鞍鋼鲅魚(yú)圈煤巖配煤技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

龐克亮 ，王明國(guó)，趙恒波，劉冬杰

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口 115007；3.鞍鋼集團(tuán)化工事業(yè)部，遼寧 鞍山 114021）

在近一個(gè)世紀(jì)里煤化學(xué)經(jīng)歷了鼎盛發(fā)展階 段，焦化配煤煉焦技術(shù)隨著煤化學(xué)學(xué)科的發(fā)展不斷更新進(jìn)步，然而，目前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)的配煤技術(shù)仍是采用前蘇聯(lián)的“以焦、肥煤為主，氣、肥、焦按一定比例配合”的配煤方式。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出售的單種煤的混煤現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)用混煤在配煤中起不到其應(yīng)有的作用，煤巖配煤技術(shù)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)煤質(zhì)分析方法無(wú)法判斷來(lái)煤為混煤的情況［1］。因此，仍依靠傳統(tǒng)的氣、肥、焦、瘦各單種煤配比的思想針對(duì)目前的所謂的單種煤進(jìn)行配煤，所得到的配比將失真，也不能滿(mǎn)足大高爐對(duì)優(yōu)質(zhì)焦炭的需求。

各焦化企業(yè)所處的不同地域特點(diǎn)，決定了其煉焦用煤結(jié)構(gòu)的不同，因此，各單位的煤巖配煤技術(shù)不可簡(jiǎn)單借鑒。針對(duì)鞍鋼鲅魚(yú)圈所處中國(guó)東北部港口的獨(dú)特地理位置特點(diǎn)，鞍鋼開(kāi)展了煤巖配煤煉焦技術(shù)研究，根據(jù)進(jìn)口煉焦煤價(jià)格相對(duì)低廉的具體情況，開(kāi)展以進(jìn)口煉焦煤為主、國(guó)產(chǎn)劣質(zhì)煉焦煤為輔的低成本煤巖配煤技術(shù)研究，在滿(mǎn)足大型高爐用焦質(zhì)量要求的前提下，不斷優(yōu)化配煤方案，逐步提高焦炭質(zhì)量、降低煉焦原材料采購(gòu)成本。該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效具有重大作用，可以顯著提升企業(yè)在國(guó)內(nèi)外的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 煤巖檢測(cè)設(shè)備及配煤方法的建立

1.1 煤巖檢測(cè)設(shè)備

利用德國(guó)蔡司HD型全自動(dòng)煤巖分析儀對(duì)粉煤光片的鏡質(zhì)組反射率進(jìn)行測(cè)定。煉焦用煤的其他煤化指標(biāo)均按相應(yīng)的國(guó)標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。鏡質(zhì)組反射率分布圖上的橫坐標(biāo)是隨機(jī)反射率用Rran表示，單位：%；縱坐標(biāo)是頻率：f，單位：%，其代表了反射率間隔0.1%時(shí)，各間隔內(nèi)出現(xiàn)的測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

1.2 煤巖配煤方法的建立

煤巖配煤方法建立步驟如下：

步驟1：對(duì)采用的煉焦用煤煤質(zhì)進(jìn)行鏡質(zhì)組平均最大反射率指標(biāo)測(cè)定，并結(jié)合各煤質(zhì)的常規(guī)分析指標(biāo)建立煉焦用煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

步驟2：根據(jù)煉焦用單種煤的鏡質(zhì)組平均最大反射率范圍在0.5%～2.5%之間，以0.5%～2.5%作為煉焦用煤鏡質(zhì)組平均最大反射率范圍，將該范圍細(xì)分為 8個(gè)區(qū)段，即：0.50%～0.65%；0.65%～0.80%；0.8%～0.9%；0.9%～1.2%；1.2%～1.5%；1.5%～1.7%；1.7%～1.9%和1.9%～2.5%；從煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中提取所需各煤種鏡質(zhì)組反射率分布圖、鏡質(zhì)組平均最大反射率的數(shù)據(jù)，要求鏡質(zhì)組平均最大反射率在0.8%～1.9%所包含的各小范圍內(nèi)必須有至少一種單種煤；然后，根據(jù)各煤種的配比，將各煤種的鏡質(zhì)組反射率分布圖進(jìn)行疊加，形成一組幅度更寬的煉焦用煤鏡質(zhì)組反射率分布圖，根據(jù)正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，要求正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)方差大于 0.2；再根據(jù)所得的正態(tài)分布圖形，確定最接近正態(tài)分布的鏡質(zhì)組反射率分布，從而得出煉焦用煤所需的各煤種及最佳配煤比，將其作為最佳配煤方案。

步驟3：通過(guò)測(cè)定混煤鏡質(zhì)組反射率分布，確定試驗(yàn)焦?fàn)t用煤的配煤方案。在上述步驟2確定的理論配煤的煤種及其配比基礎(chǔ)上，采用三維機(jī)械混煤方式進(jìn)行各煤種的混配；對(duì)混配后的煉焦用煤進(jìn)行煤巖分析，測(cè)定其鏡質(zhì)組反射率分布。

如果煉焦用煤的鏡質(zhì)組反射率分布出現(xiàn)凹口，則需要在煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找鏡質(zhì)組最大反射率在此凹口處的煤種，并重新進(jìn)行上述步驟，直到煉焦用煤的鏡質(zhì)組反射率分布不出現(xiàn)凹口，而呈近似正態(tài)分布，則可將此時(shí)的配煤方案作為試驗(yàn)焦?fàn)t配煤方案。

步驟4：通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)焦?fàn)t用煤鏡質(zhì)組反射率分布，確定工業(yè)生產(chǎn)用煤配煤方案。根據(jù)步驟3所確定的配煤方案，按比例制成煉焦用煤，以備進(jìn)行試驗(yàn)焦?fàn)t試驗(yàn)，考察所得焦炭的冷態(tài)、熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)，并進(jìn)行該煉焦用煤樣的鏡質(zhì)組反射率分布測(cè)定。

如果焦炭強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到生產(chǎn)要求、且鏡質(zhì)組反射率分布測(cè)定結(jié)果無(wú)凹口，則可將此時(shí)的配煤方案作為現(xiàn)場(chǎng)配煤方案；如果焦炭強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)不到生產(chǎn)要求，且鏡質(zhì)組反射率分布測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)凹口，則需要在煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找鏡質(zhì)組最大反射率在此凹口處的煤種，并重復(fù)步驟2～4。具體煤巖配煤條件如圖1所示。

2 煤巖配煤技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況

2.1 鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦生產(chǎn)配煤方案的確定

按照上述煤巖配煤的具體方法，進(jìn)行了理論配煤方案的制定，僅2013年一年，為實(shí)際生產(chǎn)提供了82組理論配煤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

實(shí)際生產(chǎn)中結(jié)合來(lái)煤情況、煤倉(cāng)儲(chǔ)量，并根據(jù)煤巖配煤方案制定了具體的煉焦生產(chǎn)配煤方案。僅以2013年開(kāi)展的煤巖配煤技術(shù)為例，鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦生產(chǎn)共經(jīng)歷了38次的配煤方案調(diào)整。

鞍鋼鲅魚(yú)圈2013年的38次配煤方案實(shí)施結(jié)果的用煤特點(diǎn)如下：

（1）煉焦生產(chǎn)所應(yīng)用的1/3焦煤主要以鶴崗和東部灣煤為主，黑水和格瑞高煤為輔的用煤情況。

（2）煉焦生產(chǎn)所應(yīng)用的肥一煤種主要以中硫?yàn)踹_(dá)和高硫?yàn)踹_(dá)煤為主，同時(shí)，考察了林盛堡和臨渙煤作為肥一煤種的使用情況。由于具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的高硫?yàn)踹_(dá)煤已接近枯竭，中硫?yàn)踹_(dá)煤在鞍鋼鲅魚(yú)圈低成本煉焦生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

（3）肥二煤種則絕大多數(shù)采用的是巨野煤，巨野煤為單一煤層煤，且具有較好的黏結(jié)性。

（4）使用較多的焦一煤種為OK和兌鎮(zhèn)煤，其次是莫拉北和薩阿吉煤，并考查了臨渙、宏泰、孝南煤的使用情況。其中，OK、兌鎮(zhèn)、薩阿吉的結(jié)焦性均較好，莫拉北偏肥、黏結(jié)性較好。在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，這幾種焦一煤種起到了很好的作用，因此被作為主焦煤應(yīng)用在配煤中。另外，如果莫拉北煤能按肥煤進(jìn)行采購(gòu)，將更利于配煤成本的降低。

（5）煉焦生產(chǎn)所應(yīng)用的焦二煤主要以天源、安娜和南OK煤為主，少量應(yīng)用了浩通、文博和布坎南煤。天源和安娜煤為混煤，南OK偏肥、布坎南偏瘦。

（6）瘦煤主要以張臺(tái)子瘦煤為主，部分應(yīng)用了K10、白壁關(guān)。

鞍鋼鲅魚(yú)圈通過(guò)煤巖配煤技術(shù)，使目前所用煤種達(dá)到近50個(gè)，并且從進(jìn)口單一煤種發(fā)展到近20個(gè)煤種。

2.2 鞍鋼鲅魚(yú)圈配煤方案的煤巖分析結(jié)果

鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦用煤配煤方案的確立是以煤巖配煤的理論方案為基礎(chǔ)的，2013年的38次配煤方案的理論配煤方案煤巖特征分布如圖2所示。

從圖2中可以看出：

（1）每一次配煤方案煉焦用煤鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率均呈現(xiàn)出較好的正態(tài)分布特征，煉焦用煤鏡質(zhì)組反射率主要分布在0.9%～1.5%之間、即肥煤和焦煤所在區(qū)域，鏡質(zhì)組平均反射率Re值分布在1.193%～1.315%之間，38次配煤方案中煉焦用煤鏡質(zhì)組平均反射率的平均值為1.256%；

（2）38次配煤方案中煉焦用煤鏡質(zhì)組反射率測(cè)定的頻度最大值處的鏡質(zhì)組最大反射率Rmax數(shù)值在1.270%～1.400%范圍內(nèi)，平均值為1.336%。但值得注意的是，這38次配煤方案煉焦用煤鏡質(zhì)組最大反射率集中分布在兩個(gè)范圍內(nèi)，即圖上所顯示出的兩個(gè)峰。其中27次煉焦用煤的Rmax出現(xiàn)在肥、焦煤煤巖分界點(diǎn)1.2%處的左側(cè)，11次出現(xiàn)在右側(cè)，從詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析中得知，出現(xiàn)在1.2%左側(cè)的27次配煤方案，絕大多數(shù)是在這38次配煤方案的前期，而出現(xiàn)在1.2%右側(cè)的11次配煤方案絕大多數(shù)是在2013年的下半年。這表明，正是應(yīng)用了煤巖配煤煉焦技術(shù)，使鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦用煤從以肥煤為主的向以焦煤為主轉(zhuǎn)變。從我國(guó)煉焦煤資源來(lái)看，幾種煉焦用煤中的肥煤資源量最少，因此，煤巖配煤方案在鞍鋼鲅魚(yú)圈的應(yīng)用起到了保護(hù)稀有煉焦煤資源的重要意義。

2.3 研究成果在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中的應(yīng)用情況

圖3、圖4分別為2013年應(yīng)用煤巖配煤技術(shù)進(jìn)行38次配煤方案調(diào)整所得焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)。從圖中可以看出，鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦部在使用低價(jià)煤、高硫煤實(shí)現(xiàn)低成本煉焦的基礎(chǔ)上，焦炭質(zhì)量仍明顯提高。2013年，焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度M40的最好值為90.00%，M10的最好值為5.64%，焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度CRI的最好值僅為21.30%，CSR的最好值高達(dá)68.50%。

由于2012年下半年開(kāi)始應(yīng)用煤巖配煤技術(shù)，因此將應(yīng)用煤巖配煤的2013年與未應(yīng)用煤巖配煤的2011年全年各指標(biāo)的平均值進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)值見(jiàn)表1所示。從表1中可以看出，無(wú)論是焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)（M40，M10），還是熱態(tài)指標(biāo)均上了一個(gè)新臺(tái)階。

表1 煤巖配煤技術(shù)對(duì)焦炭各指標(biāo)年平均值的影響 %

通過(guò)煤巖配煤技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，使鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦部煉焦用洗精煤原材料采購(gòu)成本節(jié)約超過(guò)億元；同時(shí)，在降低成本的基礎(chǔ)上，焦炭質(zhì)量明顯提高，完全能夠滿(mǎn)足大高爐用焦炭的需要，為煉鐵廠高爐焦比的降低做出了巨大的貢獻(xiàn)，為煤巖配煤在全公司的應(yīng)用推廣奠定了理論與實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)，為進(jìn)一步開(kāi)展煤巖配煤研究提供了實(shí)際保障。

2.4 研究成果取得的經(jīng)濟(jì)效益及重要意義

僅以2013年為例，鞍鋼對(duì)鲅魚(yú)圈煉焦用煤采購(gòu)成本的各月計(jì)劃的累計(jì)額為41.104 2億萬(wàn)元，而實(shí)際采購(gòu)成本為33.378 8億萬(wàn)元，比計(jì)劃少用了約7.700 0億萬(wàn)元。經(jīng)鞍鋼鲅魚(yú)圈分公司煉焦部和財(cái)務(wù)部共同認(rèn)證，煤巖配煤技術(shù)在年度降本增效過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用，降本額達(dá)22406萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)噸焦生產(chǎn)成本降約100元。

根據(jù)鞍鋼鲅魚(yú)圈分公司特有的區(qū)域地理位置，針對(duì)進(jìn)口煉焦煤價(jià)格相對(duì)低廉的具體情況，通過(guò)本研究，鞍鋼鲅魚(yú)圈所用煉焦煤煤種發(fā)生了巨大的變化，從研究之初的簡(jiǎn)單幾個(gè)煤種發(fā)展到目前的近50個(gè)煤種；從以國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)煉焦煤為主發(fā)展成以進(jìn)口低價(jià)煤為主和以國(guó)內(nèi)低價(jià)劣質(zhì)煤為輔的配煤結(jié)構(gòu)；從進(jìn)口單一煤種發(fā)展到近20個(gè)煤種；從主焦煤配有進(jìn)口煤種到全部煤種均配有進(jìn)口煤的局面，大大擴(kuò)展了煉焦洗煤資源。該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)企業(yè)具有較大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還具有明顯的社會(huì)效益，可以保護(hù)有限的優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源。

3 結(jié)論

鞍鋼鲅魚(yú)圈通過(guò)煤巖配煤技術(shù)的應(yīng)用，取得了如下成果：

（1）開(kāi)發(fā)了適合鞍鋼鲅魚(yú)圈的煤巖配煤方法；

（2）鞍鋼鲅魚(yú)圈目前所用煤種達(dá)到近50個(gè)，并從單一進(jìn)口煤種發(fā)展到近20個(gè)進(jìn)口煤種，使鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦用煤從以肥煤為主向以焦煤為主轉(zhuǎn)變；

（3）配煤結(jié)構(gòu)從以國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)煉焦煤為主向以進(jìn)口低價(jià)煤為主、國(guó)產(chǎn)劣質(zhì)煤為輔的配煤結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

（4）應(yīng)用煤巖配煤的2013年與未應(yīng)用煤巖配煤的2011年全年各指標(biāo)平均值相比：M40從88.11%提高到88.87%，M10從6.75%降到6.38%，反應(yīng)性從27.36%降到24.95%，反應(yīng)后強(qiáng)度從62.20%增長(zhǎng)到65.37%。

（5）該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)企業(yè)具有較大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還具有明顯的社會(huì)效益，可以保護(hù)有限的優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源。

［1］ 周師庸.應(yīng)用煤巖學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社.1985.