張雪紅，項 茹，薛改鳳，劉 睿，任玉明

(1.武漢鋼鐵(集團)公司研究院煉焦煤利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢，430080；2.武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限責任公司，湖北 武漢，430082)

肥煤在煉焦過程中起骨架作用，它和焦煤一樣，屬于我國的稀缺煤種。據(jù)統(tǒng)計，在我國煉焦煤中，肥煤占12%[1]。受產地、成煤條件、成礦時間等方面的影響，不同變質程度的肥煤，其膠質體質量存在差異，在配合煤中所起的作用也有所區(qū)別。肥煤與其他各種煤按比例配合成煉焦用煤，以保證配合煤的質量能滿足煉焦生產需求。目前，我國焦化企業(yè)基本上以肥煤和焦煤等優(yōu)質煉焦煤為主，焦煤加肥煤的最大配比超過了80%[2]，其中肥煤大多在15%以上。由于配用量較高，肥煤的煤質差別對焦炭質量影響明顯。為此，本文針對不同變質程度的肥煤，從基氏流動度和奧亞膨脹度等指標入手，對肥煤煤質的差異性進行比較研究，以期為肥煤在配煤煉焦中的合理利用提供依據(jù)。

1 實驗

1.1 原料

實驗原料分別選用山東A礦肥煤和山西B礦肥煤，根據(jù)我國GB/T 5751-2009分類標準,其編碼均為36#。

1.2 實驗方法

1.2.1 煉焦實驗

單種煤煉焦實驗在馬弗爐中進行，成焦終溫為950 ℃，保溫時間為1 h。

1.2.2 分析檢測

肥煤的工業(yè)指標分析按GB/T 212—2001測定，肥煤的鏡質組反射率采用 MSP-200顯微鏡按GB/T 6948—1998測定，肥煤的膠質層指數(shù)按GB/T 479—2000測定，肥煤的基氏流動度按ASTM-D 2639—04測定，肥煤的奧亞膨脹度按GB/T 5450—97測定。

焦炭光學組織采用MSP-200顯微鏡按YB/T 077—1995測定，并采用數(shù)點統(tǒng)計法進行統(tǒng)計。

2 結果與分析

2.1 煤質分析

肥煤的工業(yè)分析和工藝指標如表1所示。由表1可看出，兩種肥煤的黏結指數(shù)G值均大于85，膠質層指數(shù)Y值大于25 mm，呈典型肥煤特征。揮發(fā)分在一定程度上反映了煉焦煤的變質程度，A礦肥煤的揮發(fā)分比B礦肥煤揮發(fā)分高13%左右。

表1 煤質分析結果

兩種肥煤鏡質體反射率及其分布如表2所示。由表2可看出，A礦肥煤的鏡質體平均反射率比B礦肥煤的鏡質體低30%左右。兩種肥煤鏡質體反射率的主要分布區(qū)間也不相同，A礦肥煤相應值以小于0.75%的為主，B礦肥煤相應值以0.95%～1.35%區(qū)間為主。0.75%～0.95%區(qū)間是肥煤鏡質體反射率分布的常見范圍，A礦和B礦肥煤在該區(qū)間均有分布，變質程度較低的肥煤，其鏡質體反射率趨向分布于小于0.75%區(qū)間，變質程度較高的肥煤，其鏡質體反射率則更趨向分布于0.95%～1.35%區(qū)間。

表2 煤的鏡質體反射率及其分布

2.2 膠質層體積曲線分析

圖1為A礦肥煤和B礦肥煤的膠質層體積曲線。由圖1可看出，A礦肥煤和B礦肥煤的膠質層體積曲線整體均呈“山”形。這主要是由于當肥煤置入煤杯中加熱時，緊挨加熱部位的煤杯底部肥煤開始軟化，出現(xiàn)膠質體，隨著膠質體量的增加，膨脹度增大，體積曲線開始向上。由于肥煤的膠質體豐富，透氣性變差，加熱形成的氣體無法順利析出，因此其體積曲線一直居高不下。當加熱至后期時，煤中膠質體量減少，氣體析出量也減少，同時半焦產生裂紋，氣體可以從半焦側和上部煤層(后期是膠質體層)析出，相應體積曲線逐漸下降，最終形成“山”形。但A礦肥煤的“山” 頂在水平面線之上，高于B礦，B礦肥煤整個“山”形都位于水平線之下，這是由于A礦肥煤膠質體的膨脹度高于B礦肥煤，使得其體積曲線上升較高。

(a) A礦

(b) B礦

2.3 基氏流動度和奧亞膨脹度分析

煤的流動度可以用于指導配煤和進行焦炭強度預測[3]，奧亞膨脹度能夠直接測定煙煤的結焦性能[4]。兩類表征煤的塑性指標如表3所示。由表3可看出，A礦肥煤的流動度遠高于B礦肥煤，達到了65 508 ddpm。A礦肥煤的軟化溫度低于B礦肥煤，這主要是由于A礦肥煤的變質程度低，煤粒受熱后，較快的軟化熔融形成膠質體，使得攪拌槳較早地開始轉動，且膠質體稀薄造成轉速較快而出現(xiàn)流動度較高。從塑性溫度區(qū)間來看，A礦肥煤的塑性溫度區(qū)間溫度達到105 ℃，較寬的塑性溫度區(qū)間有利于提高配合煤干餾過程的軟融區(qū)間及配合煤塑性狀態(tài)的連續(xù)性，促進煤粒間界面反應的進行。從奧亞膨脹度b值指標來看，A礦肥煤的b值指標也高于B礦肥煤，達到202.4%。

表3煤的基氏流動度和奧亞膨脹度

Table3GieselerfluidityandAudibert-Arnudilatationofcoals

MF/ddpm/℃/℃b/%A65 508377105202.4B3876386104141.2

2.4 不同煤樣成焦光學組織分析

單種煤成焦光學組織與該煉焦煤的變質程度有關，不同變質程度煤中的不同顯微組分在成焦過程中會形成不同的焦炭光學組織[5]。焦炭光學組織是影響焦炭熱性能的主要因素之一[6]。圖2為兩種煤樣成焦的光學組織微觀結構。由圖2可看出，A礦肥煤成焦以細粒鑲嵌結構為主，少量粗粒鑲嵌結構存在于細粒鑲嵌結構中，同時伴有一部分惰性結構；B礦肥煤成焦以粗粒鑲嵌結構為主，存在少量細粒鑲嵌結構，惰性結構尺寸大，較明顯地分布于焦炭光學組織的各部位。

(a) A礦肥煤成焦

(b) B礦肥煤成焦

表4為兩種煤樣成焦光學組織分布。由表4可看出，A礦肥成焦的粒狀鑲嵌結構總和較高，達到90%，惰性結構僅為10%。B礦肥煤成焦的惰性組分則占到33%,粒狀鑲嵌結構總和僅占66%，低于A礦肥煤相應值，但B礦肥煤粒狀鑲嵌結構以粗粒鑲嵌結構為主。與其他光學組織結構相比，粗粒鑲嵌結構有利于焦炭熱性能的提高[7]。

表4 焦炭的光學組織分布

2.5 不同變質程度肥煤配煤煉焦分析

從以上煤樣煤質的指標可看出，A礦、B礦肥煤分別代表了不同類型的肥煤，A礦肥煤揮發(fā)分高，變質程度偏低，單種煤樣成焦光學組織以細粒鑲嵌結構為主，過多配用不利于焦炭質量的提高，但其膠質體非常豐富，且具有高流動度、高膨脹的特點，此類肥煤的配用能明顯改善生產用配合煤的流動度和膨脹度。B礦肥煤的膠質體流動度、膨脹度低于肥煤的正常范圍，在調節(jié)配合煤的流動度、膨脹度方面，其作用較弱，但其揮發(fā)分相對較低，變質程度偏高，且單種煤樣成焦光學組織以粗粒鑲嵌結構為主，對改善焦炭質量能夠起到積極作用。

因此，上述兩種肥煤在配煤煉焦中應區(qū)別配用。具體的配用情況應結合生產中配用的其他煉焦煤的煤質狀況及實際生產中的配合煤構成，使不同煤質的肥煤資源在配煤煉焦中發(fā)揮其優(yōu)勢，從而在改善焦炭質量方面起到積極的作用。

3 結論

(1)A礦肥煤具有低灰低硫的特點，有助于調節(jié)配合煤的灰分、硫分；B礦肥煤變質程度高于A礦肥煤，其揮發(fā)分低，有利于焦炭產量的提高。

(2)A礦肥煤膠質體非常豐富，且具有高流動度、高膨脹的特點，對于調節(jié)配合煤的流動度、膨脹度方面的作用明顯，可有效地改善配合煤的煤質。

(3)B礦肥煤具有成焦光學組織結構的優(yōu)勢，單種煤成焦以粗粒鑲嵌結構為主，能明顯改善焦炭的質量。

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