劉國(guó)斌，馬巖，陸啟均，李琰慶，孟慶波，唐帥，徐秀麗

（1.淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000；2.中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山 114044）

引 言

我國(guó)是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，煉焦煤資源在29個(gè)?。▍^(qū)、市）均有賦存，但分布不均，且煤質(zhì)差異較大[1]。2020年，全國(guó)原煤產(chǎn)量39.02億t，煤炭消費(fèi)量約40億t。數(shù)據(jù)顯示，自2016年啟動(dòng)煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革后，全國(guó)累計(jì)退出煤礦5 500處、退出落后煤炭產(chǎn)能10億t/a以上[2]；截至2020年底，全國(guó)30萬t/a以下煤礦1 129處、產(chǎn)能1.48億t/a，較2018年底減少911處、減少產(chǎn)能1.04億t/a，降幅分別達(dá)45%、41%[3]。同時(shí)，隨著高爐的大型化，對(duì)冶金焦質(zhì)量要求越來越高，加重了優(yōu)質(zhì)焦煤、肥煤資源的短缺。而1/3焦煤作為煤化程度中等、性質(zhì)介于氣煤、肥煤與焦煤之間的過渡性煤種[4]，成為重要的煉焦煤資源。近年來，1/3焦煤的應(yīng)用得到廣泛重視和研究[5]，精準(zhǔn)利用1/3焦煤配煤煉焦，發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)煤炭資源利用具有重要意義。

淮南礦業(yè)集團(tuán)所屬礦區(qū)是我國(guó)重要的煉焦煤產(chǎn)區(qū)，其生產(chǎn)的強(qiáng)黏結(jié)性煉焦精煤“淮河一號(hào)”屬于變質(zhì)程度較高的優(yōu)質(zhì)1/3焦煤[6]。本文選用淮河一號(hào)作為研究對(duì)象，研究其在某鋼企煉焦配煤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)用煤煤質(zhì)分析

試驗(yàn)用煤包括淮河一號(hào)、某鋼企生產(chǎn)用煤（1/3JM、FM、JM、SM）、高硫肥煤和貧煤。試驗(yàn)用煤煤質(zhì)指標(biāo)見表1、表2。由表1、表2可知：（1）淮河一號(hào)是中灰、低硫、強(qiáng)黏結(jié)性煤，是煤化程度為中煤級(jí)煤Ⅲ的單一煤層煤，吉氏最大流動(dòng)度為36 938 dd/min，膠質(zhì)體數(shù)量較大，而且流動(dòng)性好。根據(jù)GB/T 26128—2010《稀缺、特殊煤炭資源的劃分與利用》中的劃分，淮河一號(hào)屬于稀缺煤炭資源中的特低硫煤。鄧小利等[7]更是在國(guó)標(biāo)基礎(chǔ)上將除氣煤之外的氣肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤均劃分為稀缺煉焦煤。因此，淮河一號(hào)屬于特低硫稀缺煉焦煤。（2）淮河一號(hào)的黏結(jié)性和膠質(zhì)體流動(dòng)性優(yōu)于鋼企1/3焦煤，與鋼企肥煤的G值和Y值較為接近，吉氏流動(dòng)度高于鋼企肥煤。（3）1/3JM-A、FM-C、JM-B、JM-C、SM-A為 具1個(gè) 凹 口 的 混煤，JM-D為具2個(gè)凹口的混煤，1/3JM-C、FM-B為簡(jiǎn)單無凹口混煤，其他為單一煤層煤。（4）淮河一號(hào)的惰質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)為43%，高于其他1/3焦煤9.4～28.2個(gè)百分點(diǎn)，活惰比為1.3，與JM-A相近。

表1 試驗(yàn)用煤工業(yè)分析及黏結(jié)性指標(biāo)

表2 試驗(yàn)用煤的煤巖組成及反射率

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)

單種煤和配合煤煉焦試驗(yàn)所用焦?fàn)t為40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t，其設(shè)備參數(shù)及煉焦工藝參數(shù)如下：采用側(cè)裝側(cè)出方式煉焦，結(jié)焦時(shí)間為15.5 h，加熱最高溫度為1 050℃，裝煤量為43 kg（干基），裝爐煤水分為10%、堆密度為750 kg/m（3干基）。試驗(yàn)方法參照YB/T 4526—2016《煉焦試驗(yàn)用小焦?fàn)t技術(shù)規(guī)范》附錄A[8]。

1.3 試驗(yàn)用煤煉焦所得焦炭質(zhì)量

試驗(yàn)用煤煉焦所得焦炭質(zhì)量見表3。按照YB/T 4868—2020《煉焦配煤優(yōu)化技術(shù)規(guī)范》對(duì)試驗(yàn)用煤小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭質(zhì)量進(jìn)行劃分[9]，結(jié)果見表4。利用中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司專利技術(shù)[10]對(duì)試驗(yàn)用煤進(jìn)行評(píng)分：將煉焦用煤的煤質(zhì)和焦炭各具體指標(biāo)整合成對(duì)焦炭質(zhì)量起決定性作用的黏結(jié)能力指標(biāo)、結(jié)焦能力指標(biāo)、熱態(tài)性能指標(biāo)，加上灰分、硫分指標(biāo)形成綜合指標(biāo)，進(jìn)行分值計(jì)算，試驗(yàn)用煤的專利技術(shù)評(píng)分結(jié)果見表5。綜合表3～表5數(shù)據(jù)可知：淮河一號(hào)屬于高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度、低焦炭反應(yīng)性、中高焦炭抗碎強(qiáng)度、中焦炭耐磨強(qiáng)度煤，是兼具優(yōu)良黏結(jié)性與結(jié)焦性的優(yōu)質(zhì)1/3焦煤；1/3JM-A受混入焦煤的影響，其焦炭質(zhì)量較好，結(jié)焦能力指標(biāo)82.6分，綜合指標(biāo)81.1分，可以作為優(yōu)質(zhì)1/3焦煤使用；1/3JM-B、1/3JM-C為一般1/3焦煤；FM-A、高硫肥煤、JM-A為優(yōu)質(zhì)肥煤和焦煤；FM-B、FM-C為一般肥煤；JM-B、JM-C、JM-D為一般焦煤；SM-A為優(yōu)質(zhì)瘦煤。

表3 試驗(yàn)用煤煉焦所得焦炭質(zhì)量

表4 試驗(yàn)用煤小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭質(zhì)量分級(jí)

表5 試驗(yàn)用煤專利技術(shù)評(píng)分

續(xù)表5

試驗(yàn)用煤煉焦所得焦炭光學(xué)組織見表6。由表6可知，淮河一號(hào)中粒鑲嵌組織體積分?jǐn)?shù)為83.3%，由于中、粗粒鑲嵌組織含量高對(duì)焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度有利[11]，因此淮河一號(hào)煉焦所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度高與其中粒鑲嵌組織含量高密切相關(guān)。

表6 試驗(yàn)用煤煉焦所得焦炭光學(xué)組織

1.4 配煤試驗(yàn)原則及方案設(shè)計(jì)

配煤試驗(yàn)原則：利用單種煤各專利技術(shù)得分計(jì)算配合煤得分，指導(dǎo)配煤。利用單一變量法研究淮河一號(hào)在配煤結(jié)構(gòu)中的作用，利用結(jié)構(gòu)配煤法調(diào)整各類煤比例，改變配煤結(jié)構(gòu)，優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)，得到淮河一號(hào)在配煤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用方案。

煉焦配煤試驗(yàn)方案見表7，試驗(yàn)方案以H1為基礎(chǔ)配煤方案，即配煤結(jié)構(gòu)為“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% 1/3焦煤+質(zhì)量分?jǐn)?shù)52%焦煤+質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%肥煤+質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%瘦煤”；由于淮河一號(hào)黏結(jié)性和膠質(zhì)體流動(dòng)性優(yōu)于其他1/3焦煤，與肥煤接近，熱態(tài)性能與優(yōu)質(zhì)焦煤、肥煤相當(dāng)，因此，采用單一變量法，利用H2～H4、H5～H8、H9～H11方案分別研究淮河一號(hào)與其他1/3焦煤、肥煤、焦煤對(duì)焦炭質(zhì)量貢獻(xiàn)的差異性；H12、H13方案使用結(jié)構(gòu)配煤方法研究淮河一號(hào)與瘦煤搭配降低焦肥煤用量；H14方案為淮河一號(hào)與貧煤、強(qiáng)肥煤搭配降低焦煤、瘦煤用量。利用專利方法對(duì)各試驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果見表8。由表8可知，超過78%的方案的黏結(jié)能力和熱態(tài)能力分值高于基礎(chǔ)方案，71%的方案的結(jié)焦能力分值低于基礎(chǔ)方案，超過57%的方案的綜合指標(biāo)分值高于基礎(chǔ)方案，從綜合指標(biāo)分值可預(yù)判，在配煤中使用淮河一號(hào)所煉焦炭質(zhì)量趨于提高。

表7 煉焦配煤試驗(yàn)方案（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表8 試驗(yàn)方案配煤專利技術(shù)評(píng)分

續(xù)表7

2 結(jié)果與討論

2.1 淮河一號(hào)替代其他1/3焦煤對(duì)焦炭質(zhì)量影響分析

H1為基礎(chǔ)方案，H2、H3、H4為淮河一號(hào)分別替代1/3JM-A、1/3JM-B、1/3JM-C的試驗(yàn)方案，所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表9。由表9可知，所得焦炭熱態(tài)性能與表8專利技術(shù)評(píng)分結(jié)果相符，使用淮河一號(hào)替代其他1/3焦煤所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高，反應(yīng)性得到改善，耐磨強(qiáng)度略有改善，抗碎強(qiáng)度有不同程度的降低，其中替代1/3JM-A后焦炭抗碎強(qiáng)度降低2.2個(gè)百分點(diǎn)。因淮河一號(hào)與其他1/3焦煤對(duì)比，具有優(yōu)異的黏結(jié)性，其單種煤煉焦所得焦炭中粒鑲嵌組分含量高、灰催化指數(shù)低，使得淮河一號(hào)所煉焦炭具有較好的反應(yīng)后強(qiáng)度?；春右惶?hào)對(duì)焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于其他1/3焦煤，對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度的貢獻(xiàn)略顯不足，可以替代1/3JM-B、1/3JM-C。

表9 H1～H4試驗(yàn)方案焦炭質(zhì)量指標(biāo) %

2.2 淮河一號(hào)替代肥煤對(duì)焦炭質(zhì)量影響分析

使用淮河一號(hào)替代FM-A、FM-B、FM-C所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表10。

由表10可知，H5、H6方案使用淮河一號(hào)分別替代質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的FM-A和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的FM-B，所得焦炭灰分、硫分均降低，所得焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度均得到改善，耐磨強(qiáng)度略有改善，抗碎強(qiáng)度降低。H7方案使用淮河一號(hào)替代質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的具1個(gè)凹口的混合肥煤FM-C，所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高、耐磨強(qiáng)度改善，抗碎強(qiáng)度基本保持不變，說明在本文研究的配煤結(jié)構(gòu)中，淮河一號(hào)可以替代具有1個(gè)凹口的混合肥煤FM-C。H8方案使用淮河一號(hào)同時(shí)替代FM-A和FM-C，此時(shí)焦炭質(zhì)量下降。另外需要關(guān)注淮河一號(hào)替代肥煤時(shí)，揮發(fā)分對(duì)抗碎強(qiáng)度的影響。

表10 H5～H8試驗(yàn)方案焦炭質(zhì)量指標(biāo) %

2.3 淮河一號(hào)替代焦煤對(duì)焦炭質(zhì)量影響分析

使用淮河一號(hào)部分替代JM-A、JM-B、JM-C所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表11。由表11可知，H9、H10方案使用淮河一號(hào)分別替代質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的JM-A、質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的JM-B后，焦炭硫分降低，所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度降低。H11方案使用淮河一號(hào)替代JM-C后，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高、耐磨強(qiáng)度改善。JM-C為具1個(gè)凹口的混煤，反射率標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.200，說明在本文研究的配煤結(jié)構(gòu)中，淮河一號(hào)可以替代質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的具有1個(gè)凹口的混合焦煤JM-C。

表11 H9～H11試驗(yàn)方案焦炭質(zhì)量指標(biāo) %

2.4 淮河一號(hào)結(jié)構(gòu)配煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果分析

H12方案使用“質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的淮河一號(hào)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的瘦煤”替代“其他1/3焦煤（質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%）+肥煤（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）+焦煤（質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%）”進(jìn)行煉焦試驗(yàn)。H13方案使用“質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%淮河一號(hào)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%瘦煤”替代“焦煤+其他1/3焦煤+肥煤”進(jìn)行煉焦試驗(yàn)。H14方案使用“質(zhì)量分?jǐn)?shù)11%的淮河一號(hào)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的貧煤+質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的高硫肥煤”替代“焦煤+瘦煤+其他1/3焦煤”進(jìn)行煉焦試驗(yàn)。

H12～H14試驗(yàn)方案所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表12。由表12可知：與基礎(chǔ)方案相比，H12方案所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高2.0個(gè)百分點(diǎn)，反應(yīng)性改善1.2個(gè)百分點(diǎn)，耐磨強(qiáng)度改善0.3個(gè)百分點(diǎn)，抗碎強(qiáng)度降低0.4個(gè)百分點(diǎn)；H13方案所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高2.6個(gè)百分點(diǎn)，反應(yīng)性改善1.4個(gè)百分點(diǎn)，抗碎強(qiáng)度提高1.3個(gè)百分點(diǎn)，耐磨強(qiáng)度改善0.5個(gè)百分點(diǎn)，焦炭冷熱強(qiáng)度均得到改善；H14方案所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高2.4個(gè)百分點(diǎn)，反應(yīng)性降低1.9個(gè)百分點(diǎn)，抗碎強(qiáng)度提高0.7個(gè)百分點(diǎn)，耐磨強(qiáng)度降低0.7個(gè)百分點(diǎn)。說明淮河一號(hào)與“貧煤+高硫肥煤”搭配進(jìn)行配煤煉焦，能夠充分發(fā)揮淮河一號(hào)的熱性質(zhì)及黏結(jié)性優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)了淮河一號(hào)對(duì)焦炭冷強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不足，使焦炭冷熱強(qiáng)度均得到改善。采用結(jié)構(gòu)配煤法可以發(fā)揮淮河一號(hào)高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其對(duì)焦炭抗碎強(qiáng)度貢獻(xiàn)不足，因此可以將淮河一號(hào)與高硫肥煤和貧煤或瘦煤搭配煉焦，以提高焦炭機(jī)械強(qiáng)度、改善其熱性質(zhì)。

表12 H12～H14試驗(yàn)方案焦炭質(zhì)量指標(biāo) %

H12、H13方案試驗(yàn)結(jié)果與專利技術(shù)評(píng)分相符，H14方案結(jié)焦性能力分值為76.4，低于基礎(chǔ)方案，但試驗(yàn)結(jié)果全面優(yōu)于基礎(chǔ)方案，說明貧煤對(duì)焦炭質(zhì)量有較大貢獻(xiàn)，在實(shí)際配煤中要注意評(píng)分系數(shù)的優(yōu)化調(diào)整。

3 結(jié) 論

3.1 淮河一號(hào)具有黏結(jié)性強(qiáng)、膠質(zhì)體流動(dòng)性強(qiáng)、焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度高的特點(diǎn)?；春右惶?hào)揮發(fā)分高于試驗(yàn)中其他1/3焦煤，對(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度貢獻(xiàn)略有不足，對(duì)焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于其他1/3焦煤，可以替代1/3JM-B、1/3JM-C。

3.2 在鋼企配煤結(jié)構(gòu)中淮河一號(hào)可以替代部分混合焦煤、混合肥煤使用，替代質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要控制在5%～6%。

3.3 采用結(jié)構(gòu)配煤法可以發(fā)揮淮河一號(hào)高焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其對(duì)焦炭抗碎強(qiáng)度貢獻(xiàn)不足，使淮河一號(hào)在配煤應(yīng)用中全面提高焦炭質(zhì)量。可以與高硫肥煤和貧煤或瘦煤搭配煉焦，并提高焦炭機(jī)械強(qiáng)度、改善其熱性質(zhì)。

3.4 利用中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司專利技術(shù)可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)單種煤、有效指導(dǎo)配煤煉焦，但在實(shí)際配煤中要注意評(píng)分系數(shù)的優(yōu)化調(diào)整。