質(zhì)量。在一般情況下，焦炭質(zhì)量主要是通過(guò)配煤來(lái)調(diào)整，也可進(jìn)一步研究焦炭結(jié)構(gòu)等。

4 應(yīng)用舉例

曾受南鋼委托做配煤試驗(yàn)，南鋼提供10種單煤，用配煤軟件提出配煤方案。配煤試驗(yàn)在萊鋼焦化廠JZD-40模擬試驗(yàn)焦?fàn)t上進(jìn)行。步驟如下：

1）將單煤的工業(yè)分析、煤巖組分和反射率分布數(shù)據(jù)輸入配煤軟件，計(jì)算出10種單煤的CBI、SI。2）根據(jù)對(duì)焦炭灰分、硫分和焦炭強(qiáng)度的要求，進(jìn)行自動(dòng)配煤計(jì)算，將符合要求的配煤方案選出，用模擬試驗(yàn)焦?fàn)t檢驗(yàn)，合格的即可用于生產(chǎn)，如對(duì)某個(gè)配煤方案做修改可用人工配煤進(jìn)行調(diào)整。3）通過(guò)配煤計(jì)算，在這10種煤中當(dāng)主焦煤配入量在65%時(shí)，最大焦炭強(qiáng)度M25=89.7%，當(dāng)主焦煤配入量為30%～70%時(shí)，預(yù)測(cè)M25=85.6%～88.8%，實(shí)測(cè)為85.4%～89.1%。4）模擬試驗(yàn)焦?fàn)t性能、操作和軟件性能，對(duì)預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度準(zhǔn)確性影響較大。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1第一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，模擬試驗(yàn)焦?fàn)t性能穩(wěn)定，焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。此外，通過(guò)本次試驗(yàn)，也可以看到選擇煤的重要性，可以更好地控制焦炭質(zhì)量。選擇的幾組試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1第二次試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由第二次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：1）1#和4#試驗(yàn)相比，表明了在選擇煉焦煤時(shí)，雖然都是主焦煤，但在主焦煤的結(jié)焦性即SI值不相同時(shí)，應(yīng)選擇SI大的，在4#試驗(yàn)中主焦煤用量可節(jié)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(qiáng)度也基本相同，這表明只要配煤的CBI、SI調(diào)整到相同，就有可能生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)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(qiáng)度也不相同。以上說(shuō)明最佳配煤比就是CBI要達(dá)到平衡，SI要足夠大。當(dāng)預(yù)測(cè)的配煤強(qiáng)度達(dá)不到要求時(shí)，如果CBI沒(méi)平衡，則先使CBI平衡，再達(dá)不到要求，則更換煤種使SI提高，就可滿足要求了。當(dāng)CBI達(dá)到平衡時(shí)，預(yù)測(cè)強(qiáng)度超過(guò)要求的強(qiáng)度時(shí)，表明配煤的結(jié)焦性過(guò)大了，可調(diào)整減少SI。這些都由系統(tǒng)軟件完成，在電腦上進(jìn)行操作，配煤工作簡(jiǎn)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(yàn)焦?fàn)t試驗(yàn)數(shù)據(jù)

TQ520

A

1004-4620（2010）04-0001-02

2010-05-31

江中砥，男，1935年生，1958年畢業(yè)于浙江大學(xué)燃料化工專業(yè)?，F(xiàn)為安徽工業(yè)大學(xué)教授，研究方向：科學(xué)配煤技術(shù)和焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)；焦炭結(jié)構(gòu)焦炭強(qiáng)度及其指標(biāo)性質(zhì)。