氣煤試驗(yàn)評(píng)價(jià)與應(yīng)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(yíng)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(jià)的弱粘結(jié)性煤，無(wú)疑會(huì)對(duì)降本工作大有裨益。在可供選擇的弱粘結(jié)性煤中，氣煤既價(jià)格低廉，又能在一定程度上提高配煤揮發(fā)分，從而提高煤氣回收率，是最具開發(fā)潛力的煉焦煤種。但氣煤結(jié)焦性能較差，配用過程稍有不慎極易造成焦炭質(zhì)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(lái)尚無(wú)配用氣煤煉焦的歷史經(jīng)驗(yàn)，因此存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。如何選擇合適的氣煤，成為煉焦部自主科學(xué)配煤技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。既要通過氣煤的使用降低成本，又要保證焦炭質(zhì)量的總體穩(wěn)定，是擺在煉焦部科技人員面前必須研究攻克的技術(shù)難題。

綜合對(duì)一些氣煤資源的供應(yīng)量和詢價(jià)結(jié)果的初步篩選，煉焦部將氣煤X、氣煤L和氣煤E作為進(jìn)一步考察的對(duì)象，通過巖相分析[1-2]和小焦?fàn)t試驗(yàn)對(duì)氣煤進(jìn)行單種煤技術(shù)評(píng)價(jià)和不同比例的配用研究[3]，對(duì)不同氣煤從煤質(zhì)成分、煤巖特征、結(jié)焦性能和采購(gòu)價(jià)格等多方面因素進(jìn)行綜合分析比較。

1 單種煤試驗(yàn)分析

單種煤試驗(yàn)評(píng)價(jià)主要通過工業(yè)分析、煤巖分析、40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)等，考察擬引進(jìn)氣煤的煤質(zhì)和結(jié)焦性能，為下一步配用試驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.1 單種煤常規(guī)指標(biāo)分析

按照《中國(guó)煤炭分類（GB 5751-1986）》和《煉焦用煤技術(shù)條件（GB/T 397-2009）》對(duì)煤的工業(yè)分析、全硫、粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)儀器及方法見表1，氣煤常規(guī)指標(biāo)分析結(jié)果見表2。

表1 檢驗(yàn)儀器及方法

表2 氣煤常規(guī)指標(biāo)分析結(jié)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(yōu)勢(shì)；氣煤E的硫分較低，優(yōu)于氣煤L和氣煤X；對(duì)于粘結(jié)性指標(biāo)G值、膠質(zhì)層指數(shù)Y值，氣煤E最優(yōu)，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(dòng)顯微鏡光度計(jì)軟件系統(tǒng)，煤樣通過烘干、破碎、篩分制成煤磚，進(jìn)行磨片處理，在ZEISS MY5000A顯微鏡下對(duì)煤樣鏡質(zhì)組反射率進(jìn)行測(cè)定，制成反射率分布圖譜，得到煤樣各個(gè)煤巖顯微組成。依據(jù)《商品煤反射率分布圖的判別方法（GB/T15581-1995）》，計(jì)算隨機(jī)反射率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。氣煤鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率分布見圖1。

圖1 氣煤鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率分布

煤巖分析結(jié)果顯示，三者均為單一煤層煤，無(wú)混煤跡象。其中，氣煤L的Rmax平均值為0.528，煤階為長(zhǎng)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(zhǎng)焰煤。從巖相分析結(jié)果來(lái)判斷[4]，氣煤X的結(jié)焦性能應(yīng)好于氣煤L和氣煤E。

1.3 單種煤煉焦試驗(yàn)

對(duì)3種氣煤進(jìn)行了40 kg小焦?fàn)t單種煤煉焦試驗(yàn)。試驗(yàn)采用TH-SJLA-40C1型側(cè)裝式自動(dòng)試驗(yàn)焦?fàn)t系統(tǒng)，炭化室墻由碳化硅磚砌成，兩側(cè)單獨(dú)電加熱方式，加熱體為鐵鉻鈮耐高溫材料。測(cè)控溫配有微機(jī)監(jiān)控和試驗(yàn)管理系統(tǒng)，煉焦條件可以任意編程。焦炭成熟溫度控制為1 050℃，結(jié)焦時(shí)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(kù)姆轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓后的焦炭機(jī)械強(qiáng)度用M40、M10表示。焦炭熱性質(zhì)檢測(cè)采用三段恒溫式焦炭熱態(tài)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，用CRI和CSR表征焦炭熱態(tài)性能。氣煤?jiǎn)畏N煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 氣煤?jiǎn)畏N煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

由表3可知，3種氣煤相比較，氣煤L結(jié)焦性最差，焦塊粒度小，呈細(xì)條狀，甚至因粒度達(dá)不到最低要求而無(wú)法完成強(qiáng)度試驗(yàn)；氣煤X結(jié)焦性最好，能單獨(dú)煉焦生成質(zhì)量較好的焦炭；氣煤E結(jié)焦性能較差，焦炭耐磨強(qiáng)度M40與氣煤X相比有較大差距，熱性質(zhì)試驗(yàn)因焦塊強(qiáng)度差，無(wú)法進(jìn)行制樣，因而無(wú)法測(cè)定。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，氣煤X雖然從常規(guī)分析指標(biāo)來(lái)看不如其它二者，但從煤巖分析和小焦?fàn)t試驗(yàn)得出的結(jié)焦性方面具有很大優(yōu)勢(shì)。因此，為滿足高爐冶煉需求，以焦炭質(zhì)量?jī)?yōu)先為原則，選用氣煤X作為配煤研究的對(duì)象。

2 配煤煉焦試驗(yàn)

對(duì)選定的氣煤X還要進(jìn)行實(shí)際的配煤煉焦試驗(yàn)，確定合適的配煤比例，才能投入大焦?fàn)t生產(chǎn)應(yīng)用。配煤煉焦試驗(yàn)同樣采用與單種煤煉焦試驗(yàn)相同的40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)系統(tǒng)。進(jìn)行煉焦試驗(yàn)前先通過HD型全自動(dòng)顯微鏡光度計(jì)軟件系統(tǒng)，依據(jù)事先測(cè)定得到的各單種煤煤巖分析數(shù)據(jù)與配煤方案，計(jì)算配煤最大鏡質(zhì)組反射率并繪制鏡質(zhì)組反射率分布圖，形成理論配煤報(bào)告。通過對(duì)理論配煤報(bào)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(jìn)行煉焦試驗(yàn)。表4列舉了3套配入氣煤的配煤方案的煉焦試驗(yàn)結(jié)果，并與配入氣煤前的配煤方案做了對(duì)比。

表4 氣煤X配煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

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(zhì)量。氣煤配用比例在10%～14%時(shí)，適當(dāng)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(zhì)量，符合大焦?fàn)t生產(chǎn)要求。

3 氣煤配煤煉焦生產(chǎn)應(yīng)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?fàn)t生產(chǎn)與試驗(yàn)焦?fàn)t之間存在差異，氣煤投入使用后又經(jīng)過了多次調(diào)整，不斷優(yōu)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(zhì)量主要指標(biāo)CSR最高達(dá)到69.49%，創(chuàng)歷史最好水平。氣煤大生產(chǎn)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(yōu)化，降低了高價(jià)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(jìn)行對(duì)比，可計(jì)算出原料消耗比例變化對(duì)成本的影響。氣煤使用期間消耗洗精煤1 153 266 t，因配煤結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低成本12.94元/t，因此共降低煉焦成本為1 492.32萬(wàn)元。

表5 氣煤大生產(chǎn)配用情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

4 結(jié)論

（1）通過工業(yè)分析、煤巖分析、40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)等手段，研究了氣煤的煤質(zhì)和結(jié)焦性能，結(jié)合資源量和價(jià)格因素，選擇了氣煤X作為配煤基礎(chǔ)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(zhì)量，同時(shí)取得了可觀的經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(shí)可考慮引進(jìn)更多氣煤資源進(jìn)行試驗(yàn)研究。

[1]龐克亮，王明國(guó)，趙恒波，等．鞍鋼鲅魚圈煤巖配煤技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].鞍鋼技術(shù)，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(shù)，2013（5）： 14-18.

[3] 孟慶波．國(guó)內(nèi)外煤資源情況與優(yōu)化配煤技術(shù) [C]//2007年年會(huì)暨第四屆三次理事大會(huì)論文集．北京:中國(guó)煉焦行業(yè)協(xié)會(huì),2007：234-253.

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