低流动度强黏结性印尼炼焦煤的配用技术研究

项 茹，薛改凤，宋子逵，鲍俊芳

（武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北 武汉，430080）

近年来，中国钢铁工业产能剧增，而国内优质炼焦煤资源缺乏，为满足日益增长的高炉需求，我国钢铁企业不得不大量进口高黏结性炼焦煤，但许多进口的所谓“优质炼焦煤”的配用效果与国内优质焦煤相差甚远。国内某钢厂依据中国煤炭分类标准，从印度尼西亚某矿点高价引进具有高G值和Y值的印尼煤，发现其煤质非常特殊，配用较困难，因此本文对印尼煤的煤质特征以及配用方法进行研究，以期为炼焦生产提供参考。

1 试验

配煤炼焦所需单种煤包括印尼煤、河南平顶山田庄1／3焦煤、肥煤、焦煤1＃、焦煤2＃和瘦煤。煤的各项工业指标分析按照GB／T 212—2008、GB／T 5447—1997、GB／T 479—2000、GB／T 5450—1997进行；煤的镜质组反射率按GB／T 6948—2008进行测定；煤的基氏流动度指标按美国标准ASTM D1812－77进行测定。

单种煤和配煤结焦试验在1kg小型焦炉内进行，中低变质程度黏结性较好的炼焦煤粒度为－2mm，装煤堆密度为0.75～0.77g／cm3，按一定升温程序升至950℃并保温3h，自然冷却后对焦炭试样进行各项结构性能测定。

参照YB／T 077—1995采用数点统计法在德国MSP－200显微镜上进行焦炭光学显微结构测试；参照国标GB／T 4000—2008进行焦炭热性能测定，反应时间为1h。

2 结果与讨论

2.1 单种煤的煤质分析

表1为各单种煤的煤质分析结果。由表1可见，印尼煤挥发分大于28%，G值高达93，Y值为22，根据中国煤炭分类国家标准应判为1／3焦煤；印尼煤的奥亚膨胀度b值为130%，收缩度X值为24，但其最大流动度MF仅292ddpm；印尼煤镜质组平均最大反射率为1.11%，变质程度已在焦煤范畴［1－3］。将印尼煤与G值、Y 值及挥发分接近的田庄1／3焦煤进行流变性比较，如图1所示。由图1可见，印尼煤的开始软化温度较高，达413℃，属焦煤软化温度范畴，而田庄1／3焦煤的开始软化温度较低，最大流动度高于1000ddpm。由此可见，印尼煤与田庄1／3焦煤的胶质体性质不同，印尼煤受热时具有较高的膨胀度、较低的流动度和收缩特性，且开始软化温度较高，仅依据国内常用的静态表观指标无法准确表征其煤质。

表1 煤质分析结果Table1 Analysis results of coals

图1 印尼煤和田庄1／3焦煤的基氏流动度Fig.1 Gieseler fluidities of Indonesia coal and Tianzhuang 1／3coking coal

2.2 单种煤成焦显微结构分析

印尼煤和田庄1／3焦煤所制焦炭的显微结构组成如表2所示，其显微结构照片见图2和图3。

表2 单种煤所制焦炭的显微结构组成Table2 Optical textures of cokes from single coal%

图2 印尼煤所制焦炭的显微结构Fig.2 Microstructures of coke from Indonesia coal

图3 田庄1／3焦煤所制焦炭的显微结构Fig.3 Microstructures of coke from Tianzhuang 1／3coking coal

由表2和图2可见，印尼煤所制焦炭的粗粒结构含量高达70%，另有少量纤维结构，且惰性结构含量较低，其结构特征更偏向于焦煤成焦结构。由表2和图3可见，田庄1／3焦煤所制焦炭以粗粒和细粒镶嵌结构为主，粗粒镶嵌结构含量低于50%，属典型的1／3焦煤成焦结构特征。由此可见，印尼煤和田庄1／3焦煤的成焦结构特征差异较大。

2.3 印尼煤配用方法探讨

2.3.1 配煤方案

印尼煤虽然具有较高的G值和Y值，但同时又具有高膨胀性和低流动性，其煤质特性与国内1／3焦煤或焦煤的性质不同，配用不当极易形成大量泡焦。印尼煤如果按肥煤配用，其流变性或膨胀性显然达不到要求，不能促进煤粒间的相互接触，若按1／3焦煤配用，其煤质与1／3焦煤的差异又比较大。由于印尼煤具有较高的软化温度以及较多的粗粒镶嵌结构，煤质更接近焦煤，所以考虑用印尼煤替代少量优质焦煤，以发挥其煤质特性。具体配煤方案见表3。

表3 配煤方案Table3 Schemes of coal blending %

2.3.2 配煤工艺性质及成焦质量分析

根据表3的配煤方案，对各配合煤进行工艺性质分析，结果见表4。由表4可见，各配合煤的挥发分、G值波动不大，若按传统的Vdaf－G法预测焦炭强度［4－5］，则各配合煤的成焦质量应该无明显差异，但从本研究中焦炭反应后强度CSR的测定结果（见图4）可以看出，各配煤方案的成焦质量差异较大，其中方案2和方案3的焦炭质量较稳定，方案4和方案5的焦炭质量均有下滑。

表4 配合煤的煤质分析Table4 Analysis results of blending coals

图4 配合煤所制焦炭的反应后强度Fig.4 CSR of cokes from blending coals

由于印尼煤具有较高的膨胀性、较低的收缩性和流变性，导致其与其它炼焦煤配煤成焦时，煤粒间接触不紧密，孔隙较大，形成较多泡焦，最终影响焦炭质量。方案4中，印尼煤完全替代焦煤1＃，使配合煤的挥发分及膨胀度增大，流动度降低，焦炭质量下降；方案5中，印尼煤完全替代1／3焦煤，使配合煤的流动度显著降低，膨胀度显著增大，焦炭质量劣化更明显；方案2和方案3中，配合煤的流动度在700ddpm以上，膨胀度不高于25%，焦炭质量较稳定。

综上所述，对于低流动度强黏结性的印尼煤，其成焦粗粒镶嵌结构含量高，膨胀性高于一般焦煤，但未达到肥煤要求，可以替代部分焦煤1＃，但配合煤的流变性和膨胀性应得到合理控制。

3 结论

（1）印尼煤的挥发分大于28%，G值和Y值较高，流动度低，膨胀度高，煤质非常特殊，无法按中国煤炭分类国家标准对其进行准确评判。印尼煤的开始软化温度和成焦粗粒镶嵌结构含量较高，煤质更接近于焦煤。

（2）印尼煤虽属于强黏结性煤，但高膨胀低流动的煤质特性可导致其与其它炼焦煤配煤成焦时产生较多泡焦，需要合理控制配合煤的流动度和膨胀度，以促进煤粒间的充分接触。

（3）印尼煤可少量替代优质焦煤，以最大发挥其煤质特性。

［1］申明新.中国炼焦煤的资源与利用［M］.北京：化学工业出版社，2007：3－28.

［2］薛改凤，项茹，陈鹏，等.炼焦煤质量指标评价体系的研究［J］.武汉科技大学学报，2009，32（1）：36－40.

［3］宋子逵，薛改凤，项茹，等.炼焦煤流变性指标相关性研究［J］.武汉科技大学学报，2009，32（S）：28－31.

［4］晏善成，郑明东，严文福.配煤技术的发展［J］.山东冶金，2006，28（5）：31－33.

［5］杜屏，刘建波，周俊兰，等.低成本配煤采购系统的研发［J］.燃料与化工，2012，43（7）：6－10.