鞍鋼鲅魚圈煤巖配煤技術的開發與應用

龐克亮 ，王明國，趙恒波，劉冬杰

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007；3.鞍鋼集團化工事業部，遼寧 鞍山 114021）

在近一個世紀里煤化學經歷了鼎盛發展階 段，焦化配煤煉焦技術隨著煤化學學科的發展不斷更新進步，然而，目前我國大多數企業的配煤技術仍是采用前蘇聯的“以焦、肥煤為主，氣、肥、焦按一定比例配合”的配煤方式。

目前，國內市場上出售的單種煤的混煤現象嚴重，應用混煤在配煤中起不到其應有的作用，煤巖配煤技術可及時發現用傳統煤質分析方法無法判斷來煤為混煤的情況［1］。因此，仍依靠傳統的氣、肥、焦、瘦各單種煤配比的思想針對目前的所謂的單種煤進行配煤，所得到的配比將失真，也不能滿足大高爐對優質焦炭的需求。

各焦化企業所處的不同地域特點，決定了其煉焦用煤結構的不同，因此，各單位的煤巖配煤技術不可簡單借鑒。針對鞍鋼鲅魚圈所處中國東北部港口的獨特地理位置特點，鞍鋼開展了煤巖配煤煉焦技術研究，根據進口煉焦煤價格相對低廉的具體情況，開展以進口煉焦煤為主、國產劣質煉焦煤為輔的低成本煤巖配煤技術研究，在滿足大型高爐用焦質量要求的前提下，不斷優化配煤方案，逐步提高焦炭質量、降低煉焦原材料采購成本。該技術的應用對企業實現降本增效具有重大作用，可以顯著提升企業在國內外的競爭力。

1 煤巖檢測設備及配煤方法的建立

1.1 煤巖檢測設備

利用德國蔡司HD型全自動煤巖分析儀對粉煤光片的鏡質組反射率進行測定。煉焦用煤的其他煤化指標均按相應的國標進行測定。鏡質組反射率分布圖上的橫坐標是隨機反射率用Rran表示，單位：%；縱坐標是頻率：f，單位：%，其代表了反射率間隔0.1%時，各間隔內出現的測量點數。

1.2 煤巖配煤方法的建立

煤巖配煤方法建立步驟如下：

步驟1：對采用的煉焦用煤煤質進行鏡質組平均最大反射率指標測定，并結合各煤質的常規分析指標建立煉焦用煤煤質數據庫。

步驟2：根據煉焦用單種煤的鏡質組平均最大反射率范圍在0.5%～2.5%之間，以0.5%～2.5%作為煉焦用煤鏡質組平均最大反射率范圍，將該范圍細分為 8個區段，即：0.50%～0.65%；0.65%～0.80%；0.8%～0.9%；0.9%～1.2%；1.2%～1.5%；1.5%～1.7%；1.7%～1.9%和1.9%～2.5%；從煤質數據庫中提取所需各煤種鏡質組反射率分布圖、鏡質組平均最大反射率的數據，要求鏡質組平均最大反射率在0.8%～1.9%所包含的各小范圍內必須有至少一種單種煤；然后，根據各煤種的配比，將各煤種的鏡質組反射率分布圖進行疊加，形成一組幅度更寬的煉焦用煤鏡質組反射率分布圖，根據正態分布的標準偏差，要求正態分布的標準方差大于 0.2；再根據所得的正態分布圖形，確定最接近正態分布的鏡質組反射率分布，從而得出煉焦用煤所需的各煤種及最佳配煤比，將其作為最佳配煤方案。

步驟3：通過測定混煤鏡質組反射率分布，確定試驗焦爐用煤的配煤方案。在上述步驟2確定的理論配煤的煤種及其配比基礎上，采用三維機械混煤方式進行各煤種的混配；對混配后的煉焦用煤進行煤巖分析，測定其鏡質組反射率分布。

如果煉焦用煤的鏡質組反射率分布出現凹口，則需要在煤質數據庫中尋找鏡質組最大反射率在此凹口處的煤種，并重新進行上述步驟，直到煉焦用煤的鏡質組反射率分布不出現凹口，而呈近似正態分布，則可將此時的配煤方案作為試驗焦爐配煤方案。

步驟4：通過測定試驗焦爐用煤鏡質組反射率分布，確定工業生產用煤配煤方案。根據步驟3所確定的配煤方案，按比例制成煉焦用煤，以備進行試驗焦爐試驗，考察所得焦炭的冷態、熱態強度指標，并進行該煉焦用煤樣的鏡質組反射率分布測定。

如果焦炭強度指標達到生產要求、且鏡質組反射率分布測定結果無凹口，則可將此時的配煤方案作為現場配煤方案；如果焦炭強度指標達不到生產要求，且鏡質組反射率分布測定結果出現凹口，則需要在煤質數據庫中尋找鏡質組最大反射率在此凹口處的煤種，并重復步驟2～4。具體煤巖配煤條件如圖1所示。

2 煤巖配煤技術在生產中的應用情況

2.1 鞍鋼鲅魚圈煉焦生產配煤方案的確定

按照上述煤巖配煤的具體方法，進行了理論配煤方案的制定，僅2013年一年，為實際生產提供了82組理論配煤基礎數據。

實際生產中結合來煤情況、煤倉儲量，并根據煤巖配煤方案制定了具體的煉焦生產配煤方案。僅以2013年開展的煤巖配煤技術為例，鞍鋼鲅魚圈煉焦生產共經歷了38次的配煤方案調整。

鞍鋼鲅魚圈2013年的38次配煤方案實施結果的用煤特點如下：

（1）煉焦生產所應用的1/3焦煤主要以鶴崗和東部灣煤為主，黑水和格瑞高煤為輔的用煤情況。

（2）煉焦生產所應用的肥一煤種主要以中硫烏達和高硫烏達煤為主，同時，考察了林盛堡和臨渙煤作為肥一煤種的使用情況。由于具有價格優勢的高硫烏達煤已接近枯竭，中硫烏達煤在鞍鋼鲅魚圈低成本煉焦生產中發揮著重要作用。

（3）肥二煤種則絕大多數采用的是巨野煤，巨野煤為單一煤層煤，且具有較好的黏結性。

（4）使用較多的焦一煤種為OK和兌鎮煤，其次是莫拉北和薩阿吉煤，并考查了臨渙、宏泰、孝南煤的使用情況。其中，OK、兌鎮、薩阿吉的結焦性均較好，莫拉北偏肥、黏結性較好。在生產實際應用中，這幾種焦一煤種起到了很好的作用，因此被作為主焦煤應用在配煤中。另外，如果莫拉北煤能按肥煤進行采購，將更利于配煤成本的降低。

（5）煉焦生產所應用的焦二煤主要以天源、安娜和南OK煤為主，少量應用了浩通、文博和布坎南煤。天源和安娜煤為混煤，南OK偏肥、布坎南偏瘦。

（6）瘦煤主要以張臺子瘦煤為主，部分應用了K10、白壁關。

鞍鋼鲅魚圈通過煤巖配煤技術，使目前所用煤種達到近50個，并且從進口單一煤種發展到近20個煤種。

2.2 鞍鋼鲅魚圈配煤方案的煤巖分析結果

鞍鋼鲅魚圈煉焦用煤配煤方案的確立是以煤巖配煤的理論方案為基礎的，2013年的38次配煤方案的理論配煤方案煤巖特征分布如圖2所示。

從圖2中可以看出：

（1）每一次配煤方案煉焦用煤鏡質組隨機反射率均呈現出較好的正態分布特征，煉焦用煤鏡質組反射率主要分布在0.9%～1.5%之間、即肥煤和焦煤所在區域，鏡質組平均反射率Re值分布在1.193%～1.315%之間，38次配煤方案中煉焦用煤鏡質組平均反射率的平均值為1.256%；

（2）38次配煤方案中煉焦用煤鏡質組反射率測定的頻度最大值處的鏡質組最大反射率Rmax數值在1.270%～1.400%范圍內，平均值為1.336%。但值得注意的是，這38次配煤方案煉焦用煤鏡質組最大反射率集中分布在兩個范圍內，即圖上所顯示出的兩個峰。其中27次煉焦用煤的Rmax出現在肥、焦煤煤巖分界點1.2%處的左側，11次出現在右側，從詳細的數據分析中得知，出現在1.2%左側的27次配煤方案，絕大多數是在這38次配煤方案的前期，而出現在1.2%右側的11次配煤方案絕大多數是在2013年的下半年。這表明，正是應用了煤巖配煤煉焦技術，使鞍鋼鲅魚圈煉焦用煤從以肥煤為主的向以焦煤為主轉變。從我國煉焦煤資源來看，幾種煉焦用煤中的肥煤資源量最少，因此，煤巖配煤方案在鞍鋼鲅魚圈的應用起到了保護稀有煉焦煤資源的重要意義。

2.3 研究成果在現場實施中的應用情況

圖3、圖4分別為2013年應用煤巖配煤技術進行38次配煤方案調整所得焦炭的冷態強度和熱態強度指標。從圖中可以看出，鞍鋼鲅魚圈煉焦部在使用低價煤、高硫煤實現低成本煉焦的基礎上，焦炭質量仍明顯提高。2013年，焦炭的冷態強度M40的最好值為90.00%，M10的最好值為5.64%，焦炭的熱態強度CRI的最好值僅為21.30%，CSR的最好值高達68.50%。

由于2012年下半年開始應用煤巖配煤技術，因此將應用煤巖配煤的2013年與未應用煤巖配煤的2011年全年各指標的平均值進行對比，具體數值見表1所示。從表1中可以看出，無論是焦炭的冷態強度指標（M40，M10），還是熱態指標均上了一個新臺階。

表1 煤巖配煤技術對焦炭各指標年平均值的影響 %

通過煤巖配煤技術的開發及應用，使鞍鋼鲅魚圈煉焦部煉焦用洗精煤原材料采購成本節約超過億元；同時，在降低成本的基礎上，焦炭質量明顯提高，完全能夠滿足大高爐用焦炭的需要，為煉鐵廠高爐焦比的降低做出了巨大的貢獻，為煤巖配煤在全公司的應用推廣奠定了理論與實際應用基礎，為進一步開展煤巖配煤研究提供了實際保障。

2.4 研究成果取得的經濟效益及重要意義

僅以2013年為例，鞍鋼對鲅魚圈煉焦用煤采購成本的各月計劃的累計額為41.104 2億萬元，而實際采購成本為33.378 8億萬元，比計劃少用了約7.700 0億萬元。經鞍鋼鲅魚圈分公司煉焦部和財務部共同認證，煤巖配煤技術在年度降本增效過程中發揮了巨大的作用，降本額達22406萬元，實現噸焦生產成本降約100元。

根據鞍鋼鲅魚圈分公司特有的區域地理位置，針對進口煉焦煤價格相對低廉的具體情況，通過本研究，鞍鋼鲅魚圈所用煉焦煤煤種發生了巨大的變化，從研究之初的簡單幾個煤種發展到目前的近50個煤種；從以國內優質煉焦煤為主發展成以進口低價煤為主和以國內低價劣質煤為輔的配煤結構；從進口單一煤種發展到近20個煤種；從主焦煤配有進口煤種到全部煤種均配有進口煤的局面，大大擴展了煉焦洗煤資源。該技術的應用對企業具有較大經濟效益的同時，還具有明顯的社會效益，可以保護有限的優質煉焦煤資源。

3 結論

鞍鋼鲅魚圈通過煤巖配煤技術的應用，取得了如下成果：

（1）開發了適合鞍鋼鲅魚圈的煤巖配煤方法；

（2）鞍鋼鲅魚圈目前所用煤種達到近50個，并從單一進口煤種發展到近20個進口煤種，使鞍鋼鲅魚圈煉焦用煤從以肥煤為主向以焦煤為主轉變；

（3）配煤結構從以國內優質煉焦煤為主向以進口低價煤為主、國產劣質煤為輔的配煤結構轉變。

（4）應用煤巖配煤的2013年與未應用煤巖配煤的2011年全年各指標平均值相比：M40從88.11%提高到88.87%，M10從6.75%降到6.38%，反應性從27.36%降到24.95%，反應后強度從62.20%增長到65.37%。

（5）該技術的應用對企業具有較大經濟效益的同時，還具有明顯的社會效益，可以保護有限的優質煉焦煤資源。

［1］ 周師庸.應用煤巖學［M］.北京：冶金工業出版社.1985.