印尼煤的煤质特征及与国内炼焦煤配伍性研究

郭 琴，董晴雯，鲁 帅，林志龙，史世庄

(武汉科技大学煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室，湖北 武汉，430081)

随着我国钢铁工业的迅猛发展，国内对炼焦煤的需求量大增，越来越多的企业不得不在国外寻求新的煤源。印度尼西亚是世界上最大的煤炭出口国，其地处东南亚，离中国较近，运输成本低，同时印尼煤还具有价格优势，近年来中国已成为印尼煤的主要进口国[1]。印尼煤大多是新生代第三纪煤，属低变质程度的烟煤，其成因与国内炼焦煤(受长期的地热、地压等因素影响)相差较大，导致其煤质与国内炼焦煤的煤质可能存在较大差异[2-3]，难以按中国煤的性质加以应用。因此，本文以某焦化公司进口的印尼焦煤、肥煤、1/3焦煤以及国内同牌号的田庄焦煤、两渡肥煤和枣庄1/3焦煤为研究对象，从工业指标、工艺指标、煤岩指标以及单种煤结焦性等方面进行系统对比分析，并以生产常用配比为基础进行20 kg实验焦炉配煤炼焦实验，探讨印尼煤与国内炼焦煤的配伍性能。

1 实验

1.1 实验原料

实验原料选用该公司从印度尼西亚进口的焦煤、肥煤、1/3焦煤以及该公司常用的国内同牌号炼焦煤：田庄焦煤、两渡肥煤和枣庄1/3焦煤。

1.2 实验方法

1.2.1 炼焦实验

单种煤和配煤炼焦实验在20 kg实验焦炉中进行，按该公司企业标准操作。

1.2.2 分析方法

单种煤和配合煤的Ad、Vdaf按GB/T 212—2008测定，St,d按GB/T 214—2007采用YX-DL型一体化定硫仪测定，黏结指数G按GB/T 5447—1997测定，胶质层指数Y和X按GB/T 479—2009测定，奥亚膨胀度b按GB 5450—85测定，基氏流动度指标(MF、TS、TR-TS)按美国标准ASTM D2639测定，镜质组最大反射率Rmax按GB/T 6948—2008测定，煤的显微组分按GB/T 8899—1998测定。

焦炭的CRI、CSR按GB/T 4000—2008测定，M40、M10参照GB/T 2006—1994采用试验转鼓测定，焦炭的光学组织按YB/T 077—1995测定。

2 结果与讨论

2.1 单种煤性质及其结焦性

2.1.1 单种煤的煤质分析

各单种煤的煤质分析结果如表1、表2和图1所示。由表1可见，与国内同牌号煤相比，印尼煤的灰分Ad和硫分St,d均较低，黏结性较强，膨胀度较大，软化温度TS较低，但塑性温度区间(TR-TS)较小，胶质体的流动性较差。

表1 单种煤的煤质分析

表2 单种煤的煤岩分析

(a)印尼焦煤 (b)印尼肥煤(c)印尼1/3焦煤

(d)田庄焦煤 (e) 两渡肥煤(f)枣庄1/3焦煤图1 单种煤的反射率分布直方图Fig.1 Reflectivity distribution histograms of coals

由表2和图1可见，印尼煤与国内同牌号煤的变质程度大体在同一范围；印尼煤的反射率标准差S均小于0.1，为单一煤种，而国内的田庄焦煤和两渡肥煤为简单混煤，枣庄1/3焦煤为单一煤种。国内混煤情况比国外严重些，且在不同时段的混煤情形复杂多变，这些不稳定因素对生产单位的配煤炼焦造成一定的影响，若配入一定比例属于单种煤的印尼煤，则便于控制配煤质量。另一方面，印尼煤的镜质组含量很高，活性成分较多，惰质组成分较少，其活惰比高达24以上，在炼焦过程中对焦炭的反应性和反应后强度会产生不利影响。相对而言，国内煤的活性组分和惰性组分含量较均衡，其活惰比在1～2之间。合适的活惰比将有利于焦炭强度的提高[4-6]。

2.1.2 单种煤的结焦性分析

对各单种煤所制焦炭进行抗碎强度(M40)、耐磨强度(M10)、反应性(CRI)、反应后强度(CSR)和光学组织测定，结果如表3、图2和表4所示。

由表3可见，与国内同牌号煤所制焦炭相比，印尼焦煤和印尼肥煤所制焦炭的粗粒镶嵌组织较少，中粒镶嵌组织较多，没有纤维状组织，其原因是国内田庄焦煤和两渡肥煤均为简单混煤，其中混有不同变质程度的煤种[6]；印尼1/3焦煤所制焦炭与枣庄1/3焦煤所制焦炭的光学组织大体相同，因为两种焦煤均为单一煤种。

表3 单种煤所制焦炭的光学组织(单位：%)

由图2可见，印尼焦煤所制焦炭的粗粒镶嵌组织与田庄焦煤所制焦炭的粗粒镶嵌组织有一定差异，前者几乎全是简单的镶嵌结构，而后者倾向于流线状，这是由田庄焦煤中变质程度高的成分所致。

由表4可见，与国内同牌号煤所制焦炭相比，印尼煤所制焦炭的抗碎强度M40和反应后强度CSR均较低，反应性CRI较高，这是因为印尼煤显微组分的活惰比太高，容易形成泡焦，导致焦炭结构致密度较低。

(a)印尼焦煤焦炭(粗粒) (b)印尼肥煤焦炭(中粒)(c) 印尼1/3焦煤焦炭(各向同性)

(d)田庄焦煤焦炭(粗粒+纤维) (e)两渡肥煤焦炭(粗粒+惰性)(f)枣庄1/3焦煤焦炭(细粒)图2 单种煤所制焦炭的显微结构Fig.2 Microstructures of cokes from single coal

M40M10CRICSR73.47.039.939.572.18.142.135.21/370.99.847.029.478.76.931.346.674.010.132.840.51/371.78.435.137.2

总之，与国内同牌号煤相比，印尼煤具有低灰、低硫、黏结性强、膨胀性强等优点，同时具有流动性和结焦性差等缺点。

2.2 印尼煤与国内炼焦煤的配伍性

2.2.1 配煤方案及配合煤性质分析

根据原料煤性质及其结焦性分析，结合该公司用煤情况和日常配比，用印尼焦煤、印尼肥煤、印尼1/3焦煤分别完全或部分替代国内的田庄焦煤、两渡肥煤、枣庄1/3焦煤，以探讨印尼煤与国内煤的配伍性。配煤方案如表5所示(方案1为基准方案)，配合煤的分析结果如表6所示。

由表6可见，与方案1相比，其他配煤方案中配合煤的灰分(Ad)和硫分(St,d)均有所降低，而黏结指数(G)和胶质层指数(Y)均有所增大或持平。这是因为，与所替代的国内同牌号煤相比，印尼煤的灰分、硫分较低，黏结指数、胶质层指数较高。因此，配入印尼煤具有降灰、降硫、提高黏结性的作用。

表5 配煤方案(单位：%)

表6 配合煤的煤质分析

2.2.2 配煤成焦质量分析

按表5所示7个方案进行配煤炼焦实验，所制焦炭的性能如表7所示。由表7可见，与方案1相比，其他方案中配合煤所制焦炭的抗碎强度M40和耐磨强度M10均有所劣化(即M40减小、M10增大)，同时焦炭的反应性CRI增大、反应后强度CSR下降，并且替代量越大，焦炭性能劣化越严重(例如方案2与方案3相比、方案4与方案5相比、方案6与方案7相比)。这表明以印尼煤替代同牌号国内煤对焦炭的强度和热性能有不利影响，其原因可能是印尼煤中活性组分过多而惰性组分不足。总之，由于印尼煤与该公司所用的同牌号国内煤在性质上有很大的差异，故不宜直接替代国内煤进行配煤炼焦，而应根据其特性进行配煤优化设计。

表7 配合煤所制焦炭的性能指标(单位：%)

3 结论

(1)与国内同牌号的田庄焦煤、两渡肥煤和枣庄1/3焦煤相比，印尼焦煤、肥煤和1/3焦煤均具有灰分和硫分低、黏结性强、膨胀度大、流动性差、塑性温度区间小等特点。

(2)3种印尼煤均是单一煤种，而国内同牌号的煤有一定的混配；印尼煤的活惰比失衡，活性组分过高，惰性组分不足；印尼煤结焦性较差，单种煤所制焦炭多为泡焦，其反应性较高，反应后强度低，机械强度不高。

(3)印尼焦煤、肥煤和1/3焦煤不宜直接替代国内的田庄焦煤、两渡肥煤和枣庄1/3焦煤进行配煤炼焦，否则会导致焦炭的机械强度、反应性、反应后强度均变差，并且替代量越大，焦炭的性能劣化越严重。

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