配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)

白云起，白 洋，孔小紅，丁 穎，凌貴斌

( 1．黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，哈爾濱150022; 2．哈爾濱工程大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150001; 3．黑龍江建龍化工有限公司，黑龍江雙鴨山155120)

配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)

白云起1，白 洋2，孔小紅1，丁 穎3，凌貴斌3

( 1．黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，哈爾濱150022; 2．哈爾濱工程大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150001; 3．黑龍江建龍化工有限公司，黑龍江雙鴨山155120)

為了工業(yè)配煤煉焦生產(chǎn)的需要，通過(guò)對(duì)配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭機(jī)械強(qiáng)度的研究，得出鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭機(jī)械強(qiáng)度具有良好的線性關(guān)系。據(jù)此建立相關(guān)性好、可信度高的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明:焦炭機(jī)械強(qiáng)度M40和M25的預(yù)測(cè)誤差小，可以用于指導(dǎo)工業(yè)配煤煉焦生產(chǎn);影響M40和M25最大的均為肥煤，影響M10最大者為焦煤。

配合煤;鏡質(zhì)組反射率;預(yù)測(cè);模型;焦炭機(jī)械強(qiáng)度

收稿日期: 2013－12－16
第一作者簡(jiǎn)介:白云起( 1964－)，男，黑龍江省雞西人，副教授，研究方向:煤化工，E-mail: hljkjdxbyq@ sohu．com。

0引言

抗碎強(qiáng)度( M40、M25)和耐磨強(qiáng)度( M10)是焦炭機(jī)械強(qiáng)度的兩個(gè)主要指標(biāo)。其主要取決于配合煤的結(jié)焦性，配合煤的結(jié)焦性又受煤的變質(zhì)程度和煤的黏結(jié)性所制約［1］。煤的鏡質(zhì)組反射率被公認(rèn)是表征煤化程度的最好指標(biāo)，在油浸鏡下測(cè)得的鏡質(zhì)組平均最大反射率(以下簡(jiǎn)稱鏡質(zhì)組反射率珚Rmax)以及反射率分布直方圖［2］是最常用的參數(shù)。煤鏡質(zhì)組反射率在煤質(zhì)檢驗(yàn)與指導(dǎo)煉焦配煤中的獨(dú)特作用，已使很多焦化企業(yè)將其列為必測(cè)指標(biāo)［3］。

寶鋼焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)［4］與配煤煤質(zhì)控制參數(shù)為:揮發(fā)分Vd、黏結(jié)指數(shù)G、基氏最大流動(dòng)度logMF、鏡質(zhì)組黏結(jié)指數(shù)VCI、惰性物總量TI。周克城等［5］選取揮發(fā)分、膠質(zhì)層最大厚度和碳化室高寬比作為自變量，通過(guò)基于基因表達(dá)式的克隆選擇算法，建立了焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)模型;任學(xué)延等［6］根據(jù)梅山鋼鐵有限公司提供煤的揮發(fā)分、灰分和黏結(jié)指數(shù)等指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用回歸方法建立了焦炭機(jī)械強(qiáng)度M40、M10的預(yù)測(cè)模型。楊永珍等［7］用40 kg實(shí)驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以鏡質(zhì)組平均最大反射率和膠質(zhì)層最大厚度為指標(biāo)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法建立了生產(chǎn)焦?fàn)t焦炭強(qiáng)度的預(yù)測(cè)模型。呂青等［8］通過(guò)采用支持向量機(jī)的方法建立M25和M10的預(yù)測(cè)模型，選用了灰分、全硫、水分、細(xì)度、揮發(fā)分和黏結(jié)指數(shù)這六個(gè)指標(biāo)作為預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量模型的參數(shù)。常亮等［9］通過(guò)測(cè)定配合煤鏡質(zhì)組最大反射率可以預(yù)測(cè)焦炭的質(zhì)量。

在眾多研究的基礎(chǔ)上，筆者建立數(shù)學(xué)模型，采用黑龍江境內(nèi)的九種煤制成18種配合煤，研究其鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭機(jī)械強(qiáng)度之間的聯(lián)系。

1實(shí)驗(yàn)

1．1原料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)原料為黑龍江境內(nèi)的煤，分別為焦煤1 ( LM1)、焦煤2 ( LM2)、1/3焦1 ( LM3)、1/3焦2 ( LM4)、1/3焦3( LM5)、氣煤( LM6)、瘦煤( LM7)、肥煤( LM8)、貧煤( LM9)等。

實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備包括HD型全自動(dòng)顯微鏡光度計(jì)，40 kg實(shí)驗(yàn)焦?fàn)t等。

1. 2 方法與數(shù)據(jù)

煤的鏡質(zhì)組反射率與煤化程度之間有較好的線性關(guān)系［10］。實(shí)驗(yàn)采用HD型全自動(dòng)顯微鏡光度計(jì)分析煙煤的鏡質(zhì)組反射率及其分布情況。我國(guó)冶金行業(yè)一般采用珔Rmax指標(biāo)劃分煤階，各牌號(hào)煤對(duì)應(yīng)鏡質(zhì)組最大反射率平均值見(jiàn)表1［11］。

把九種煤采用均勻設(shè)計(jì)U18( 189)實(shí)驗(yàn)方法［12］配制成18種配合煤，然后用HD型全自動(dòng)顯微鏡光度計(jì)檢測(cè)配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布情況。具體如表2所示。

表1各牌號(hào)煤鏡質(zhì)組最大反射率平均值Table 1 Average values of vitrinite maximum reflection on various grades of coal

表2配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布Table 2 Vitrinite reflectance distribution of coal blends

18種配合煤用40 kg小焦?fàn)t煉焦，并檢測(cè)焦炭機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)。具體如表3所示。

表3配合煤煉焦的焦炭機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)Table 3 Mechanical strength index of coke on coal blends coking

2數(shù)學(xué)模型建立與分析

2．1 M40預(yù)測(cè)模型

利用表2和表3的數(shù)據(jù)，用Excel進(jìn)行回歸分析，建立預(yù)測(cè)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M40模型。

M40=1. 008 63X1+0. 585 243X2+1. 195 329X3+

0.660 204X4+0.638 916X5+0.413 092X6+ 1. 354 07X7+0. 187 638X8+0. 981 454X9。

( 1)

復(fù)相關(guān)系數(shù)R =0.998 611，標(biāo)準(zhǔn)誤差s =5.521 246，P =1. 86E－09。上述數(shù)據(jù)說(shuō)明，模型的相關(guān)性好，誤差小，可信度高。

從回歸系數(shù)的t值分析，對(duì)焦炭強(qiáng)度M40的影響因素大小順序?yàn)? X4＞X2＞X3＞X1＞X5＞X7＞X6＞X9＞X8。瘦煤( X7)開(kāi)始對(duì)焦炭強(qiáng)度M40的影響不顯著。對(duì)焦炭強(qiáng)度M40的主要影響因素是肥煤( X4)、第二是氣煤( X2)、第三是1/3焦煤( X3)、其次是非煉焦煤( X1)、再次是焦煤( X5)。

對(duì)焦炭強(qiáng)度M40影響最大的肥煤( X4)是低、中、高揮發(fā)分的強(qiáng)黏結(jié)性煙煤。加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能生成熔融性好、強(qiáng)度較高的焦炭，其耐磨性有的也較焦煤焦炭?jī)?yōu)。

對(duì)焦炭強(qiáng)度M40影響最小的貧煤( X8)是煤化度最高的一種煙煤，無(wú)黏結(jié)性，燃燒時(shí)火焰短，延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，主要用做動(dòng)力煤，不適合用做煉焦配煤。

2. 2 M25預(yù)測(cè)模型

利用表2和表3的數(shù)據(jù)，用Excel進(jìn)行回歸分析，建立預(yù)測(cè)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M25模型。

M25=0.924 691X1+0.887 731X2+0.898 317X3+

0.895 166X4+0.884 418X5+0.769 247X6+ 0.889 195X7+0.641 296X8+1.056 816X9。

( 2)

R =0. 999 945，s = 1. 313 165，P = 4. 58E－15。數(shù)據(jù)說(shuō)明，上述模型的相關(guān)性好，誤差小，可信度高。

從回歸系數(shù)的t值和p值分析，對(duì)M25的影響因素大小順序?yàn)? X4＞X2＞X5＞X3＞X1＞X6＞X8＞X7＞X9。只有無(wú)煙煤( X9)對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M25的影響不顯著。對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M25影響最大的是肥煤( X4)，第二是氣煤( X2)，第三是焦煤( X5)，第四是1/3焦煤( X3)，第五是非煉焦煤( X1)，第六是瘦焦煤( X6)，第七是貧煤( X8)。

對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M25影響最大的是肥煤( X4)。肥煤的特點(diǎn)除上節(jié)敘述之外，它還能與黏結(jié)力較弱的煤搭配后煉出優(yōu)質(zhì)焦炭，因此被稱為配焦煤之母。

對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M25影響最小的是無(wú)煙煤( X9)。無(wú)煙煤是高變質(zhì)煤，固定碳含量高，揮發(fā)分產(chǎn)率低，密度大，硬度大，燃點(diǎn)高，燃燒時(shí)不冒煙，具有堅(jiān)硬、光澤強(qiáng)等特點(diǎn)。燃燒時(shí)間長(zhǎng)，火力旺。無(wú)煙煤主要用于化肥、化工生產(chǎn)，不適合用做煉焦配煤。2. 3 M10預(yù)測(cè)模型

利用表2和表3的數(shù)據(jù)，用Excel進(jìn)行回歸分析，建立預(yù)測(cè)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M10模型。

M10=0.019 076X1+0.061 315X2+0.102 632X3+

0.059 11X4+0.164 804X5+0.203 936X6－0. 509 85X7+0. 520 112X8－0. 568 66X9。

( 3)

R =0. 993 722，s = 1. 246 165，P = 7. 51E－07。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，上述模型的相關(guān)性好，誤差小，可信度高。

從回歸系數(shù)的t值和p值分析，對(duì)M10的影響因素大小順序?yàn)? X5＞X4＞X8＞X2＞X6＞X7＞X3＞X9＞X1。只有焦煤( X5)對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M10的影響顯著。其他煤種對(duì)焦炭M10的影響不太明顯。

對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M10影響最大的是焦煤( X5)。焦煤是中等及低揮發(fā)分的中等黏結(jié)性及強(qiáng)黏結(jié)性的一種煙煤。加熱時(shí)能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能得到塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度高的焦炭，其耐磨性也好。但單獨(dú)煉焦時(shí)，產(chǎn)生的膨脹壓力大，使推焦困難。所以煉焦時(shí)最好與其他煤種配合使用。

對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度M10影響最小的是非煉焦煤( X1)。

3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證所建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布情況進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。把數(shù)據(jù)代入式( 1)～( 3)，預(yù)測(cè)焦炭機(jī)械強(qiáng)度，驗(yàn)證模型的預(yù)測(cè)效果。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值比較結(jié)果見(jiàn)表5。

表4驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)配合煤的鏡質(zhì)組反射率分布Table 4 Data of verification test on vitrinite reflectance distribution on coal blends

表5驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Result of verification test

表5表明，焦炭機(jī)械強(qiáng)度M40和M25的預(yù)測(cè)誤差均小于5%，在可接受范圍之中; M10的預(yù)測(cè)誤差大于5%，其原因有待進(jìn)一步研究。用上述模型預(yù)測(cè)出的焦炭機(jī)械強(qiáng)度M40和M25是可行的，可應(yīng)用于指導(dǎo)工業(yè)配煤煉焦，M10只能做參考值使用。

4結(jié)論

( 1)焦炭機(jī)械強(qiáng)度與鏡質(zhì)組反射率分布存在線性關(guān)系?；诖私⒌腗40和M25模型，可以預(yù)測(cè)焦炭機(jī)械強(qiáng)度，用來(lái)指導(dǎo)工業(yè)配煤煉焦生產(chǎn)。

( 2)配合煤鏡質(zhì)組反射率分布中不同煤種特征區(qū)頻率值對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度的影響不同。由于肥煤影響M40和M25最大，焦煤影響M10最大，所以，焦化廠嚴(yán)把進(jìn)廠的肥煤和焦煤的質(zhì)量關(guān)非常重要。

( 3)基于線性關(guān)系建立起的M10預(yù)測(cè)模型存在較大誤差，只能按參考值使用。

［1］侯青怡．配煤煉焦與煤質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)分析［D］．沈陽(yáng):沈陽(yáng)理工大學(xué)，2012．

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(編輯 徐 巖)

Prediction of coal vitrinite reflectance distribution of coke strength based on cooperating

BAI Yunqi1，BAI Yang2，KONG Xiaohong1，DING Ying3，LING Guibin3
( 1．School of Environmental＆Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science＆Technology，Harbin 150022，China; 2．College of Materials Science＆Chemical Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China; 3．Heilongjiang Jianlong Chemical Co．Ltd．，Shuangyashan 155120，China)

This paper highlights a better linear relation between vitrinite reflectance distribution of coal blends and the mechanical strength of coke in an effort to fulfill the production demand of coal blending coking industry．The linear relation results from the study of the vitrinite reflectance distribution of coal blends and the mechanical strength of coke and leads to a mathematical model of a better correlation and higher reliability．Coke mechanical strength M40and M25boasts a smaller prediction error and promises to work for the coking production of industrial coal blends; fat coal exerts the greatest effect on M40and M25，the coking coal，on M10．

coal blends; vitrinite reflectance; prediction; model;mechanical strength of coke

10. 3969/j．issn．2095－7262. 2014. 02. 003

TQ522．1

2095－7262( 2014) 02－0123－04

A