印尼煤的煤質特征及與國內煉焦煤配伍性研究

郭 琴，董晴雯，魯 帥，林志龍，史世莊

(武漢科技大學煤轉化與新型炭材料湖北省重點實驗室，湖北 武漢，430081)

隨著我國鋼鐵工業的迅猛發展，國內對煉焦煤的需求量大增，越來越多的企業不得不在國外尋求新的煤源。印度尼西亞是世界上最大的煤炭出口國，其地處東南亞，離中國較近，運輸成本低，同時印尼煤還具有價格優勢，近年來中國已成為印尼煤的主要進口國[1]。印尼煤大多是新生代第三紀煤，屬低變質程度的煙煤，其成因與國內煉焦煤(受長期的地熱、地壓等因素影響)相差較大，導致其煤質與國內煉焦煤的煤質可能存在較大差異[2-3]，難以按中國煤的性質加以應用。因此，本文以某焦化公司進口的印尼焦煤、肥煤、1/3焦煤以及國內同牌號的田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤為研究對象，從工業指標、工藝指標、煤巖指標以及單種煤結焦性等方面進行系統對比分析，并以生產常用配比為基礎進行20 kg實驗焦爐配煤煉焦實驗，探討印尼煤與國內煉焦煤的配伍性能。

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗原料選用該公司從印度尼西亞進口的焦煤、肥煤、1/3焦煤以及該公司常用的國內同牌號煉焦煤：田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤。

1.2 實驗方法

1.2.1 煉焦實驗

單種煤和配煤煉焦實驗在20 kg實驗焦爐中進行，按該公司企業標準操作。

1.2.2 分析方法

單種煤和配合煤的Ad、Vdaf按GB/T 212—2008測定，St,d按GB/T 214—2007采用YX-DL型一體化定硫儀測定，黏結指數G按GB/T 5447—1997測定，膠質層指數Y和X按GB/T 479—2009測定，奧亞膨脹度b按GB 5450—85測定，基氏流動度指標(MF、TS、TR-TS)按美國標準ASTM D2639測定，鏡質組最大反射率Rmax按GB/T 6948—2008測定，煤的顯微組分按GB/T 8899—1998測定。

焦炭的CRI、CSR按GB/T 4000—2008測定，M40、M10參照GB/T 2006—1994采用試驗轉鼓測定，焦炭的光學組織按YB/T 077—1995測定。

2 結果與討論

2.1 單種煤性質及其結焦性

2.1.1 單種煤的煤質分析

各單種煤的煤質分析結果如表1、表2和圖1所示。由表1可見，與國內同牌號煤相比，印尼煤的灰分Ad和硫分St,d均較低，黏結性較強，膨脹度較大，軟化溫度TS較低，但塑性溫度區間(TR-TS)較小，膠質體的流動性較差。

表1 單種煤的煤質分析

表2 單種煤的煤巖分析

(a)印尼焦煤 (b)印尼肥煤(c)印尼1/3焦煤

(d)田莊焦煤 (e) 兩渡肥煤(f)棗莊1/3焦煤圖1 單種煤的反射率分布直方圖Fig.1 Reflectivity distribution histograms of coals

由表2和圖1可見，印尼煤與國內同牌號煤的變質程度大體在同一范圍；印尼煤的反射率標準差S均小于0.1，為單一煤種，而國內的田莊焦煤和兩渡肥煤為簡單混煤，棗莊1/3焦煤為單一煤種。國內混煤情況比國外嚴重些，且在不同時段的混煤情形復雜多變，這些不穩定因素對生產單位的配煤煉焦造成一定的影響，若配入一定比例屬于單種煤的印尼煤，則便于控制配煤質量。另一方面，印尼煤的鏡質組含量很高，活性成分較多，惰質組成分較少，其活惰比高達24以上，在煉焦過程中對焦炭的反應性和反應后強度會產生不利影響。相對而言，國內煤的活性組分和惰性組分含量較均衡，其活惰比在1～2之間。合適的活惰比將有利于焦炭強度的提高[4-6]。

2.1.2 單種煤的結焦性分析

對各單種煤所制焦炭進行抗碎強度(M40)、耐磨強度(M10)、反應性(CRI)、反應后強度(CSR)和光學組織測定，結果如表3、圖2和表4所示。

由表3可見，與國內同牌號煤所制焦炭相比，印尼焦煤和印尼肥煤所制焦炭的粗粒鑲嵌組織較少，中粒鑲嵌組織較多，沒有纖維狀組織，其原因是國內田莊焦煤和兩渡肥煤均為簡單混煤，其中混有不同變質程度的煤種[6]；印尼1/3焦煤所制焦炭與棗莊1/3焦煤所制焦炭的光學組織大體相同，因為兩種焦煤均為單一煤種。

表3 單種煤所制焦炭的光學組織(單位：%)

由圖2可見，印尼焦煤所制焦炭的粗粒鑲嵌組織與田莊焦煤所制焦炭的粗粒鑲嵌組織有一定差異，前者幾乎全是簡單的鑲嵌結構，而后者傾向于流線狀，這是由田莊焦煤中變質程度高的成分所致。

由表4可見，與國內同牌號煤所制焦炭相比，印尼煤所制焦炭的抗碎強度M40和反應后強度CSR均較低，反應性CRI較高，這是因為印尼煤顯微組分的活惰比太高，容易形成泡焦，導致焦炭結構致密度較低。

(a)印尼焦煤焦炭(粗粒) (b)印尼肥煤焦炭(中粒)(c) 印尼1/3焦煤焦炭(各向同性)

(d)田莊焦煤焦炭(粗粒+纖維) (e)兩渡肥煤焦炭(粗粒+惰性)(f)棗莊1/3焦煤焦炭(細粒)圖2 單種煤所制焦炭的顯微結構Fig.2 Microstructures of cokes from single coal

M40M10CRICSR73.47.039.939.572.18.142.135.21/370.99.847.029.478.76.931.346.674.010.132.840.51/371.78.435.137.2

總之，與國內同牌號煤相比，印尼煤具有低灰、低硫、黏結性強、膨脹性強等優點，同時具有流動性和結焦性差等缺點。

2.2 印尼煤與國內煉焦煤的配伍性

2.2.1 配煤方案及配合煤性質分析

根據原料煤性質及其結焦性分析，結合該公司用煤情況和日常配比，用印尼焦煤、印尼肥煤、印尼1/3焦煤分別完全或部分替代國內的田莊焦煤、兩渡肥煤、棗莊1/3焦煤，以探討印尼煤與國內煤的配伍性。配煤方案如表5所示(方案1為基準方案)，配合煤的分析結果如表6所示。

由表6可見，與方案1相比，其他配煤方案中配合煤的灰分(Ad)和硫分(St,d)均有所降低，而黏結指數(G)和膠質層指數(Y)均有所增大或持平。這是因為，與所替代的國內同牌號煤相比，印尼煤的灰分、硫分較低，黏結指數、膠質層指數較高。因此，配入印尼煤具有降灰、降硫、提高黏結性的作用。

表5 配煤方案(單位：%)

表6 配合煤的煤質分析

2.2.2 配煤成焦質量分析

按表5所示7個方案進行配煤煉焦實驗，所制焦炭的性能如表7所示。由表7可見，與方案1相比，其他方案中配合煤所制焦炭的抗碎強度M40和耐磨強度M10均有所劣化(即M40減小、M10增大)，同時焦炭的反應性CRI增大、反應后強度CSR下降，并且替代量越大，焦炭性能劣化越嚴重(例如方案2與方案3相比、方案4與方案5相比、方案6與方案7相比)。這表明以印尼煤替代同牌號國內煤對焦炭的強度和熱性能有不利影響，其原因可能是印尼煤中活性組分過多而惰性組分不足?？傊捎谟∧崦号c該公司所用的同牌號國內煤在性質上有很大的差異，故不宜直接替代國內煤進行配煤煉焦，而應根據其特性進行配煤優化設計。

表7 配合煤所制焦炭的性能指標(單位：%)

3 結論

(1)與國內同牌號的田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤相比，印尼焦煤、肥煤和1/3焦煤均具有灰分和硫分低、黏結性強、膨脹度大、流動性差、塑性溫度區間小等特點。

(2)3種印尼煤均是單一煤種，而國內同牌號的煤有一定的混配；印尼煤的活惰比失衡，活性組分過高，惰性組分不足；印尼煤結焦性較差，單種煤所制焦炭多為泡焦，其反應性較高，反應后強度低，機械強度不高。

(3)印尼焦煤、肥煤和1/3焦煤不宜直接替代國內的田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤進行配煤煉焦，否則會導致焦炭的機械強度、反應性、反應后強度均變差，并且替代量越大，焦炭的性能劣化越嚴重。

[1] Belkin H E, Tewalt S J, Hower J C, et al. Geochemistry and petrology of selected coal samples from Sumatra, Kalimantan, Sulawesi and Papua, Indonesia[J].International Journal of Coal Geology，2009，77：260-268.

[2] 韓德馨，任德貽，王延斌，等. 中國煤巖學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1996：36-50.

[3] 薛改鳳，宋子逵，項茹，等. 中國煉焦煤煤質的多變性研究[C]//2007中國鋼鐵年會論文集.北京：冶金工業出版社，2007：30-40.

[4] 王廉敏，韓光照，許德平.顯微組分對焦炭強度的影響[J].山西焦煤科技，2010(11)：12-15,18.

[5] 周師庸，趙俊國. 煉焦煤性質與高爐焦炭質量[M].北京：冶金工業出版社，2005：60-75.

[6] 薛改鳳，項茹，陳鵬，等. 貧瘦煤替代瘦煤制備優質焦炭性能研究[J].武漢科技大學學報，2009, 32(4)：418-422.