梁向飞，朱靖

( 华北理工大学化工学院，河北唐山063000)

摘要:为优化焦炭质量，拓宽炼焦煤资源，降低配煤成本，通过煤质分析及40 kg 小焦炉炼焦试验对布坎南煤和国内山西柳林地区优质焦煤进行了全面的分析和比较。通过优化配煤，弥补了布坎南焦煤热强度低的缺点，提高了焦炭质量，降低生产配煤成本13． 35 元/t。

关键词:布坎南煤; 配煤; 热强度; 炼焦

0 引言

近几年，随着国家对环境改善要求的提高，新环保法的出台^［1］，以及国家淘汰落后产能和治污力度的加大，高炉大型化已成钢铁行业的必然选择。然而大型高炉对原料要求较高，尤其是对焦炭质量要求更高，低灰、低硫、高强度焦炭需求迫切。国内用于提高焦炭强度的主焦煤和肥煤的灰分、硫分普遍偏高，且受开采成本影响，售价较高。焦化企业根据自身需求，打破传统思路^［2］，开发出低灰、低硫的进口煤种，并采用40 kg 小焦炉试验来实现煤种质量的评判和优化配煤结构^［3］，不但拓宽了炼焦煤资源，更好地控制焦炭质量，也可降低焦炭成本。

1 煤质对比分析

1． 1 常规指标分析

按照中国煤炭分类标准GB /T 5751 － 2009，布坎南煤和柳林焦煤均属15 号焦煤。一般来说，不同牌号的单种煤炼制出来的焦炭性质是各不相同的，即使相同牌号和化验指标相近的煤，因地域和成煤条件的不同，所得焦炭也往往性能各异^［4］。表1 为布坎南煤和柳林焦煤的煤质指标分析结果。相比柳林焦煤，布坎南煤的灰分Ad、硫分St，d 较低，灰分低约4%，硫分低约0． 5%。单从常规结焦指标来看，二者粘结指数G、胶质层最大厚度y 值一致，布坎南煤最终收缩度x 值较柳林焦煤低，但奥亚膨胀度b 值较高。

从常规煤质指标分析结果来看，二者变质程度与结焦性都十分接近。单从灰分、硫分指标上说，使用布坎南煤可降低焦炭的灰分及硫分。同等焦炭质量情况下，能够增加高灰、中高硫煤的使用比例，有利于扩大炼焦煤使用资源，降低配煤成本。

1． 2 煤岩分析

煤岩分析镜质组反射率分布能很好地反映煤的变质程度和结焦性质，在配煤炼焦生产中具有较高的使用价值^［5］。表2 为布坎南煤与柳林焦煤的镜质组反射率及其分布情况。从标准偏差来看，两者均小于0． 1，同为单一煤种; 从镜质组分布范围和平均最大反射率Rmax来看，均属焦煤范畴，且布坎南煤比柳林焦煤变质程度更高; 从镜质组数量来看，均属中高镜质组含量，说明煤中活性组分高，有利于提高焦炭冷、热态强度。

1． 3 煤的灰分组成

表3 为布坎南煤及柳林焦煤的灰分组成。可以看出，布坎南煤灰分中，对焦炭热强度不利的起正催化作用的碱金属氧化物含量相对较高^［6］，如K₂O、CaO 及MgO的质量分数分别为0 ． 10% ，0 ． 53% 及0． 09%。在配煤炼焦时，由于碱金属的侵蚀作用^［7］，会加速CO₂与焦炭的炭溶反应，导致焦炭的热反应性较高，反应后强度降低。但由于布坎南煤本身整体灰分含量较低，为5% ～ 6%，故碱金属氧化物含量占煤样比例并不高，对焦炭热强度影响也小^［8］。

2 40 kg 小焦炉炼焦试验

2． 1 单种煤炼焦试验结果

40 kg 小焦炉单种煤炼焦试验结果如表4 所示。

可以看出，布坎南煤在40 kg 试验小焦炉中单独炼制的焦炭比柳林焦煤的冷强度略高，但相差不大，其热强度却与柳林焦煤相差很大。布坎南煤焦的反应性为53． 6%，反应后强度28． 3%，与气煤、瘦煤的性质接近，导致其热强度低的原因是灰分中的碱金属含量较高。

2． 2 配合煤炼焦试验结果

表5、表6 分别为40 kg 小焦炉用配合煤的配比方案及炼焦结果。基础方案为生产用配比，方案1、2 分别用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% 的唐山地区高灰中硫的主焦煤( 焦煤4) 替代山西地区低灰低硫焦煤( 焦煤3) ，以平衡焦炭中的灰、硫分和碱金属含量。其它煤种配比不变。方案1、2 配煤成本较原方案分别降低9． 54 元/t 和19． 07 元/t。

方案1、2 的40 kg 小焦炉试验焦炭灰分、硫分与基础方案一致，冷态强度变化不大，热态强度略有降低。

3 生产应用情况

在给6 m 焦炉生产配煤时，用5% ～ 10% 的布坎南煤替代山西柳林地区优质主焦煤，增加高灰中硫高粘结性焦煤以及其它弱粘结性煤的配用比例，可使配煤成本平均降低13． 35 元/t，同时焦炭各项指标稳定且略有提高。

通过煤质评价分析，使用低黏结性资源炼焦^［9］，减少优质炼焦煤的配加比例，既降低了配煤炼焦成本，也缓解了优质炼焦煤供应紧张的局面^［10］。焦炭质量变化及配煤成本情况见表7。

4 结语

通过对比煤质分析、小焦炉试验结果和6 m 生产焦炉的生产使用情况，可以得到以下结论:

( 1) 布坎南煤是一种低灰、中低硫、强粘结性、低挥发分的优质焦煤，配煤炼焦使用时，不会对焦炭冷强度差产生明显影响。其灰分组成中的碱金属氧化物含量较高，合理控制配用比例( ＜ 10%) ，并用碱金属含量低的煤种进行稀释后，对焦炭热强度影响不大。

( 2) 布坎南煤替代部分山西优质焦煤是可行的，使用后可以明显降低焦炭的灰分、硫分，且不会降低焦炭的冷、热态强度。

( 3) 使用布坎南煤后能够增加高灰煤、中高硫煤的使用比例，有利于扩大炼焦煤资源使用，降低配煤成本。

参考文献

［1］刘如军． 河北钢铁行业的技术进步和发展趋势［J］． 河北冶金，2015，( 5) : 1 ～ 3．

［2］任学延，顾建． 低灰新煤种的研发与应用［J］． 梅山科技，2014，( 6) : 9 ～ 11．

［3］李凡． 利用小焦炉试验提高焦炭热态性能的研究［J］． 科技情报开发与经济， 2005，( 12) : 145 ～ 146．

［4］陈亚飞． 煤质评价与煤质标准化［J］． 煤质技术， 2006，( 1) : 12 ～15．［5］李洪钧，曹纪刚，宋英臣，等． 煤岩分析在配煤生产中的应用［J］．河南冶金，2004，( 4) : 28 ～ 29．

［6］任华伟，钱如刚，吕青青，等． 美国与俄罗斯瘦焦煤的煤质分析及应用［J］． 煤化工，2014，( 4) : 26 ～ 29．

［7］张文成，任学延，陆永亮，等． 焦炭热性能的影响因素探讨［J］． 燃料与化工，2006，( 3) : 11 ～ 13．

［8］胡德生． 灰成分对焦炭热性能的影响［J］． 煤化工，2002，37( 8) :9 ～ 13．

［9］许丽君． 优化配煤结构降低配煤成本的经验［J］． 燃料与化工，2013，( 5) : 18 ～ 19．

［10］黄世平． 铁箱试验在煤种质量评判中的应用［J］． 河北冶金，2015，( 5) : 52 ～ 54．