龐克亮，王超，劉冬杰，王旭，武吉（.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山4009；.鞍鋼集團(tuán)化工事業(yè)部，遼寧 鞍山40；.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山40）

研究與開發(fā)

印尼途琥煉焦煤煤質(zhì)特性研究

龐克亮1，王超1，劉冬杰2，王旭3，武吉1
（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009；2.鞍鋼集團(tuán)化工事業(yè)部，遼寧 鞍山114021；3.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山114021）

針對印尼途琥煉焦煤的應(yīng)用存在的分岐及認(rèn)識盲區(qū)，利用鞍鋼建立的煉焦煤評價體系對途琥煤進(jìn)行煤質(zhì)評價，并與鞍鋼目前相近煤種進(jìn)行比對分析，結(jié)果顯示：印尼途琥煤屬于品質(zhì)較好的1/3焦煤，具有較好黏結(jié)性和結(jié)焦性指標(biāo)、較寬的塑性溫度范圍，顯微結(jié)構(gòu)特征顯示其屬于單一煤層煤，鏡質(zhì)組平均最大反射率為1.037，途琥煤灰中堿酸比較大、堿金屬含量較高。在全面、準(zhǔn)確掌握途琥煤煤質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，建議將途琥煤與其他煤種配合使用，并給出了應(yīng)用煤巖方案進(jìn)行配煤的具體實例，為鞍鋼海外發(fā)展進(jìn)行技術(shù)儲備。

印尼煉焦煤；煤質(zhì)分析；煤巖配煤；焦炭質(zhì)量

印尼是世界煉焦煤主要出口國，而我國是世界上煉焦煤的使用大國，如何合理使用印尼的煤炭資源對我國資源類項目的發(fā)展最有重要意義，對鞍鋼的海外發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的參考價值。

目前對鞍鋼海外發(fā)展戰(zhàn)略所涉及的印尼途琥煤的應(yīng)用存在較多分歧，主要集中在是否可以實現(xiàn)單種煤煉焦、是否適合搗固煉焦。同時，對煤質(zhì)的認(rèn)識存在諸多盲區(qū)，例如，忽視了煤質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)特征、灰成分組成特征等指標(biāo)。為了充分認(rèn)識一種煤，必須從多個角度、多個指標(biāo)對煤質(zhì)進(jìn)行評價，才能更好的應(yīng)用此煤種，使其在配煤中最大限度的發(fā)揮自身的優(yōu)勢。

印尼煉焦煤的變質(zhì)程度較低，成焦性能差，同時，印尼地處近海區(qū)域，煤中礦物質(zhì)不同于內(nèi)陸煉焦煤資源，這些客觀條件給印尼煉焦煤的具體應(yīng)用帶來了較大的局限性。而煉焦用煤的選擇不僅直接影響焦炭質(zhì)量指標(biāo)和配煤成本，還直接影響高爐透氣性、焦比、利用系數(shù)，同時，煉焦用煤成本占煉鐵成本的30%，煉焦用煤的選擇還將直接影響企業(yè)的煉鐵成本［1-3］。因此，為解決以上問題，有必要從多方面、多角度進(jìn)行印尼煉焦煤煤質(zhì)分析，根據(jù)其煤質(zhì)特性，發(fā)揮其在配煤中的有益作用。

本文利用鞍鋼建立的煉焦煤綜合評價方法，將典型的印度尼西亞途琥煉焦煤與鞍鋼相近煤種進(jìn)行對比分析，在充分認(rèn)識途琥煤的優(yōu)、劣勢特點的基礎(chǔ)上，提出了途琥煤的使用方向，并根據(jù)上述途琥煤的煤質(zhì)特性進(jìn)行了配煤煉焦實驗，為途琥煤的應(yīng)用提出了很好的指導(dǎo)方向。

1　試驗方法及原料

煤的工業(yè)分析、硫含量測定、焦炭的冷熱態(tài)強度、煤灰分組成、黏結(jié)性等指標(biāo)均是根據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定。利用200 kg試驗焦?fàn)t進(jìn)行煉焦試驗，利用自行設(shè)計的煤巖顯微鏡進(jìn)行煉焦用煤顯微特征測定，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，各間隔內(nèi)出現(xiàn)的測量點數(shù)。

本文試驗所用煤樣為印尼本地產(chǎn)量較大的典型煉焦煤—途琥煤。選擇鞍鋼目前應(yīng)用的俊德煤、七臺河煤與途琥煤進(jìn)行比較。針對印尼途琥煤煤質(zhì)特點、地域特點，提出可能與其進(jìn)行較好配伍的澳大利亞海克焦煤。

2　試驗內(nèi)容與結(jié)果分析

2.1途琥煉焦煤的分類與評價

在我國煤分類標(biāo)準(zhǔn)中按煤變質(zhì)程度由低到高將煤分成褐煤、煙煤和無煙煤三大類，將煙煤又細(xì)分為長焰煤、不黏煤、弱黏煤、1/2中黏煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤和貧煤。煉焦煤屬于煙煤范疇，我國利用干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf、黏結(jié)指數(shù)G值、膠質(zhì)層最大厚度y值、奧亞膨脹度b來劃分煙煤［4］。在煙煤的國標(biāo)分類基礎(chǔ)上，鞍鋼又增加了干燥基灰分Ad、表征焦炭冷強度質(zhì)量的M40和M10指標(biāo)，明確了焦煤、肥焦、1/3焦的分類標(biāo)準(zhǔn)。

揮發(fā)分是煤的變質(zhì)程度指標(biāo)之一，隨著揮發(fā)分的降低，煤的變質(zhì)程度增加。煉焦煤中，絕大部分灰分轉(zhuǎn)入焦炭中，使焦炭的固定碳減少，用量增加，生產(chǎn)率降低。焦炭的灰分增加1%，煉焦焦比增加2%～2.5%、石灰石增加4%、高爐產(chǎn)量下降3%。為了降低灰分對焦炭質(zhì)量、煉鐵操作的影響，鞍鋼規(guī)定，焦煤、肥煤的灰分不應(yīng)大于10.0%，1/3焦煤的灰分不應(yīng)大于9.0%。黏結(jié)指數(shù)指標(biāo)是煤的分類指標(biāo)之一，其能夠很好表征煤的黏結(jié)惰性物的能力，即黏結(jié)性，而且可用作指導(dǎo)煉焦配煤、預(yù)測焦炭強度。膠質(zhì)層指數(shù)主要包括膠質(zhì)層最大厚度y值和最終收縮度x值，一般y值越大，黏結(jié)性越好，x值對焦?fàn)t中焦餅的收縮、焦塊的塊度、裂紋的多少及推焦是否順利等有參考價值。奧亞膨脹度的b值是煤樣在加熱過程中膨脹的最大距離占煤筆試樣長度的百分比，作為區(qū)分強黏結(jié)煤的輔助指標(biāo)。

印尼途琥煉焦煤及相關(guān)煤種的煤質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1　印尼途琥煉焦煤的煤質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)印尼途琥煤的檢測指標(biāo)及國標(biāo)分類，可以判斷印尼途琥煤應(yīng)屬于較好的1/3焦煤，與鞍鋼目前所用的俊德和七臺河1/3焦煤相近，3種煤當(dāng)中，俊德煤的變質(zhì)程度最低、其次是印尼途琥煤。不同的是途琥煤具有較低的灰分，根據(jù)上述分析，灰分每降低1%，焦比降低2.0%～2.5%，因此，途琥煤的利用有利于高爐焦比的降低；同時，由于形成地處于沿海腹地，在成煤過程中經(jīng)常受到海水的侵蝕，導(dǎo)致煤中的硫分較其他1/3焦煤高，但不屬于高硫煤，與鞍鋼所用的配合煤持平。

2.2途琥煉焦煤的可塑性及結(jié)焦性研究

煤的可塑性是指煤粉在隔絕空氣條件下加熱時，形成具有可塑性的膠質(zhì)體，最后黏結(jié)成塊狀焦炭，并黏結(jié)惰性物料的性能。煤的塑性指標(biāo)一般包括煤的流動性、黏結(jié)性、膨脹性和透氣性以及塑性溫度范圍。要了解煤的塑性，既要測定膠質(zhì)體的數(shù)量，又要掌握膠質(zhì)體的質(zhì)量，且必須用多種測試方法相互補充，才能比較全面的反映煤塑性的本質(zhì)。本文利用黏結(jié)指數(shù)測定法進(jìn)行塑性的間接測定，利用奧亞膨脹計法、膠質(zhì)層指數(shù)測定法、基氏塑性度法進(jìn)行塑性的直接測定。

煤的黏結(jié)性是指煙煤干餾時黏結(jié)其本身的或外來的惰性物質(zhì)的能力，是煤干餾時所形成的膠質(zhì)體顯示塑性的另一種表征。國際上常用坩堝膨脹序數(shù)或羅加指數(shù)來表示煤的黏結(jié)性。我國參照羅加指數(shù)測定原理，研究制定了黏結(jié)指數(shù)的測定方法。

煤的結(jié)焦性是指單種煤或配煤在通常煉焦條件下制成適用于冶金燃料的性質(zhì)，習(xí)慣上往往以焦?fàn)t中煉得焦炭的強度來表示。它不僅要包括焦炭的強度，還要包括焦炭的粒度分布、反應(yīng)性和其他性質(zhì)。煉焦煤必須兼有黏結(jié)性和結(jié)焦性，兩者密切相關(guān)。

從表1中煤的可塑性指標(biāo)可以看出，途琥煤的黏結(jié)性指標(biāo)G、y值均高于同類1/3焦煤，具有較好的黏結(jié)惰性物的能力，即黏結(jié)性；y值代表了各煤種膠質(zhì)體數(shù)量，途琥煤的膠質(zhì)體的數(shù)量是最多的，途琥煤揮發(fā)分與其他2種1/3焦相比，相差不大，而且偏小，因此，析出的氣體量相差不大，在此情況下，其具有較大的b值（見表2），說明其膠質(zhì)體具有很好的膨脹性，在結(jié)焦過程中由于其膨脹的作用力，增加膠質(zhì)體與惰性物接觸的機(jī)會，對焦炭質(zhì)量的提升具有積極的作用。途琥煤具有較低的收率性x值，預(yù)示著焦炭的裂紋較少，塊度較大。

本文在測定途琥煤塑性指標(biāo)時，除了上述的G值、x、y值，還進(jìn)行了奧亞膨脹度指標(biāo)和基氏流動度指標(biāo)的測定，具體結(jié)果見表2所示。

表2　印尼途琥煤的奧亞膨脹度及基氏流動度指標(biāo)

煉焦煤的結(jié)焦能力G0用公式（1）表示。優(yōu)質(zhì)煉焦煤的G0值通常介于1.05和1.10之間。根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，途琥煤、俊德、七臺河3種1/3焦煤的結(jié)焦能力G0值分別為1.081、1.038和1.067。在3種1/3焦煤當(dāng)中途琥煤的結(jié)焦能力最好，其次是七臺河，俊德最弱。

此外，從表2中可以看出，3種1/3焦煤的塑性溫度范圍相差不大。途琥煤的最大流動度較差，盡管途琥煤具有較大的膨脹度、較好的結(jié)焦能力，但由于其流動性較差，其結(jié)焦性將受到影響。

綜合上述各分析結(jié)果，從煤的宏觀指標(biāo)方面分析途琥煤優(yōu)勢特點如下：途琥煤屬于1/3焦煤中較好煤種、黏結(jié)性惰性物料的能力指標(biāo)G值較大、膠質(zhì)體的數(shù)量（y值指標(biāo)）較多、膨脹度b值較大、結(jié)焦能力G0較好；缺點如下：收縮度x值較少，流動性MF較差。

2.3印尼途琥煉焦煤的顯微結(jié)構(gòu)特征研究

利用煤巖顯微鏡測定途琥煤的煤巖特征，并與俊德、七臺河1/3焦煤進(jìn)行對比。結(jié)果見圖1所示，結(jié)果顯示，途琥煤是單一煤層煤，鏡質(zhì)組最大反射率為1.037。鞍鋼目前所用的俊德1/3焦煤、七臺河1/3焦煤均不同程度出現(xiàn)了混煤現(xiàn)象，不過，俊德煤主要是由高揮發(fā)分的氣煤類煤、肥煤類煤所混，而七臺河煤是由變質(zhì)程度與途琥煤相近的氣煤類煤、肥煤類煤與低變質(zhì)程度的焦煤混合而得。因此，七臺河煤在常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)上顯示出其變質(zhì)程度要高于俊德煤、途琥煤。目前，鞍鋼股份有限公司煉焦總廠常用的配合煤的活惰比在3.0～5.0之間，而上述3種1/3焦煤的活性組分均要高于平均值，在煉焦過程中均會形成較多的膠質(zhì)體，利于黏結(jié)惰性物質(zhì)。值得注意的是，途琥煤的活惰比為206.6，幾乎全部是活性組分，這與途琥煤的成煤條件有關(guān)，印尼是千島之國，原生植物大多處于水下無氧環(huán)境，因此，形成了較多的鏡質(zhì)體，故表現(xiàn)為高活性組分含量。

2.4印尼途琥煉焦煤的灰成分特性研究

對途琥煤的灰分組成進(jìn)行分析，其中Na、K是利用原子吸收光譜儀進(jìn)行分析，其他元素利用X射線熒光光譜儀進(jìn)行分析，利用式（2）計算堿酸比，各煤種的灰分組成見表3。

圖1　不同1/3焦煤的鏡質(zhì)組反射率分布

表3　各煤種的灰分組成

從3種1/3焦煤試驗結(jié)果可見，途琥煤的堿酸比較高，且其中的Na2O、K2O含量也較高，同時，由于Na、K對焦炭質(zhì)量的影響較為明顯，因此，途琥煤的灰分對焦炭質(zhì)量的劣化作用會相對明顯。另一方面，由于途琥煤的Fe元素含量也較高，其在推焦過程中會加劇其對焦?fàn)t的磨損。

3　印尼途琥煉焦煤的應(yīng)用研究

利用途琥煤進(jìn)行200 kg試驗焦?fàn)t的單種煤煉焦試驗，并與其他煤種進(jìn)行比較，途琥焦炭冷態(tài)強度M40、M10分別為61.6%、9.1%；俊德焦炭冷態(tài)強度M40、M10分別為59.8%、12.7%；七臺河焦炭冷態(tài)強度M40、M10分別為78.4%、7.8%。途琥焦炭冷態(tài)強度好于同類煤種的俊德焦炭，但比七臺河焦炭質(zhì)量差，其結(jié)果與煤巖顯微組成相吻合。途琥煤雖具有較好的奧亞膨脹度指標(biāo)，但是，其活性組分較多，沒有可以黏結(jié)的惰性組分，焦炭在高爐中的支撐骨架作用較弱，因此，在單種煤煉焦過程中，不能發(fā)揮其活性組分多、膨脹度較大的優(yōu)勢。相反，其較高的鈉、鉀含量、堿酸比影響了焦炭的質(zhì)量，以至于所形成焦炭塊度較小。

針對印尼途琥煤的煤質(zhì)特點，提出利用活性組分較低的?？私姑号c其進(jìn)行配煤試驗，海克焦煤的各煤質(zhì)數(shù)據(jù)見表4，?？说拿簬r特征如圖2所示，海克煤的活惰比為1.19，兩者的煤巖鏡質(zhì)組反射率分布的理論疊加圖見圖3。

表4　?？私姑焊髅嘿|(zhì)指標(biāo)

圖2　?？嗣虹R質(zhì)組反射率分布

圖3　途琥與?？税?0∶40配比的鏡質(zhì)組反射率分布

從圖3可以看出，兩種煤的鏡質(zhì)組反射率重疊的較好，可以作為配煤的基礎(chǔ)依據(jù)。根據(jù)上述途琥煤的分析結(jié)果可知，其活惰比為206.6，按照理論計算，如果途琥煤的配比分別為40%、50%、60% 和70%，相應(yīng)?？嗣旱呐涿罕葹?0%、50%、40% 和30%，則由途琥煤與?？嗣航M成的配合煤的活惰比分別為2.63、3.34、4.40、6.13。當(dāng)活惰比為2.63 和6.13時，超出了煉焦配合煤最佳活惰比的范圍，因此，需要根據(jù)試驗所得焦炭質(zhì)量優(yōu)選活惰比分別為3.34和4.40時的相應(yīng)單種煤的配比，利用200 kg試驗焦?fàn)t進(jìn)行煉焦試驗，其具體結(jié)果見表5所示。

表5　印尼途琥煤不同配比的焦炭質(zhì)量指標(biāo)

從200 kg試驗焦?fàn)t煉焦試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)印尼途琥煤為60%、海克煤為40%配比時，焦炭質(zhì)量較好，比印尼單種煤煉焦所得焦炭質(zhì)量有了明顯改善。另外，經(jīng)過分析，按上述配比所得配合煤的膠質(zhì)層指數(shù)最終收縮度x值為21.8 mm，比印尼途琥的13.2 mm有了大幅提高，使推焦操作不會受到x值偏小的影響。

4　結(jié)論

（1）印尼途琥煤屬于1/3焦煤中較好煤種、黏結(jié)惰性物料的能力指標(biāo)G值較大、膠質(zhì)體的數(shù)量（y值指標(biāo)）較多、膨脹度b值較大、結(jié)焦能力G0較好，但是，其收縮度 x值較少，流動性 MF較差。

（2）印尼途琥煤顯微結(jié)構(gòu)特征顯示其屬于單一煤層煤，鏡質(zhì)組平均最大反射率為1.037，活惰比高達(dá)200以上；

（3）印尼途琥煤灰中堿酸比較大、堿金屬含量較高，在高爐操作過程中，將加速焦炭的劣化過程；另外其灰中Fe元素含量也較高，其在推焦過程中，會加劇其對焦?fàn)t的磨損。

（4）如果進(jìn)行單種煤煉焦，其焦炭質(zhì)量較差，由于其顯微結(jié)構(gòu)中幾乎全部是活性組分，在高爐運行中起不到應(yīng)有的骨架作用；同時由于其具有較大的奧亞膨脹度指標(biāo)，會對爐墻產(chǎn)生較大壓力；此外，膠質(zhì)層指數(shù)最終收縮度x值較小，可能會造成推焦困難；

（5）當(dāng)印尼途琥煤與澳大利亞?？私姑喊?0∶40比例進(jìn)行配合時，二者具有很好的配伍性，鏡質(zhì)組反射率分布圖連續(xù)、呈現(xiàn)較好的正態(tài)分布、活惰比合理、焦炭質(zhì)量較好、為印尼煉焦煤的應(yīng)用提出了很好的方案。

［1］龐克亮，唐復(fù)平，栗紅，等.配煤熱壓塊操作參數(shù)的選擇研究［J］.鞍鋼技術(shù)，2014（6）:13.

［2］龐克亮，王明國，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.

［3］龐克亮，劉冬杰，王明國，等.煤巖學(xué)在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.鋼鐵，2015，50（10）:26.

［4］虞繼舜.煤化學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

（編輯賀英群）

Study on Characteristics of Tuhup Coking Coal from Indonesia

Pang Keliang1，Wang Chao1，Liu Dongjie2，Wang Xu3，Wu Ji1
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation，Anshan 114009，Liaoning，China；2.Chemical Engineering Department of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China；3.General Cokemaking Works of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

With regard to the existing differences of opinion and blind spots of understanding on the application of Tuhup coking coal from Indonesia，the coal quality of Tuhup coal was evaluated by the Ansteel Evaluation System for Coking Coal.After that the analysis by comparing it with similar types of coal used in Ansteel now was done.The analytical results show that Tuhup coal from Indonesia is similar to the feature of one third coking coal with preferable caking property and cokeability and relatively broad limit of ductility temperature，whose microstructure characteristics indicate that it is the kind of coal with single coal seam and the mean maximum reflectivity of its vitrinite is 1.037，but its coal ash has higher ratio of alklia to acid with higher content of alkali metal.On the basis of comprehensive and accurate understanding of the characteristics of Tuhup coal，it is suggested that Tuhup coal can be blended with other types of coal and actualexamples based on coal blending scheme by coal petrography blending were given，which can be the technological reserve for overseas development for Ansteel.

coking coal from Indonesia；analysis of coal quality；blending by coal petrography；coke qualityquality

TQ522

A

1006-4613（2016）04-0022-05

龐克亮，博士，高級工程師，2007年畢業(yè)于東南大學(xué)熱能工程及工程熱物理專業(yè)。E-mail:pangkeliang@163.com

2016-03-11