不同变质程度肥煤的比较研究

张雪红，项 茹，薛改凤，刘 睿，任玉明

(1.武汉钢铁(集团)公司研究院炼焦煤利用湖北省重点实验室，湖北 武汉，430080；2.武汉平煤武钢联合焦化有限责任公司，湖北 武汉，430082)

肥煤在炼焦过程中起骨架作用，它和焦煤一样，属于我国的稀缺煤种。据统计，在我国炼焦煤中，肥煤占12%[1]。受产地、成煤条件、成矿时间等方面的影响，不同变质程度的肥煤，其胶质体质量存在差异，在配合煤中所起的作用也有所区别。肥煤与其他各种煤按比例配合成炼焦用煤，以保证配合煤的质量能满足炼焦生产需求。目前，我国焦化企业基本上以肥煤和焦煤等优质炼焦煤为主，焦煤加肥煤的最大配比超过了80%[2]，其中肥煤大多在15%以上。由于配用量较高，肥煤的煤质差别对焦炭质量影响明显。为此，本文针对不同变质程度的肥煤，从基氏流动度和奥亚膨胀度等指标入手，对肥煤煤质的差异性进行比较研究，以期为肥煤在配煤炼焦中的合理利用提供依据。

1 实验

1.1 原料

实验原料分别选用山东A矿肥煤和山西B矿肥煤，根据我国GB/T 5751-2009分类标准,其编码均为36#。

1.2 实验方法

1.2.1 炼焦实验

单种煤炼焦实验在马弗炉中进行，成焦终温为950 ℃，保温时间为1 h。

1.2.2 分析检测

肥煤的工业指标分析按GB/T 212—2001测定，肥煤的镜质组反射率采用 MSP-200显微镜按GB/T 6948—1998测定，肥煤的胶质层指数按GB/T 479—2000测定，肥煤的基氏流动度按ASTM-D 2639—04测定，肥煤的奥亚膨胀度按GB/T 5450—97测定。

焦炭光学组织采用MSP-200显微镜按YB/T 077—1995测定，并采用数点统计法进行统计。

2 结果与分析

2.1 煤质分析

肥煤的工业分析和工艺指标如表1所示。由表1可看出，两种肥煤的黏结指数G值均大于85，胶质层指数Y值大于25 mm，呈典型肥煤特征。挥发分在一定程度上反映了炼焦煤的变质程度，A矿肥煤的挥发分比B矿肥煤挥发分高13%左右。

表1 煤质分析结果

两种肥煤镜质体反射率及其分布如表2所示。由表2可看出，A矿肥煤的镜质体平均反射率比B矿肥煤的镜质体低30%左右。两种肥煤镜质体反射率的主要分布区间也不相同，A矿肥煤相应值以小于0.75%的为主，B矿肥煤相应值以0.95%～1.35%区间为主。0.75%～0.95%区间是肥煤镜质体反射率分布的常见范围，A矿和B矿肥煤在该区间均有分布，变质程度较低的肥煤，其镜质体反射率趋向分布于小于0.75%区间，变质程度较高的肥煤，其镜质体反射率则更趋向分布于0.95%～1.35%区间。

表2 煤的镜质体反射率及其分布

2.2 胶质层体积曲线分析

图1为A矿肥煤和B矿肥煤的胶质层体积曲线。由图1可看出，A矿肥煤和B矿肥煤的胶质层体积曲线整体均呈“山”形。这主要是由于当肥煤置入煤杯中加热时，紧挨加热部位的煤杯底部肥煤开始软化，出现胶质体，随着胶质体量的增加，膨胀度增大，体积曲线开始向上。由于肥煤的胶质体丰富，透气性变差，加热形成的气体无法顺利析出，因此其体积曲线一直居高不下。当加热至后期时，煤中胶质体量减少，气体析出量也减少，同时半焦产生裂纹，气体可以从半焦侧和上部煤层(后期是胶质体层)析出，相应体积曲线逐渐下降，最终形成“山”形。但A矿肥煤的“山” 顶在水平面线之上，高于B矿，B矿肥煤整个“山”形都位于水平线之下，这是由于A矿肥煤胶质体的膨胀度高于B矿肥煤，使得其体积曲线上升较高。

(a) A矿

(b) B矿

2.3 基氏流动度和奥亚膨胀度分析

煤的流动度可以用于指导配煤和进行焦炭强度预测[3]，奥亚膨胀度能够直接测定烟煤的结焦性能[4]。两类表征煤的塑性指标如表3所示。由表3可看出，A矿肥煤的流动度远高于B矿肥煤，达到了65 508 ddpm。A矿肥煤的软化温度低于B矿肥煤，这主要是由于A矿肥煤的变质程度低，煤粒受热后，较快的软化熔融形成胶质体，使得搅拌桨较早地开始转动，且胶质体稀薄造成转速较快而出现流动度较高。从塑性温度区间来看，A矿肥煤的塑性温度区间温度达到105 ℃，较宽的塑性温度区间有利于提高配合煤干馏过程的软融区间及配合煤塑性状态的连续性，促进煤粒间界面反应的进行。从奥亚膨胀度b值指标来看，A矿肥煤的b值指标也高于B矿肥煤，达到202.4%。

表3煤的基氏流动度和奥亚膨胀度

Table3GieselerfluidityandAudibert-Arnudilatationofcoals

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

2.4 不同煤样成焦光学组织分析

单种煤成焦光学组织与该炼焦煤的变质程度有关，不同变质程度煤中的不同显微组分在成焦过程中会形成不同的焦炭光学组织[5]。焦炭光学组织是影响焦炭热性能的主要因素之一[6]。图2为两种煤样成焦的光学组织微观结构。由图2可看出，A矿肥煤成焦以细粒镶嵌结构为主，少量粗粒镶嵌结构存在于细粒镶嵌结构中，同时伴有一部分惰性结构；B矿肥煤成焦以粗粒镶嵌结构为主，存在少量细粒镶嵌结构，惰性结构尺寸大，较明显地分布于焦炭光学组织的各部位。

(a) A矿肥煤成焦

(b) B矿肥煤成焦

表4为两种煤样成焦光学组织分布。由表4可看出，A矿肥成焦的粒状镶嵌结构总和较高，达到90%，惰性结构仅为10%。B矿肥煤成焦的惰性组分则占到33%,粒状镶嵌结构总和仅占66%，低于A矿肥煤相应值，但B矿肥煤粒状镶嵌结构以粗粒镶嵌结构为主。与其他光学组织结构相比，粗粒镶嵌结构有利于焦炭热性能的提高[7]。

表4 焦炭的光学组织分布

2.5 不同变质程度肥煤配煤炼焦分析

从以上煤样煤质的指标可看出，A矿、B矿肥煤分别代表了不同类型的肥煤，A矿肥煤挥发分高，变质程度偏低，单种煤样成焦光学组织以细粒镶嵌结构为主，过多配用不利于焦炭质量的提高，但其胶质体非常丰富，且具有高流动度、高膨胀的特点，此类肥煤的配用能明显改善生产用配合煤的流动度和膨胀度。B矿肥煤的胶质体流动度、膨胀度低于肥煤的正常范围，在调节配合煤的流动度、膨胀度方面，其作用较弱，但其挥发分相对较低，变质程度偏高，且单种煤样成焦光学组织以粗粒镶嵌结构为主，对改善焦炭质量能够起到积极作用。

因此，上述两种肥煤在配煤炼焦中应区别配用。具体的配用情况应结合生产中配用的其他炼焦煤的煤质状况及实际生产中的配合煤构成，使不同煤质的肥煤资源在配煤炼焦中发挥其优势，从而在改善焦炭质量方面起到积极的作用。

3 结论

(1)A矿肥煤具有低灰低硫的特点，有助于调节配合煤的灰分、硫分；B矿肥煤变质程度高于A矿肥煤，其挥发分低，有利于焦炭产量的提高。

(2)A矿肥煤胶质体非常丰富，且具有高流动度、高膨胀的特点，对于调节配合煤的流动度、膨胀度方面的作用明显，可有效地改善配合煤的煤质。

(3)B矿肥煤具有成焦光学组织结构的优势，单种煤成焦以粗粒镶嵌结构为主，能明显改善焦炭的质量。

[1] 李安，李萍，陈松梅. 炼焦煤深度降灰脱硫的研究[J]. 煤炭学报，2007，32(6)：639-642.

[2] 王胜春，张德祥，陆鑫，等.中国炼焦煤资源与焦炭质量的现状与展望[J].煤炭转化，2011，34(3)：92-96.

[3] 孙会青，齐炜，胡进.煤的基氏流动度测定标准及测定仪研究[J]. 洁净煤技术，2011，17(6):73-76.

[4] 张晨，张晞.烟煤奥阿膨胀度测定仪的设计与实现[J].煤炭工程，2009(1): 99-100.

[5] 周师庸，赵俊国.炼焦煤性质与高炉焦炭质量[M].北京：冶金工业出版社，2005：90.

[6] 刘尚超，陈鹏，项茹，等.焦炭热性能影响因素分析[J].煤炭科学技术，2008，36(5)：104-108.

[7] 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.