如何根据配合煤指标预测焦炭质量

张阳　回柳

摘 要：在进行炼焦生产中配合煤指标是影响焦炭质量的主要因素之一。如何在降低成本的情况下生产出合格的焦炭是各个焦炭生产企业主要研究的课题之一。配合煤指标主要包括：化学成分指标即灰分、硫分和磷含量，工艺性质指标即煤化度和粘结性，煤岩组分指标和工艺条件指标即水分、细度、堆密度等。衡量焦炭质量好坏的指标主要包括：焦炭的粒度、抗碎强度和耐磨强度、热反应性和反应后强度。

关键词：配合煤；指标；焦炭；强度

前言

随着高炉的大型化对冶金焦炭的质量要求的提高及我国煤炭资源的分布不均匀，导致我国焦炭行业必须采用多种煤配合炼焦。用两种或者两种以上的煤均匀的按照适当的比例配合就叫做配合煤。配合煤的几种主要的指标为水分、灰分、挥发份、硫份、细度等指标。每项指标都是影响焦炭质量的重要因素之一。

（1）配合煤的水分多少和其稳定与否，对焦炭产量、质量一级焦炉寿命都有很大影响。首先对生产来说，水分高将延长结焦时间，配合煤的水分每增加1%，要求立火道温度上升5～7摄氏度，炼焦耗热量增加30kj/kg，结焦时间延长10～15分钟，从而降低产量。其次配煤水分过高，产生的酚水量增加。此外，煤料的堆密度与水分有较大关系，干煤堆密度最大，随着水分增加密度减少，当配合煤水分为7%～8%时，堆密度最小，为干煤堆密度的85%左右，对煤进行干燥可使堆密度增加，从而改善煤料的粘结性。但是水分过小不利于生产操作，所以配合煤的水分一般要求在7%～10%之间，并保持稳定，以免影响焦炉加热制度的稳定。

（2）配合煤的灰分在炼焦后全部转入焦炭中，一般配么的成焦率为70%～80%，焦炭的灰分为配煤的1.3～1.4倍。灰分是惰性物质，配合煤灰分高则粘结性降低。灰分的颗粒较大，硬度比煤大，它与焦炭物质之间有明显的分界面，而且膨胀系数不一样，当半焦收缩时，这个界面上的应力集中，成为裂纹的中心，灰分颗粒越大则裂纹越宽、越深、越长，所以配合煤的灰分高焦炭的强度低。配煤的灰分指标是按焦炭规定的灰分指标经计算得来的，即配煤灰分（A煤）=焦炭灰分（A焦）×全焦率（K，%）不同用途的焦炭对灰分的要求各不相同，我国的一级冶金焦的灰分≤12%，按成焦率75%计算，配合煤灰分≤9%比较适合，炼气化焦时，配合煤则为15%左右。

（3）配合煤的硫分也是影响焦炭质量的重要指标之一。当焦炭含硫高时，会使生铁含硫提高，质量较低，增加高炉碱度使高炉操作恶化。通常焦炭中的硫份每增加0.1%，焦比增加1.2%～2.0%，高炉生产能力下降2%。在炼焦过程中配合煤当中约有60%～70%转入焦炭，因配合煤的产焦率为70%～80%，故焦炭硫分约为配合煤硫分的80%～90%。由此可根据焦炭对硫分的要求计算出配合煤硫分的上限。我国一级冶金焦的硫份要求是≤0.6%，所以配合煤的硫分≤0.75%。

（4）配合煤中的磷分几乎全部转化到焦炭中，由于含磷量高的焦炭将使生铁冷脆性变大，因此生产中要求配合煤的含磷量低于0.05%，中国的冶金焦和铸造焦出口时，外商对磷含量的要求十分严格，气化焦对磷含量一般没有特殊要求。

（5）配合煤的煤化度是表述煤的变质程度，常用的指标是挥发分Vdaf和平均最大反射率Rmax，两者之间有密切的联系。根据鞍山热能研究院对我国148种煤所做的回归分析得出如下方程

Rmax=2.35-0.04Vdaf

确定配合煤的煤化度控制值应从需要、可能、合理利用资源、经济实效等方面综合权衡。配合煤的挥发分过高由于其收缩系数大，导致焦炭的平均粒度过小，抗碎强度低。但挥发份又与化学产品的产率成正比，从兼顾焦炭质量以及焦炉煤气和炼焦化学产品产率出发，各国通常将装炉煤挥发分控制在28%～32%范围内。生产大型高炉所用焦炭的常规炼焦配合煤，煤化度指标控制的适宜范围是Rmax=1.2%～1.3%，相当于Vdaf=26%～28%。但还应视具体情况，并结合粘结性指标的适宜范围一并考虑。气化焦用煤的挥发分应大于30%。

（6）配合煤的粘结性指标是影响焦炭强度的重要因素。各国用来表征粘结性的指标各不相同。常用的指标有煤的膨胀度b、煤的流动度MF、胶质层指数y、X和粘结指数G，这些指数大，表示粘结性强。多数室式炼焦配合煤粘结性指标的适宜范围有以下数值：最大流动度MF值为70（或100）～103ddpm，奥-阿膨胀度≥50%，最大胶质层厚度y为17～22mm，G为58～72。气化焦对配煤的粘结性指标要求较低。配合煤的粘结性指标一般不能用单种煤的粘结性指标按加和性计算。我国对粘结性指标的表述一般采用胶质层最大厚度y值和粘结指数G值的方法。

（7）配合煤的煤岩组分的比例要恰当，配合煤的显微组分中的活性组分应占主要部分，但也应有适当的惰性组分作为骨架，以利于形成致密的焦炭，同时也可缓解收缩应力，减少裂纹的形成。惰性组分的适宜比例因煤化度不同而异，当配煤的平均最大反射率Rmax<1.3时，以30%～32%较好；当max>1.3时，以25%～30%为好。采用高挥发分煤时，尚需考虑稳定组含量。

（8）配合煤的细度是量度炼焦煤粉碎程度的一种指标，用小于3mm粒级煤占全部配合煤的质量百分率来表示。各国焦化厂都根据本厂煤源的煤质和装炉煤的工艺特征确定细度控制指标。将煤粉碎到一定细度，可以保证混合均匀。从而改善焦炭内部结构的均匀性。细度过低，在运输过程中会造成偏析现象而使混合不匀，会因矿物质太大而使焦炭内部结构不均一，也由于惰性物质的颗粒较大而生成较大裂纹，使焦炭强度降低。细度过高，不仅粉碎机动力消耗过大，设备生产能力降低，还由于煤尘（<0.5mm）增多，使装炉操作困难，集气管内焦油渣增加，焦油质量变坏等不利因素。更主要的是细度过高，降低装炉煤的粘结性和堆密度，以至于降低焦炭的质量和产量。在配合煤中，弱粘结性煤应细粉碎，强粘结性煤细度不要过高，有利于提高焦炭的质量和产量。一般对配合煤细度控制范围为：顶装炼焦时，小于3mm粒级量为72%～80%，配型煤炼焦时为85%左右，捣固炼焦时为90%以上。控制配合煤细度的措施主要有：正确选用煤粉碎机；在粉碎前筛出粒度小于3mm的煤，以免重复粉碎。

（9）配合煤的堆密度是指焦炉炭化室中单位容积煤的质量，常以kg/m3表示。其它影响配合煤对密度的因素还有在前面所说的配合煤的水分、细度等。配合煤堆密度大，不仅可以增加焦炭产率，而且有利于改善焦炭质量。但随着堆密度的增加，膨胀压力也增大，而且配合煤膨胀压力过大会引起焦炉炉体破坏。因此，提高配合煤堆密度以改善焦炭质量的同时，要严格防止膨胀压力超过极限值，一些国家对膨胀压力极限值视试验条件不同而不同，其范围波动在10～24kPa范围内。

综上所述，要生产出质量合格的焦炭的前提条件是要配出合格的配合煤。配合煤是影响焦炭质量的重要因素。

参考文献

[1]于振东，蔡承 .焦炉生产技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[2]潘立慧，魏松波.焦炉技术问答[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[3]苏宜春.炼焦工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1994.endprint