印尼途琥炼焦煤煤质特性研究

庞克亮，王超，刘冬杰，王旭，武吉（.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山4009；.鞍钢集团化工事业部，辽宁 鞍山40；.鞍钢股份有限公司炼焦总厂，辽宁 鞍山40）

研究与开发

印尼途琥炼焦煤煤质特性研究

庞克亮1，王超1，刘冬杰2，王旭3，武吉1
（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山114009；2.鞍钢集团化工事业部，辽宁 鞍山114021；3.鞍钢股份有限公司炼焦总厂，辽宁 鞍山114021）

针对印尼途琥炼焦煤的应用存在的分岐及认识盲区，利用鞍钢建立的炼焦煤评价体系对途琥煤进行煤质评价，并与鞍钢目前相近煤种进行比对分析，结果显示：印尼途琥煤属于品质较好的1/3焦煤，具有较好黏结性和结焦性指标、较宽的塑性温度范围，显微结构特征显示其属于单一煤层煤，镜质组平均最大反射率为1.037，途琥煤灰中碱酸比较大、碱金属含量较高。在全面、准确掌握途琥煤煤质特性的基础上，建议将途琥煤与其他煤种配合使用，并给出了应用煤岩方案进行配煤的具体实例，为鞍钢海外发展进行技术储备。

印尼炼焦煤；煤质分析；煤岩配煤；焦炭质量

印尼是世界炼焦煤主要出口国，而我国是世界上炼焦煤的使用大国，如何合理使用印尼的煤炭资源对我国资源类项目的发展最有重要意义，对鞍钢的海外发展战略具有重要的参考价值。

目前对鞍钢海外发展战略所涉及的印尼途琥煤的应用存在较多分歧，主要集中在是否可以实现单种煤炼焦、是否适合捣固炼焦。同时，对煤质的认识存在诸多盲区，例如，忽视了煤质的显微结构特征、灰成分组成特征等指标。为了充分认识一种煤，必须从多个角度、多个指标对煤质进行评价，才能更好的应用此煤种，使其在配煤中最大限度的发挥自身的优势。

印尼炼焦煤的变质程度较低，成焦性能差，同时，印尼地处近海区域，煤中矿物质不同于内陆炼焦煤资源，这些客观条件给印尼炼焦煤的具体应用带来了较大的局限性。而炼焦用煤的选择不仅直接影响焦炭质量指标和配煤成本，还直接影响高炉透气性、焦比、利用系数，同时，炼焦用煤成本占炼铁成本的30%，炼焦用煤的选择还将直接影响企业的炼铁成本［1-3］。因此，为解决以上问题，有必要从多方面、多角度进行印尼炼焦煤煤质分析，根据其煤质特性，发挥其在配煤中的有益作用。

本文利用鞍钢建立的炼焦煤综合评价方法，将典型的印度尼西亚途琥炼焦煤与鞍钢相近煤种进行对比分析，在充分认识途琥煤的优、劣势特点的基础上，提出了途琥煤的使用方向，并根据上述途琥煤的煤质特性进行了配煤炼焦实验，为途琥煤的应用提出了很好的指导方向。

1　试验方法及原料

煤的工业分析、硫含量测定、焦炭的冷热态强度、煤灰分组成、黏结性等指标均是根据相应国家标准方法进行测定。利用200 kg试验焦炉进行炼焦试验，利用自行设计的煤岩显微镜进行炼焦用煤显微特征测定，镜质组反射率分布图上的横坐标是随机反射率，用Rran表示，单位：%；纵坐标是频率：f，单位：%，其代表了反射率间隔0.1%时，各间隔内出现的测量点数。

本文试验所用煤样为印尼本地产量较大的典型炼焦煤—途琥煤。选择鞍钢目前应用的俊德煤、七台河煤与途琥煤进行比较。针对印尼途琥煤煤质特点、地域特点，提出可能与其进行较好配伍的澳大利亚海克焦煤。

2　试验内容与结果分析

2.1途琥炼焦煤的分类与评价

在我国煤分类标准中按煤变质程度由低到高将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类，将烟煤又细分为长焰煤、不黏煤、弱黏煤、1/2中黏煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和贫煤。炼焦煤属于烟煤范畴，我国利用干燥无灰基挥发分Vdaf、黏结指数G值、胶质层最大厚度y值、奥亚膨胀度b来划分烟煤［4］。在烟煤的国标分类基础上，鞍钢又增加了干燥基灰分Ad、表征焦炭冷强度质量的M40和M10指标，明确了焦煤、肥焦、1/3焦的分类标准。

挥发分是煤的变质程度指标之一，随着挥发分的降低，煤的变质程度增加。炼焦煤中，绝大部分灰分转入焦炭中，使焦炭的固定碳减少，用量增加，生产率降低。焦炭的灰分增加1%，炼焦焦比增加2%～2.5%、石灰石增加4%、高炉产量下降3%。为了降低灰分对焦炭质量、炼铁操作的影响，鞍钢规定，焦煤、肥煤的灰分不应大于10.0%，1/3焦煤的灰分不应大于9.0%。黏结指数指标是煤的分类指标之一，其能够很好表征煤的黏结惰性物的能力，即黏结性，而且可用作指导炼焦配煤、预测焦炭强度。胶质层指数主要包括胶质层最大厚度y值和最终收缩度x值，一般y值越大，黏结性越好，x值对焦炉中焦饼的收缩、焦块的块度、裂纹的多少及推焦是否顺利等有参考价值。奥亚膨胀度的b值是煤样在加热过程中膨胀的最大距离占煤笔试样长度的百分比，作为区分强黏结煤的辅助指标。

印尼途琥炼焦煤及相关煤种的煤质指标如表1所示。

表1　印尼途琥炼焦煤的煤质指标

根据印尼途琥煤的检测指标及国标分类，可以判断印尼途琥煤应属于较好的1/3焦煤，与鞍钢目前所用的俊德和七台河1/3焦煤相近，3种煤当中，俊德煤的变质程度最低、其次是印尼途琥煤。不同的是途琥煤具有较低的灰分，根据上述分析，灰分每降低1%，焦比降低2.0%～2.5%，因此，途琥煤的利用有利于高炉焦比的降低；同时，由于形成地处于沿海腹地，在成煤过程中经常受到海水的侵蚀，导致煤中的硫分较其他1/3焦煤高，但不属于高硫煤，与鞍钢所用的配合煤持平。

2.2途琥炼焦煤的可塑性及结焦性研究

煤的可塑性是指煤粉在隔绝空气条件下加热时，形成具有可塑性的胶质体，最后黏结成块状焦炭，并黏结惰性物料的性能。煤的塑性指标一般包括煤的流动性、黏结性、膨胀性和透气性以及塑性温度范围。要了解煤的塑性，既要测定胶质体的数量，又要掌握胶质体的质量，且必须用多种测试方法相互补充，才能比较全面的反映煤塑性的本质。本文利用黏结指数测定法进行塑性的间接测定，利用奥亚膨胀计法、胶质层指数测定法、基氏塑性度法进行塑性的直接测定。

煤的黏结性是指烟煤干馏时黏结其本身的或外来的惰性物质的能力，是煤干馏时所形成的胶质体显示塑性的另一种表征。国际上常用坩埚膨胀序数或罗加指数来表示煤的黏结性。我国参照罗加指数测定原理，研究制定了黏结指数的测定方法。

煤的结焦性是指单种煤或配煤在通常炼焦条件下制成适用于冶金燃料的性质，习惯上往往以焦炉中炼得焦炭的强度来表示。它不仅要包括焦炭的强度，还要包括焦炭的粒度分布、反应性和其他性质。炼焦煤必须兼有黏结性和结焦性，两者密切相关。

从表1中煤的可塑性指标可以看出，途琥煤的黏结性指标G、y值均高于同类1/3焦煤，具有较好的黏结惰性物的能力，即黏结性；y值代表了各煤种胶质体数量，途琥煤的胶质体的数量是最多的，途琥煤挥发分与其他2种1/3焦相比，相差不大，而且偏小，因此，析出的气体量相差不大，在此情况下，其具有较大的b值（见表2），说明其胶质体具有很好的膨胀性，在结焦过程中由于其膨胀的作用力，增加胶质体与惰性物接触的机会，对焦炭质量的提升具有积极的作用。途琥煤具有较低的收率性x值，预示着焦炭的裂纹较少，块度较大。

本文在测定途琥煤塑性指标时，除了上述的G值、x、y值，还进行了奥亚膨胀度指标和基氏流动度指标的测定，具体结果见表2所示。

表2　印尼途琥煤的奥亚膨胀度及基氏流动度指标

炼焦煤的结焦能力G0用公式（1）表示。优质炼焦煤的G0值通常介于1.05和1.10之间。根据表3中的数据，途琥煤、俊德、七台河3种1/3焦煤的结焦能力G0值分别为1.081、1.038和1.067。在3种1/3焦煤当中途琥煤的结焦能力最好，其次是七台河，俊德最弱。

此外，从表2中可以看出，3种1/3焦煤的塑性温度范围相差不大。途琥煤的最大流动度较差，尽管途琥煤具有较大的膨胀度、较好的结焦能力，但由于其流动性较差，其结焦性将受到影响。

综合上述各分析结果，从煤的宏观指标方面分析途琥煤优势特点如下：途琥煤属于1/3焦煤中较好煤种、黏结性惰性物料的能力指标G值较大、胶质体的数量（y值指标）较多、膨胀度b值较大、结焦能力G0较好；缺点如下：收缩度x值较少，流动性MF较差。

2.3印尼途琥炼焦煤的显微结构特征研究

利用煤岩显微镜测定途琥煤的煤岩特征，并与俊德、七台河1/3焦煤进行对比。结果见图1所示，结果显示，途琥煤是单一煤层煤，镜质组最大反射率为1.037。鞍钢目前所用的俊德1/3焦煤、七台河1/3焦煤均不同程度出现了混煤现象，不过，俊德煤主要是由高挥发分的气煤类煤、肥煤类煤所混，而七台河煤是由变质程度与途琥煤相近的气煤类煤、肥煤类煤与低变质程度的焦煤混合而得。因此，七台河煤在常规煤质指标上显示出其变质程度要高于俊德煤、途琥煤。目前，鞍钢股份有限公司炼焦总厂常用的配合煤的活惰比在3.0～5.0之间，而上述3种1/3焦煤的活性组分均要高于平均值，在炼焦过程中均会形成较多的胶质体，利于黏结惰性物质。值得注意的是，途琥煤的活惰比为206.6，几乎全部是活性组分，这与途琥煤的成煤条件有关，印尼是千岛之国，原生植物大多处于水下无氧环境，因此，形成了较多的镜质体，故表现为高活性组分含量。

2.4印尼途琥炼焦煤的灰成分特性研究

对途琥煤的灰分组成进行分析，其中Na、K是利用原子吸收光谱仪进行分析，其他元素利用X射线荧光光谱仪进行分析，利用式（2）计算碱酸比，各煤种的灰分组成见表3。

图1　不同1/3焦煤的镜质组反射率分布

表3　各煤种的灰分组成

从3种1/3焦煤试验结果可见，途琥煤的碱酸比较高，且其中的Na2O、K2O含量也较高，同时，由于Na、K对焦炭质量的影响较为明显，因此，途琥煤的灰分对焦炭质量的劣化作用会相对明显。另一方面，由于途琥煤的Fe元素含量也较高，其在推焦过程中会加剧其对焦炉的磨损。

3　印尼途琥炼焦煤的应用研究

利用途琥煤进行200 kg试验焦炉的单种煤炼焦试验，并与其他煤种进行比较，途琥焦炭冷态强度M40、M10分别为61.6%、9.1%；俊德焦炭冷态强度M40、M10分别为59.8%、12.7%；七台河焦炭冷态强度M40、M10分别为78.4%、7.8%。途琥焦炭冷态强度好于同类煤种的俊德焦炭，但比七台河焦炭质量差，其结果与煤岩显微组成相吻合。途琥煤虽具有较好的奥亚膨胀度指标，但是，其活性组分较多，没有可以黏结的惰性组分，焦炭在高炉中的支撑骨架作用较弱，因此，在单种煤炼焦过程中，不能发挥其活性组分多、膨胀度较大的优势。相反，其较高的钠、钾含量、碱酸比影响了焦炭的质量，以至于所形成焦炭块度较小。

针对印尼途琥煤的煤质特点，提出利用活性组分较低的海克焦煤与其进行配煤试验，海克焦煤的各煤质数据见表4，海克的煤岩特征如图2所示，海克煤的活惰比为1.19，两者的煤岩镜质组反射率分布的理论叠加图见图3。

表4　海克焦煤各煤质指标

图2　海克煤镜质组反射率分布

图3　途琥与海克按60∶40配比的镜质组反射率分布

从图3可以看出，两种煤的镜质组反射率重叠的较好，可以作为配煤的基础依据。根据上述途琥煤的分析结果可知，其活惰比为206.6，按照理论计算，如果途琥煤的配比分别为40%、50%、60% 和70%，相应海克煤的配煤比为60%、50%、40% 和30%，则由途琥煤与海克煤组成的配合煤的活惰比分别为2.63、3.34、4.40、6.13。当活惰比为2.63 和6.13时，超出了炼焦配合煤最佳活惰比的范围，因此，需要根据试验所得焦炭质量优选活惰比分别为3.34和4.40时的相应单种煤的配比，利用200 kg试验焦炉进行炼焦试验，其具体结果见表5所示。

表5　印尼途琥煤不同配比的焦炭质量指标

从200 kg试验焦炉炼焦试验结果可以看出，当印尼途琥煤为60%、海克煤为40%配比时，焦炭质量较好，比印尼单种煤炼焦所得焦炭质量有了明显改善。另外，经过分析，按上述配比所得配合煤的胶质层指数最终收缩度x值为21.8 mm，比印尼途琥的13.2 mm有了大幅提高，使推焦操作不会受到x值偏小的影响。

4　结论

（1）印尼途琥煤属于1/3焦煤中较好煤种、黏结惰性物料的能力指标G值较大、胶质体的数量（y值指标）较多、膨胀度b值较大、结焦能力G0较好，但是，其收缩度 x值较少，流动性 MF较差。

（2）印尼途琥煤显微结构特征显示其属于单一煤层煤，镜质组平均最大反射率为1.037，活惰比高达200以上；

（3）印尼途琥煤灰中碱酸比较大、碱金属含量较高，在高炉操作过程中，将加速焦炭的劣化过程；另外其灰中Fe元素含量也较高，其在推焦过程中，会加剧其对焦炉的磨损。

（4）如果进行单种煤炼焦，其焦炭质量较差，由于其显微结构中几乎全部是活性组分，在高炉运行中起不到应有的骨架作用；同时由于其具有较大的奥亚膨胀度指标，会对炉墙产生较大压力；此外，胶质层指数最终收缩度x值较小，可能会造成推焦困难；

（5）当印尼途琥煤与澳大利亚海克焦煤按60∶40比例进行配合时，二者具有很好的配伍性，镜质组反射率分布图连续、呈现较好的正态分布、活惰比合理、焦炭质量较好、为印尼炼焦煤的应用提出了很好的方案。

［1］庞克亮，唐复平，栗红，等.配煤热压块操作参数的选择研究［J］.鞍钢技术，2014（6）:13.

［2］庞克亮，王明国，赵恒波，等.鞍钢鲅鱼圈煤岩配煤技术的开发与应用［J］.鞍钢技术，2015（5）:13.

［3］庞克亮，刘冬杰，王明国，等.煤岩学在炼焦生产中的应用［J］.钢铁，2015，50（10）:26.

［4］虞继舜.煤化学［M］.北京：冶金工业出版社，2000.

（编辑贺英群）

Study on Characteristics of Tuhup Coking Coal from Indonesia

Pang Keliang1，Wang Chao1，Liu Dongjie2，Wang Xu3，Wu Ji1
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation，Anshan 114009，Liaoning，China；2.Chemical Engineering Department of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China；3.General Cokemaking Works of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

With regard to the existing differences of opinion and blind spots of understanding on the application of Tuhup coking coal from Indonesia，the coal quality of Tuhup coal was evaluated by the Ansteel Evaluation System for Coking Coal.After that the analysis by comparing it with similar types of coal used in Ansteel now was done.The analytical results show that Tuhup coal from Indonesia is similar to the feature of one third coking coal with preferable caking property and cokeability and relatively broad limit of ductility temperature，whose microstructure characteristics indicate that it is the kind of coal with single coal seam and the mean maximum reflectivity of its vitrinite is 1.037，but its coal ash has higher ratio of alklia to acid with higher content of alkali metal.On the basis of comprehensive and accurate understanding of the characteristics of Tuhup coal，it is suggested that Tuhup coal can be blended with other types of coal and actualexamples based on coal blending scheme by coal petrography blending were given，which can be the technological reserve for overseas development for Ansteel.

coking coal from Indonesia；analysis of coal quality；blending by coal petrography；coke qualityquality

TQ522

A

1006-4613（2016）04-0022-05

庞克亮，博士，高级工程师，2007年毕业于东南大学热能工程及工程热物理专业。E-mail:pangkeliang@163.com

2016-03-11