新汶气煤与气肥煤在炼焦配煤中比例提升研究

张启林，王学民，侯宇红，杨 硕，田 亮，王飞飞

(1.山东能源集团煤炭营销有限公司,山东 济南 250014； 2.新汶矿业集团有限责任公司 煤炭产品研发管理中心，山东 泰安 271000)

我国炼焦煤资源相对比较丰富[1-6],以高挥发分气煤(包括1/3焦煤)为主，而肥煤、焦煤、瘦煤总量尚不到炼焦煤储量的50%，而其中约有半数肥煤、瘦煤为高硫煤，约1/3左右的焦煤为高硫、高灰煤[7-10]。此种资源状况决定了长期以来我国优质炼焦煤处于短缺的局面。

随着新矿集团老区矿井开采深度的延伸，气肥煤产量逐年提高；内蒙古矿区气肥煤比例也占至整个矿区产量的50%以上。入洗后的精煤具有低灰、高挥发分、高硫、强黏结性的特点，如孙村、良庄、翟镇、协庄、华恒、长城、福城矿的气肥煤产品均具上述特点。为提高钢铁企业炼焦过程中气肥煤的配比比例，通过对新汶气煤、气肥煤进行焦化试验，分析增加其在炼焦过程中比例的可行性以提高冶炼精煤市场对该企业主要产品的依存度，进而提高企业的经济效益。

1 配煤试验

1.1 试验煤样的选择

配煤试验共采集12个煤样，其中1/3焦煤2个、气煤1个、气肥煤1个、肥煤2个、焦煤4个、瘦煤2个。试验煤样选择的矿点分布详见表1。

其中气煤大协、气肥煤东都、肥煤龙崮集为山东能源新汶矿务局提供的炼焦煤。以下重点研究在焦炭质量满足马钢企业标准的情况下新汶气煤大协、气肥煤东都的配加比例。

1.2 实验方案

配煤试验制订的10组配煤试验方案见表2。

表1 试验煤样选择的矿点分布

大类气煤1/3焦煤气肥煤肥煤焦煤瘦煤序号123456789101112矿点大协103104东都龙崮集204301302305307401402

表2 新汶气煤及气肥煤配煤炼焦实验方案

大类煤种气煤1/3焦煤大协望峰岗官桥肥煤东都龙崮集山家林焦煤峰景石台介休兑镇瘦煤青龙山五阳Ad/%8.529.878.467.738.258.3910.519.478.7510.329.48Vdaf/%41.233.0436.5742.7536.1323.2224.1922.8722.0416.5214.12St/%1.340.390.781.570.630.570.481.372.720.370.38GR.I898986969695898788895314Y/mm14.514.512.526.42621.517.512.814.813.06.05.0N1N212121212101510773N312121212101510773N412121212101510773N51212159101510773N61212159101510773N71212186101510773N81212186101510773N9121224101510773N1012121212101510773

表2中，方案N1为6.0 m焦炉生产试样；方案N2为基准方案，1/3焦煤占24%、气肥煤和肥煤占24%、焦煤占42%、瘦煤占10%；方案N3为1/3焦煤与气煤相互替代，与基准方案N2相比，即大协煤等比例代替望峰岗煤；方案N4为1/3焦煤与气煤相互替代，与基准方案N2相比，大协煤代替官桥煤；方案N5与基准方案N2相比，配煤结构保持不变，调整气肥煤和肥煤配比，增加气肥煤比例(气肥煤东都由12%增至15%，龙崮集肥煤由12%降至9%)；方案N6与N5方案相比，为1/3焦煤相互替代，即大协代替官桥煤；方案N7与基准方案N2相比，配煤结构保持不变，进一步提高气肥煤比例，减少肥煤比例(气肥煤东都由12%增至18%，龙崮肥煤由12%降至6%)，其它煤种和比例保持不变；方案N8与N7方案相比，为1/3焦煤相互替代，即大协代替官桥煤；方案N9与基准方案N2相比，为气肥煤和肥煤全部用气肥煤东都煤(24%)；方案N10与基准方案N2相比，为肥煤间相互替代，用山家林肥煤代替龙崮肥煤。

1.3 配合煤质量分析

配合煤的常规分析见表3。由于山东新汶的气煤、气肥煤的挥发分均很高，其硫分也较高，因此配加其炼焦，则配合煤的挥发分、硫分将会随着配加比例增加呈上升趋势。此次试验中，气肥煤的比例由基准组的12%提高至24%，气煤与1/3焦煤交替使用。

由表3可知，配合煤Vdaf的变化区间为27.25%(基准组)～29.84%，硫分变化区间为0.78%(基准组)～1.04%。此次试验在保证肥煤(含气肥煤)总比例不变的前提下变化气肥煤比例，大协气煤的变化也在1/3焦煤之间相互替代，因此Y值变化较小，X变化区间为37.0 mm～42.5 mm，Y值变化区间为15.0 mm～16.3 mm。

1.4 40 kg试验焦炉炼焦试验结果

配合煤试验炼焦对应焦炭质量数据见表4。

表3 配合煤常规分析表

方案工业分析/%MadAdVdaf全硫/%St,d胶质层指数X/mmY/mm曲线型N11.329.5927.250.7838.016.3“之”字型N21.359.2029.260.8839.516.0“之”字型N31.488.7729.840.7839.515.5“之”字型N41.249.1229.700.8640.015.2“之”字型N51.249.0829.580.9240.515.5“之”字型N61.419.0329.370.9039.516.0“之”字型N71.139.0929.800.9537.015.2“之”字型N81.179.2629.530.9437.515.0“之”字型N91.168.7729.741.0438.515.0“之”字型N101.369.0728.890.9847.816.0“之”字型

表4 配合煤试验炼焦对应焦炭质量数据

方案焦炭工分及全硫/%MadAdVdafSt,d焦炭强度/%CRICSRM40M10转鼓后筛分组成/%>8080～6060～4040～2020～10<10平均粒度/mmN10.6611.941.060.7336.543.379.769.6843.5929.7318.375.011.002.3073.85 N20.6111.770.940.7838.244.178.489.9238.5132.2721.874.410.732.2172.25 N30.6611.661.140.7840.539.680.329.6041.2128.0721.855.990.931.9572.40 N40.6711.781.000.7337.146.376.089.8438.5228.5124.276.180.701.8271.34 N50.5611.911.110.7539.342.478.729.5235.4433.7522.395.480.852.0970.92 N60.6412.001.190.7536.745.280.008.8038.3030.9422.805.630.791.5471.92 N70.8911.971.040.7939.842.080.568.0839.8129.8722.215.150.832.1372.23 N80.7011.781.000.7334.647.379.529.5235.8632.0623.186.120.752.0370.71 N90.8712.211.220.7936.444.178.809.9236.5132.4322.275.910.951.9371.10 N100.9112.261.050.8538.743.385.209.5258.5826.1510.072.270.522.4180.78

1.4.1生产焦炉与40 kg试验焦炉焦炭质量对比

取马钢6 m生产焦炉配合煤试样1份,进行实炉与试验炉同比试验，得出40 kg试验炉与6 m实炉(干熄焦)焦炭质量指标存在较大的差异。试验炉CRI偏高12.5%，CSR降低25.7%，M40降低9.4%，M10偏高4.2%,焦炭的平均粒度试验炉较实炉高27.4 mm。以上数据对比相差较大，主要由于2种焦炭的熄焦方式不同,试验焦炉为湿法熄焦，而生产焦炉为干法熄焦。同时据了解，生产焦炉与试验焦炉的数据差异因各家生产焦炉与试验炉的炉型不同而不同。马钢6 m焦炉焦炭与40 kg试验焦炉焦炭质量对比详见表5。

表56m焦炉焦炭与40kg试验焦炉焦炭强度及块度差异

项目焦炭质量指标M40/%M10/%CRI/%CSR/%平均粒度/mm配合煤试验焦炉79.89.736.543.373.9 生产焦炉89.2 5.5 24.069.046.5

1.4.2实验结果分析

以下分析对比10组配煤试验方案，详述如下:

(1)方案N2为基准方案，试验焦炉所得焦炭热态性质CRI为38.2%，CSR为44.1%；冷态性质M40为78.5%，M10为9.9%。焦炭的平均粒度为72.2 mm。此方案与生产方案相比，所得试验焦炉的焦炭质量相当。

(2)方案N3与基准组N2相比，大协气煤等比例替代望峰岗1/3焦煤，其它配比不变。其所得焦炭热性质(CRI 40.5%、CSR39.6%)较低，冷态强度、焦炭的平均粒度与基准组基本相当，表明用大协煤代替望峰岗煤后所炼焦炭的热性质会降低。由于大协煤较望峰岗煤变质程度低，其黏结性与结焦性也劣于望峰岗煤，大协与望峰岗的基氏流动度指标lgMF分别为3.76、4.00；全膨胀TD前者低于后者(前者、后者为111.7%，146.6%)。由配合煤镜质体反射率分布图可知，其与基准方案N2分布相当，因此所得焦炭质量也较差。

(3)方案N4与N2相比，大协气煤等比例替代官桥气煤，其它配比不变。气煤与气肥煤的总比例为24%。所炼焦炭热性质(CRI 37.1%、CSR 46.3%)较好，冷态强度(M4076.1%、M109.8%)以及其焦炭的平均粒度(71.3 mm)略有下降。表明用大协煤代替官桥煤后，所炼焦炭质量总体有所改善。原因在于大协与官桥煤性质相比，其黏结性较好。基氏流动度指标lgMF前者为3.76，后者为3.33；从配合煤镜质体反射率分布图来看，方案N4的分布图略优于基准组N2，适配性较好。

(4)N2、N3、N4此3种方案所炼焦炭结果表明，3种高挥发分煤的结焦性优劣次序依次为:望峰岗煤、大协煤、官桥。

(5)方案N5与基准组N2相比，增加气肥煤比例(由12%增至15%)，减少肥煤比例(12%减至9%)，其它配比不变。其所炼焦炭的热性质(CRI 39.3%、CSR42.4%)略有降低，冷态强度(M4078.7%、M109.5%)与之基本持平，焦炭的平均粒度(70.9 mm)有所下降，表明在该配煤结构下提高气肥煤东都比例、降低肥煤龙崮煤比例、焦炭质量会略有降低。

(6)方案N6在N5的基础上，由大协气煤等比例替代官桥煤，其它配比不变，气煤与气肥煤的总比例为27%。N6与N5方案所炼焦炭质量比较，其热性质(CRI 36.7%、CSR45.2%)及冷态强度(M4080.0%、M108.8%)明显优于N5，也优于基准组N2；焦炭的平均粒度(71.9 mm)优于N5，略次于基准组。该组实验数据表明，利用结焦性较好的大协气煤，同时在提高东都气肥煤比例及降低龙崮煤比例时焦炭质量不降低，甚至可得到改善。

(7)方案N7在方案N5基础上进一步提高东都气肥煤比例(由15%增至18%)，降低龙崮集肥煤的使用比例(由9%减至6%)，其它配比不变。其炼焦结果表明，与N5相比，焦炭热性质(CRI 39.8%、CSR42.0%)略有降低；冷态强度(M4080.6%、M108.1%)略有改善。焦炭的平均粒度(72.2 mm)有所增加。总体与N5焦炭质量无明显变化。与基准组N2相比，提高东都气肥煤比例、降低龙崮集肥煤比例，焦炭质量略有降低。

(8)方案N8在N7的基础上，由大协气煤等比例替代官桥煤，其它配比不变。气煤与气肥煤的总比例为30%。N8与N7方案所炼焦炭质量比较，其热性质(CRI 34.6%、CSR47.3%)以及冷态强度(M4079.5%、M109.5%)明显优于N7，也优于基准组N2；焦炭的平均粒度(70.7 mm)较N7以及基准组有所下降，与N6方案相比，焦炭热性质进一步得到提高。该组实验数据表明：利用结焦性较好的大协气煤并同时提高东都气肥煤比例、降低龙崮集肥煤比例，焦炭冷热态强度较基准组均有所改善，但焦炭的平均粒度有所下降。

(9)方案N9在N7的基础上进一步增加气肥煤的比例(由18%增至24%)，减少龙崮集肥煤的比例(由6%减至0)，其它配比不变。炼焦结果表明：与N7相比，焦炭的热性质(CRI 36.4%、CSR 44.1%)有所改善；冷态强度(M4078.8%，M109.9%)略有劣化。焦炭平均粒度(71.1 mm)有所下降。与基准组N2相比，全部利用东都气肥煤(24%)代替龙崮集肥煤，焦炭质量仍未有明显变化。

(10)方案N10与基准组N2相比，为山家林肥煤等比例替代龙崮集肥煤，其它配比不变。所炼焦炭质量表明，利用山家林煤代替龙崮煤，焦炭热性质变化不明显。

(11)方案N4、N6、N8三者的气煤与气肥煤的总比例依次由24%、27%、30%递增。比较其对应的焦炭质量，热态强度依次上升，均优于基准组。对于冷态强度中抗碎强度M40，N4表现为最差即劣于基准组2.4%，N6最佳且优于基准组,N8与基准组相当。耐磨强度M10属N6最佳，其它2个方案对应的数值与基准组相当。焦炭的平均粒度中均低于基准组，其中N8最低。

2 结 论

(1) N4、N6、N8为1/3焦煤利用大协煤代替官桥煤，气肥煤比例逐渐提高，其煤岩强黏比(反射率0.8%～1.5%)为55%以上，所炼焦炭质量较好。

(2) 综合考虑，在保证马钢当前焦炭质量的前提下，新汶气煤与气肥煤的总比例维持27%(大协12%、东都15%)较好。

(3) 在配煤结构中维持煤岩强黏比的比例，在一定程度可保证焦炭质量。如利用结焦性较好的1/3焦煤、增加气肥煤比例及减少肥煤比例，可保证煤岩强黏比及稳定或提高焦炭质量。即配煤炼焦中使用尽量多配入高挥发分气煤、气肥煤，探索合理有效利用高挥发分气煤、气肥煤，节约主焦煤、肥煤及扩大炼焦用煤范围，可为企业拓宽市场、扩大销量及降低生产成本并实现供需双方共赢的效果。