气煤试验评价与应用研究

李志，周鹏，衣鹏

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口115007）

炼焦主要原材料洗精煤成本约占炼焦总成本的70%，如果能够配入更多低价的弱粘结性煤，无疑会对降本工作大有裨益。在可供选择的弱粘结性煤中，气煤既价格低廉，又能在一定程度上提高配煤挥发分，从而提高煤气回收率，是最具开发潜力的炼焦煤种。但气煤结焦性能较差，配用过程稍有不慎极易造成焦炭质量下降，且鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼焦部自开工以来尚无配用气煤炼焦的历史经验，因此存在较大的技术风险。如何选择合适的气煤，成为炼焦部自主科学配煤技术应用的关键。既要通过气煤的使用降低成本，又要保证焦炭质量的总体稳定，是摆在炼焦部科技人员面前必须研究攻克的技术难题。

综合对一些气煤资源的供应量和询价结果的初步筛选，炼焦部将气煤X、气煤L和气煤E作为进一步考察的对象，通过岩相分析[1-2]和小焦炉试验对气煤进行单种煤技术评价和不同比例的配用研究[3]，对不同气煤从煤质成分、煤岩特征、结焦性能和采购价格等多方面因素进行综合分析比较。

1 单种煤试验分析

单种煤试验评价主要通过工业分析、煤岩分析、40 kg小焦炉试验等，考察拟引进气煤的煤质和结焦性能，为下一步配用试验提供基础数据。

1.1 单种煤常规指标分析

按照《中国煤炭分类（GB 5751-1986）》和《炼焦用煤技术条件（GB/T 397-2009）》对煤的工业分析、全硫、粘结指数、胶质层指数进行检验，检验仪器及方法见表1，气煤常规指标分析结果见表2。

表1 检验仪器及方法

表2 气煤常规指标分析结果

由表2可知,气煤L和气煤E的灰分较低，比气煤X有明显优势；气煤E的硫分较低，优于气煤L和气煤X；对于粘结性指标G值、胶质层指数Y值，气煤E最优，其次为气煤L。

1.2 单种煤煤岩分析

煤岩分析采用HD型全自动显微镜光度计软件系统，煤样通过烘干、破碎、筛分制成煤砖，进行磨片处理，在ZEISS MY5000A显微镜下对煤样镜质组反射率进行测定，制成反射率分布图谱，得到煤样各个煤岩显微组成。依据《商品煤反射率分布图的判别方法（GB/T15581-1995）》，计算随机反射率的平均值和标准偏差。气煤镜质组随机反射率分布见图1。

图1 气煤镜质组随机反射率分布

煤岩分析结果显示，三者均为单一煤层煤，无混煤迹象。其中，气煤L的Rmax平均值为0.528，煤阶为长焰煤；气煤X的Rmax平均值为0.691，煤阶为气煤；气煤E的Rmax平均值为0.584，煤阶为长焰煤。从岩相分析结果来判断[4]，气煤X的结焦性能应好于气煤L和气煤E。

1.3 单种煤炼焦试验

对3种气煤进行了40 kg小焦炉单种煤炼焦试验。试验采用TH-SJLA-40C1型侧装式自动试验焦炉系统，炭化室墙由碳化硅砖砌成，两侧单独电加热方式，加热体为铁铬铌耐高温材料。测控温配有微机监控和试验管理系统，炼焦条件可以任意编程。焦炭成熟温度控制为1 050℃，结焦时间为19 h。出焦后采用湿法熄焦，焦炭先落下4次，筛分后取粒径60 mm以上焦炭12.5 kg入1/4米库姆转鼓，转鼓后的焦炭机械强度用M40、M10表示。焦炭热性质检测采用三段恒温式焦炭热态反应实验装置，用CRI和CSR表征焦炭热态性能。气煤单种煤炼焦试验结果见表3。

表3 气煤单种煤炼焦试验结果（质量分数） %

由表3可知，3种气煤相比较，气煤L结焦性最差，焦块粒度小，呈细条状，甚至因粒度达不到最低要求而无法完成强度试验；气煤X结焦性最好，能单独炼焦生成质量较好的焦炭；气煤E结焦性能较差，焦炭耐磨强度M40与气煤X相比有较大差距，热性质试验因焦块强度差，无法进行制样，因而无法测定。

综合上述试验结果，气煤X虽然从常规分析指标来看不如其它二者，但从煤岩分析和小焦炉试验得出的结焦性方面具有很大优势。因此，为满足高炉冶炼需求，以焦炭质量优先为原则，选用气煤X作为配煤研究的对象。

2 配煤炼焦试验

对选定的气煤X还要进行实际的配煤炼焦试验，确定合适的配煤比例，才能投入大焦炉生产应用。配煤炼焦试验同样采用与单种煤炼焦试验相同的40 kg小焦炉试验系统。进行炼焦试验前先通过HD型全自动显微镜光度计软件系统，依据事先测定得到的各单种煤煤岩分析数据与配煤方案，计算配煤最大镜质组反射率并绘制镜质组反射率分布图，形成理论配煤报告。通过对理论配煤报告的分析研究，从多套配煤方案中遴选出若干套可行的配煤方案进行炼焦试验。表4列举了3套配入气煤的配煤方案的炼焦试验结果，并与配入气煤前的配煤方案做了对比。

表4 气煤X配煤炼焦试验结果（质量分数） %

由表4可知，采用气煤炼焦，通过合适的配煤比例可以获得较为理想的焦炭质量。气煤配用比例在10%～14%时，适当替代肥煤、1/3焦煤、瘦煤炼焦，获得了与原配煤比例接近的焦炭质量，符合大焦炉生产要求。

3 气煤配煤炼焦生产应用情况

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司气煤X于2015年12月初开始投入使用。由于大焦炉生产与试验焦炉之间存在差异，气煤投入使用后又经过了多次调整，不断优化配用比例方案。2015年12月至2016年4月共配入气煤88 587 t，配煤总成本随之下降，焦炭质量主要指标CSR最高达到69.49%，创历史最好水平。气煤大生产配用情况见表5所示。

通过配入气煤炼焦，使配煤比例得到优化，降低了高价格煤的消耗比例，使炼焦成本中的原料消耗成本降低。将使用气煤后的2015年12月～2016年4月与使用气煤前的2015年7～11月进行对比，可计算出原料消耗比例变化对成本的影响。气煤使用期间消耗洗精煤1 153 266 t，因配煤结构优化降低成本12.94元/t，因此共降低炼焦成本为1 492.32万元。

表5 气煤大生产配用情况（质量分数） %

4 结论

（1）通过工业分析、煤岩分析、40 kg小焦炉试验等手段，研究了气煤的煤质和结焦性能，结合资源量和价格因素，选择了气煤X作为配煤基础煤种。

（2）通过研究合适的配煤比例，采用气煤炼焦，获得了理想的焦炭质量，同时取得了可观的经济效益。

（3）由于气煤X的资源量有限，其配用受到了一定限制，否则可进一步加大气煤配用比例，配煤成本仍有下降空间。今后有条件时可考虑引进更多气煤资源进行试验研究。

[1]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）： 13-16.

[2] 郑晓雷，代成．鞍钢鲅鱼圈炼焦用煤煤岩研究[J].鞍钢技术，2013（5）： 14-18.

[3] 孟庆波．国内外煤资源情况与优化配煤技术 [C]//2007年年会暨第四届三次理事大会论文集．北京:中国炼焦行业协会,2007：234-253.

[4] 周师庸．应用煤岩学[M].北京：冶金工业出版社．1985.