梁向飛，朱靖
( 華北理工大學(xué)化工學(xué)院，河北唐山063000)
摘要:為優(yōu)化焦炭質(zhì)量，拓寬煉焦煤資源，降低配煤成本，通過煤質(zhì)分析及40 kg 小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)對(duì)布坎南煤和國內(nèi)山西柳林地區(qū)優(yōu)質(zhì)焦煤進(jìn)行了全面的分析和比較。通過優(yōu)化配煤，彌補(bǔ)了布坎南焦煤熱強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，提高了焦炭質(zhì)量，降低生產(chǎn)配煤成本13． 35 元/t。
關(guān)鍵詞:布坎南煤; 配煤; 熱強(qiáng)度; 煉焦
0 引言
近幾年，隨著國家對(duì)環(huán)境改善要求的提高，新環(huán)保法的出臺(tái)［1］，以及國家淘汰落后產(chǎn)能和治污力度的加大，高爐大型化已成鋼鐵行業(yè)的必然選擇。然而大型高爐對(duì)原料要求較高，尤其是對(duì)焦炭質(zhì)量要求更高，低灰、低硫、高強(qiáng)度焦炭需求迫切。國內(nèi)用于提高焦炭強(qiáng)度的主焦煤和肥煤的灰分、硫分普遍偏高，且受開采成本影響，售價(jià)較高。焦化企業(yè)根據(jù)自身需求，打破傳統(tǒng)思路［2］，開發(fā)出低灰、低硫的進(jìn)口煤種，并采用40 kg 小焦?fàn)t試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)煤種質(zhì)量的評(píng)判和優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)［3］，不但拓寬了煉焦煤資源，更好地控制焦炭質(zhì)量，也可降低焦炭成本。
1 煤質(zhì)對(duì)比分析
1． 1 常規(guī)指標(biāo)分析
按照中國煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)GB /T 5751 － 2009，布坎南煤和柳林焦煤均屬15 號(hào)焦煤。一般來說，不同牌號(hào)的單種煤煉制出來的焦炭性質(zhì)是各不相同的，即使相同牌號(hào)和化驗(yàn)指標(biāo)相近的煤，因地域和成煤條件的不同，所得焦炭也往往性能各異［4］。表1 為布坎南煤和柳林焦煤的煤質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果。相比柳林焦煤，布坎南煤的灰分Ad、硫分St，d 較低，灰分低約4%，硫分低約0． 5%。單從常規(guī)結(jié)焦指標(biāo)來看，二者粘結(jié)指數(shù)G、膠質(zhì)層最大厚度y 值一致，布坎南煤最終收縮度x 值較柳林焦煤低，但奧亞膨脹度b 值較高。
從常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果來看，二者變質(zhì)程度與結(jié)焦性都十分接近。單從灰分、硫分指標(biāo)上說，使用布坎南煤可降低焦炭的灰分及硫分。同等焦炭質(zhì)量情況下，能夠增加高灰、中高硫煤的使用比例，有利于擴(kuò)大煉焦煤使用資源，降低配煤成本。
1． 2 煤巖分析
煤巖分析鏡質(zhì)組反射率分布能很好地反映煤的變質(zhì)程度和結(jié)焦性質(zhì)，在配煤煉焦生產(chǎn)中具有較高的使用價(jià)值［5］。表2 為布坎南煤與柳林焦煤的鏡質(zhì)組反射率及其分布情況。從標(biāo)準(zhǔn)偏差來看，兩者均小于0． 1，同為單一煤種; 從鏡質(zhì)組分布范圍和平均最大反射率Rmax來看，均屬焦煤范疇，且布坎南煤比柳林焦煤變質(zhì)程度更高; 從鏡質(zhì)組數(shù)量來看，均屬中高鏡質(zhì)組含量，說明煤中活性組分高，有利于提高焦炭冷、熱態(tài)強(qiáng)度。
1． 3 煤的灰分組成
表3 為布坎南煤及柳林焦煤的灰分組成。可以看出，布坎南煤灰分中，對(duì)焦炭熱強(qiáng)度不利的起正催化作用的堿金屬氧化物含量相對(duì)較高［6］，如K2O、CaO 及MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0 ． 10% ，0 ． 53% 及0． 09%。在配煤煉焦時(shí)，由于堿金屬的侵蝕作用［7］，會(huì)加速CO2與焦炭的炭溶反應(yīng)，導(dǎo)致焦炭的熱反應(yīng)性較高，反應(yīng)后強(qiáng)度降低。但由于布坎南煤本身整體灰分含量較低，為5% ～ 6%，故堿金屬氧化物含量占煤樣比例并不高，對(duì)焦炭熱強(qiáng)度影響也小［8］。
2 40 kg 小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)
2． 1 單種煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果
40 kg 小焦?fàn)t單種煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。
可以看出，布坎南煤在40 kg 試驗(yàn)小焦?fàn)t中單獨(dú)煉制的焦炭比柳林焦煤的冷強(qiáng)度略高，但相差不大，其熱強(qiáng)度卻與柳林焦煤相差很大。布坎南煤焦的反應(yīng)性為53． 6%，反應(yīng)后強(qiáng)度28． 3%，與氣煤、瘦煤的性質(zhì)接近，導(dǎo)致其熱強(qiáng)度低的原因是灰分中的堿金屬含量較高。
2． 2 配合煤煉焦試驗(yàn)結(jié)果
表5、表6 分別為40 kg 小焦?fàn)t用配合煤的配比方案及煉焦結(jié)果。基礎(chǔ)方案為生產(chǎn)用配比，方案1、2 分別用5%、10% 的布坎南煤替代柳林焦煤，以降低配合煤的灰分、硫分。再以5%、10% 的唐山地區(qū)高灰中硫的主焦煤( 焦煤4) 替代山西地區(qū)低灰低硫焦煤( 焦煤3) ，以平衡焦炭中的灰、硫分和堿金屬含量。其它煤種配比不變。方案1、2 配煤成本較原方案分別降低9． 54 元/t 和19． 07 元/t。
方案1、2 的40 kg 小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭灰分、硫分與基礎(chǔ)方案一致，冷態(tài)強(qiáng)度變化不大，熱態(tài)強(qiáng)度略有降低。
3 生產(chǎn)應(yīng)用情況
在給6 m 焦?fàn)t生產(chǎn)配煤時(shí)，用5% ～ 10% 的布坎南煤替代山西柳林地區(qū)優(yōu)質(zhì)主焦煤，增加高灰中硫高粘結(jié)性焦煤以及其它弱粘結(jié)性煤的配用比例，可使配煤成本平均降低13． 35 元/t，同時(shí)焦炭各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定且略有提高。
通過煤質(zhì)評(píng)價(jià)分析，使用低黏結(jié)性資源煉焦［9］，減少優(yōu)質(zhì)煉焦煤的配加比例，既降低了配煤煉焦成本，也緩解了優(yōu)質(zhì)煉焦煤供應(yīng)緊張的局面［10］。焦炭質(zhì)量變化及配煤成本情況見表7。
4 結(jié)語
通過對(duì)比煤質(zhì)分析、小焦?fàn)t試驗(yàn)結(jié)果和6 m 生產(chǎn)焦?fàn)t的生產(chǎn)使用情況，可以得到以下結(jié)論:
( 1) 布坎南煤是一種低灰、中低硫、強(qiáng)粘結(jié)性、低揮發(fā)分的優(yōu)質(zhì)焦煤，配煤煉焦使用時(shí)，不會(huì)對(duì)焦炭冷強(qiáng)度差產(chǎn)生明顯影響。其灰分組成中的堿金屬氧化物含量較高，合理控制配用比例( ＜ 10%) ，并用堿金屬含量低的煤種進(jìn)行稀釋后，對(duì)焦炭熱強(qiáng)度影響不大。
( 2) 布坎南煤替代部分山西優(yōu)質(zhì)焦煤是可行的，使用后可以明顯降低焦炭的灰分、硫分，且不會(huì)降低焦炭的冷、熱態(tài)強(qiáng)度。
( 3) 使用布坎南煤后能夠增加高灰煤、中高硫煤的使用比例，有利于擴(kuò)大煉焦煤資源使用，降低配煤成本。
參考文獻(xiàn)
［1］劉如軍． 河北鋼鐵行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展趨勢(shì)［J］． 河北冶金，2015，( 5) : 1 ～ 3．
［2］任學(xué)延，顧建． 低灰新煤種的研發(fā)與應(yīng)用［J］． 梅山科技，2014，( 6) : 9 ～ 11．
［3］李凡． 利用小焦?fàn)t試驗(yàn)提高焦炭熱態(tài)性能的研究［J］． 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)， 2005，( 12) : 145 ～ 146．
［4］陳亞飛． 煤質(zhì)評(píng)價(jià)與煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化［J］． 煤質(zhì)技術(shù)， 2006，( 1) : 12 ～15．［5］李洪鈞，曹紀(jì)剛，宋英臣，等． 煤巖分析在配煤生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．河南冶金，2004，( 4) : 28 ～ 29．
［6］任華偉，錢如剛，呂青青，等． 美國與俄羅斯瘦焦煤的煤質(zhì)分析及應(yīng)用［J］． 煤化工，2014，( 4) : 26 ～ 29．
［7］張文成，任學(xué)延，陸永亮，等． 焦炭熱性能的影響因素探討［J］． 燃料與化工，2006，( 3) : 11 ～ 13．
［8］胡德生． 灰成分對(duì)焦炭熱性能的影響［J］． 煤化工，2002，37( 8) :9 ～ 13．
［9］許麗君． 優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)降低配煤成本的經(jīng)驗(yàn)［J］． 燃料與化工，2013，( 5) : 18 ～ 19．
［10］黃世平． 鐵箱試驗(yàn)在煤種質(zhì)量評(píng)判中的應(yīng)用［J］． 河北冶金，2015，( 5) : 52 ～ 54．