焦炭强度预测方法探讨

焦炭强度预测方法探讨

张亮亮 （天铁冶金集团环保能源处，河北涉县056404)

分析了影响焦炭强度的诸多因素，并选取主要影响因素作为预测自变量，建立了二元回归模型，分别运用最小二乘法和EXCEL统计分析函数实现了模型的回归分析，得出预测焦炭强度的回归方程，通过实际生产数据验证了其准确性。该回归模型的建立对焦化厂控制焦炭质量、优化配煤结构、降低生产成本具有积极的指导意义。

焦炭 强度 配合煤 粘结指数 预测 探讨

1 前言

随着高炉大型化和富氧喷煤技术的发展，对焦炭强度要求越来越高，焦炭强度对高炉强化冶炼，降低焦比，提高利用系数意义重大。因此，对影响焦炭强度的因素进行分析，利用可控生产因素建立基本的预测模型，通过预测，适时调整生产，稳定控制焦炭质量，能够更好地满足炼铁需要。另外，对于焦化厂组织生产，调整配煤结构，降低炼焦成本也具有重要的意义。

2 影响焦炭强度因素

影响焦炭强度的因素很多，主要可分为配合煤的性质、炼焦条件和焦化工艺等三方面因素。

2.1 配合煤性质

2.1.1 煤化度[1]

较常用的煤化度指标是干燥无灰基挥发份Vdaf和镜质组平均最大反射率，煤化度指标通过影响焦炭的气孔率、显微结构等进而影响焦炭强度。当Vdaf为25%～30%时，焦炭气孔率及比表面积最小，得到的焦炭强度最好。

2.1.2 粘结性指标

配合煤的粘结性指标是影响焦炭强度的重要因素之一，必须有足够的粘结性才能保证焦炭强度，粘结性以胶质层最大厚度y为指标时宜控制在17 mm～22 mm之间，以粘结指数G为指标时，宜控制在58～72之间。

2.1.3 堆密度

增大堆密度可以改善焦炭强度。堆密度增大，煤粒间的空隙减少，胶质体能够填充更多煤粒间的空隙，从而较均匀地分布在煤粒表面上，煤粒之间能够形成较强的界面结合，同时由于煤粒间的结合，有利于结焦过程所产生的气相产物相互缩合，产生不挥发液相胶质体产物，从而改善了煤料的粘结性，最终提高焦炭强度。

2.1.4 水分

配合煤水分通过影响堆密度而影响焦炭质量，同时还影响炼焦速度。

2.1.5 灰分

煤中的灰分是隋性物料，不但影响煤的粘结性，使焦炭融熔不好，而且在炼焦时还使焦炭裂纹增多，强度下降。

2.1.6 细度

提高细度可改善焦炭强度，但细度过高反而会降低堆密度而影响焦炭强度，生产上一般控制在70%～80%左右。

2.1.7 配加粘结剂和抗裂剂

当配合煤中由于缺少强粘结煤而流动度不足时，可以适当添加粘结剂或人造粘结煤来补充配合煤的粘结性，从而提高焦炭强度。

2.2 炼焦条件

2.2.1 结焦时间

缩短结焦时间将使焦炭裂纹增多，使焦炭强度特别是抗碎强度明显下降。

2.2.2 炼焦速度

提高升温速度可使配合煤塑性温度间隔变宽，增加流动性，使焦炭质量有一定的改善。然而，提高炼焦速度会使焦炭裂纹率增多，使焦炭块度降低。所以结焦速度应适当提高。

2.2.3 炼焦终温，焖炉时间

提高炼焦最终温度与延长焖炉时间，可使炭结构中挥发分和氢含量减少，焦炭气孔壁更加致密，从而提高焦炭强度。

2.2.4 焦炉热工操作

良好的焦炉热工状况对提高焦炭强度有利，提高焦炉热工管理水平，搞好焦炉日常维护工作，保证焦炭成熟均匀，焦炭强度会有所提高。

2.3 焦化工艺

2.3.1 配合煤粉碎工艺

先粉碎后配合的备煤工艺，可以通过改善煤料的粒度分布来提高焦炭强度。

2.3.2 捣固煤炼焦

煤饼捣实后堆密度可提高20%以上，这样炼出的焦炭比顶装焦炉生产的焦炭M40可提高1%～6%、M10降低2%～4%。

2.3.3 配型煤

配型煤可提高配合煤堆密度，另外，型煤中还配有一定量的粘结剂，也可提高焦炭强度。

2.3.4 煤调湿

该技术通过增大配合煤堆密度，从而改善焦炭质量。

2.3.5 炭化室宽度、高度

增加焦炉炭化室宽度、高度，可以提高装炉煤堆密度，改善焦饼水平收缩，使得焦炭平均块度增大，机械强度提高。

2.3.6 干熄焦

干熄焦避免了水熄焦对焦炭的破坏，同时相当于增加了焖炉时间，进一步提高了焦炭成熟度。

3 焦炭强度预测

焦炭强度的预测对焦化厂控制焦炭质量，提高经济效益具有十分重要的意义。通过分析可知，影响焦炭质量的诸多因素中，炼焦条件和焦化工艺是外部因素，由于生产中相对比较固定，其影响处于次要地位。配合煤的性质是内部因素，也是主要的影响因素。试验证明，焦炭的机械强度主要取决于配合煤的结焦性，而配合煤的结焦性又主要受煤化度和粘结性这两个因素制约。因此，焦炭机械强度的预测一般所采用的指标至少应反映出这两个因素。

3.1 模型公式确定

我厂所采用的煤化度指标为Vdaf，粘结性指标为Y和G值，这里选取Vdaf，G值作为预测变量指标。经以上分析可知，焦炭的机械强度M40、M10与配合煤的挥发分Vdaf、粘结指数G之间存在二元线性关系，因此可以假定有预测模型公式:

式中：Y——M40、M10，

b0、b1、b2——相应的回归系数，

Vdaf——配合煤的挥发分，

G——粘结指数。

3.2 求解方法一（手工计算)

3.2.1 求解过程

用最小二乘法手工计算确定回归系数b0、b1、b2[2]，设

令Q对b0、b1、b2的偏导数为零推出正规方程，并求解得：

以 2009 年一组实际生产数据 M40、M10、Vdaf、G（见表 1)代入公式（4)～（8)，求出 L12、L1Y、L2Y、L11、L22，再代入（1)～（3)式求解出相应回归系数 b0、b1、b2。

表1 焦炭强度回归分析数据表

由此可得到以下计算焦炭抗碎强度M40和耐磨强度M10的回归方程：

3.2.2 回归方程的检验

为了确认M40与Vdaf，G之间是否存在线性关系，并判断回归方程的相关性，需对公式进行分析如下：

同理，可求出M10的方差检验统计量F=11.9，大于在5%水平下的F临界值4.74，回归方程与实际值也具有较好的相关性。

3.3 求解方法二（EXCEL办公软件)

3.3.1 LINEST函数介绍

LINEST函数是EXCEL办公软件统计函数之一，其使用最小二乘法对已知数据进行最佳直线拟合，并返回描述此直线的数组。

其直线的公式为：

式中，因变量y是自变量x的函数值。m值是与每个x值相对应的系数，b为常量。LINEST函数返回数组{mn,mn-1,...,m1,b}以及附加回归统计值。

3.3.2 求解步骤及方法

新建EXCEL工作薄，如图1所示,在空白工作表中输入表头及对应的原始数据（M40、M10、Vdaf、G)。

用鼠标选择G2到I6作为M40数据处理输出区域，输入公式“=LINEST（B2：B11，D2：E11，true，true)”然后按Ctrl+Shift+Enter键，得到图1所示G2到I6区 域以数组形式给出的M40回归方程处理结果。

图1 EXCEL回归分析情况

3.3.3 函数处理结果分析

处理结果给出的信息较多，其意义依次为：

M40回归方程：

比较可知，LINEST函数处理得到的回归系数及F统计值与手工计算结果是完全一致的，同时给出的判断系数0.63，说明回归方程与实际值有较好的相关性。

同理，可得出焦炭耐磨强度M10的模型公式（数据见图1)：

所得结果与手工计算完全一致。

3.4 回归方程生产检验

利用所得回归方程预测我厂2010年上半年焦炭强度，与实际生产数据进行比较，见表2所示，可见其相对误差均不超过1%，说明在一定条件下回归方程对生产的预测是可信的。

表2 焦炭强度预测值与实际值比较

4 结束语

4.1 焦炭强度与配合煤煤化度、粘结性指标存在线性相关性，利用这两个指标对焦炭强度的预测是可行的。

4.2 预测回归方程与计算机结合，可以快速得到预测结果，及时指导生产。

4.3 LINEST函数处理多元回归模型，相比手工计算更加方便、快捷、准确，可使研究者节省大量时间，有了进行更多模型尝试的可能。

4.4 由于实际生产较稳定，数据波动区间较小，在生产波动变大时，需要重新统计数据计算回归方程。

4.5 由于本次预测回归方程尚未用于实际生产，其指导意义和效果还需要在今后生产中进一步验证。

[1]姚昭章.炼焦学(第二版)[M].北京：冶金工业出版社，1995：66、73.

[2]盛骤，谢式千，潘承屹.概率论与数理统计(第二版)[M].北京：高等教育出版社，1989：279-282.

Discussion on Coke Strength Prediction Method

Zhang Liangliang

The paper analyzes the factors influencing coke strength,the main items of which are chosen to be prediction independent variables for establishing binary regression model.Least square method and EXCEL statistical analysis function are utilized to achieve regression analysis,thus,the regression equation for predicting coke strength are derived,the accuracy of which is proved by actual production data.The establishment of the regression model has active instructive meaning for controlling coke quality,optimizing coal mixture structure and lowering production cost at coking plant.

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（收稿 2010－10－20 责编 赵实鸣)

张亮亮，2001年毕业于安徽工业大学，工程师，现从事焦化工艺管理工作。