新汶氣煤與氣肥煤在煉焦配煤中比例提升研究

張啟林，王學民，侯宇紅，楊 碩，田 亮，王飛飛

(1.山東能源集團煤炭營銷有限公司,山東 濟南 250014； 2.新汶礦業集團有限責任公司 煤炭產品研發管理中心，山東 泰安 271000)

我國煉焦煤資源相對比較豐富[1-6],以高揮發分氣煤(包括1/3焦煤)為主，而肥煤、焦煤、瘦煤總量尚不到煉焦煤儲量的50%，而其中約有半數肥煤、瘦煤為高硫煤，約1/3左右的焦煤為高硫、高灰煤[7-10]。此種資源狀況決定了長期以來我國優質煉焦煤處于短缺的局面。

隨著新礦集團老區礦井開采深度的延伸，氣肥煤產量逐年提高；內蒙古礦區氣肥煤比例也占至整個礦區產量的50%以上。入洗后的精煤具有低灰、高揮發分、高硫、強黏結性的特點，如孫村、良莊、翟鎮、協莊、華恒、長城、福城礦的氣肥煤產品均具上述特點。為提高鋼鐵企業煉焦過程中氣肥煤的配比比例，通過對新汶氣煤、氣肥煤進行焦化試驗，分析增加其在煉焦過程中比例的可行性以提高冶煉精煤市場對該企業主要產品的依存度，進而提高企業的經濟效益。

1 配煤試驗

1.1 試驗煤樣的選擇

配煤試驗共采集12個煤樣，其中1/3焦煤2個、氣煤1個、氣肥煤1個、肥煤2個、焦煤4個、瘦煤2個。試驗煤樣選擇的礦點分布詳見表1。

其中氣煤大協、氣肥煤東都、肥煤龍崮集為山東能源新汶礦務局提供的煉焦煤。以下重點研究在焦炭質量滿足馬鋼企業標準的情況下新汶氣煤大協、氣肥煤東都的配加比例。

1.2 實驗方案

配煤試驗制訂的10組配煤試驗方案見表2。

表1 試驗煤樣選擇的礦點分布

大類氣煤1/3焦煤氣肥煤肥煤焦煤瘦煤序號123456789101112礦點大協103104東都龍崮集204301302305307401402

表2 新汶氣煤及氣肥煤配煤煉焦實驗方案

大類煤種氣煤1/3焦煤大協望峰崗官橋肥煤東都龍崮集山家林焦煤峰景石臺介休兌鎮瘦煤青龍山五陽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為6.0 m焦爐生產試樣；方案N2為基準方案，1/3焦煤占24%、氣肥煤和肥煤占24%、焦煤占42%、瘦煤占10%；方案N3為1/3焦煤與氣煤相互替代，與基準方案N2相比，即大協煤等比例代替望峰崗煤；方案N4為1/3焦煤與氣煤相互替代，與基準方案N2相比，大協煤代替官橋煤；方案N5與基準方案N2相比，配煤結構保持不變，調整氣肥煤和肥煤配比，增加氣肥煤比例(氣肥煤東都由12%增至15%，龍崮集肥煤由12%降至9%)；方案N6與N5方案相比，為1/3焦煤相互替代，即大協代替官橋煤；方案N7與基準方案N2相比，配煤結構保持不變，進一步提高氣肥煤比例，減少肥煤比例(氣肥煤東都由12%增至18%，龍崮肥煤由12%降至6%)，其它煤種和比例保持不變；方案N8與N7方案相比，為1/3焦煤相互替代，即大協代替官橋煤；方案N9與基準方案N2相比，為氣肥煤和肥煤全部用氣肥煤東都煤(24%)；方案N10與基準方案N2相比，為肥煤間相互替代，用山家林肥煤代替龍崮肥煤。

1.3 配合煤質量分析

配合煤的常規分析見表3。由于山東新汶的氣煤、氣肥煤的揮發分均很高，其硫分也較高，因此配加其煉焦，則配合煤的揮發分、硫分將會隨著配加比例增加呈上升趨勢。此次試驗中，氣肥煤的比例由基準組的12%提高至24%，氣煤與1/3焦煤交替使用。

由表3可知，配合煤Vdaf的變化區間為27.25%(基準組)～29.84%，硫分變化區間為0.78%(基準組)～1.04%。此次試驗在保證肥煤(含氣肥煤)總比例不變的前提下變化氣肥煤比例，大協氣煤的變化也在1/3焦煤之間相互替代，因此Y值變化較小，X變化區間為37.0 mm～42.5 mm，Y值變化區間為15.0 mm～16.3 mm。

1.4 40 kg試驗焦爐煉焦試驗結果

配合煤試驗煉焦對應焦炭質量數據見表4。

表3 配合煤常規分析表

方案工業分析/%MadAdVdaf全硫/%St,d膠質層指數X/mmY/mm曲線型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 配合煤試驗煉焦對應焦炭質量數據

方案焦炭工分及全硫/%MadAdVdafSt,d焦炭強度/%CRICSRM40M10轉鼓后篩分組成/%>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生產焦爐與40 kg試驗焦爐焦炭質量對比

取馬鋼6 m生產焦爐配合煤試樣1份,進行實爐與試驗爐同比試驗，得出40 kg試驗爐與6 m實爐(干熄焦)焦炭質量指標存在較大的差異。試驗爐CRI偏高12.5%，CSR降低25.7%，M40降低9.4%，M10偏高4.2%,焦炭的平均粒度試驗爐較實爐高27.4 mm。以上數據對比相差較大，主要由于2種焦炭的熄焦方式不同,試驗焦爐為濕法熄焦，而生產焦爐為干法熄焦。同時據了解，生產焦爐與試驗焦爐的數據差異因各家生產焦爐與試驗爐的爐型不同而不同。馬鋼6 m焦爐焦炭與40 kg試驗焦爐焦炭質量對比詳見表5。

表56m焦爐焦炭與40kg試驗焦爐焦炭強度及塊度差異

項目焦炭質量指標M40/%M10/%CRI/%CSR/%平均粒度/mm配合煤試驗焦爐79.89.736.543.373.9 生產焦爐89.2 5.5 24.069.046.5

1.4.2實驗結果分析

以下分析對比10組配煤試驗方案，詳述如下:

(1)方案N2為基準方案，試驗焦爐所得焦炭熱態性質CRI為38.2%，CSR為44.1%；冷態性質M40為78.5%，M10為9.9%。焦炭的平均粒度為72.2 mm。此方案與生產方案相比，所得試驗焦爐的焦炭質量相當。

(2)方案N3與基準組N2相比，大協氣煤等比例替代望峰崗1/3焦煤，其它配比不變。其所得焦炭熱性質(CRI 40.5%、CSR39.6%)較低，冷態強度、焦炭的平均粒度與基準組基本相當，表明用大協煤代替望峰崗煤后所煉焦炭的熱性質會降低。由于大協煤較望峰崗煤變質程度低，其黏結性與結焦性也劣于望峰崗煤，大協與望峰崗的基氏流動度指標lgMF分別為3.76、4.00；全膨脹TD前者低于后者(前者、后者為111.7%，146.6%)。由配合煤鏡質體反射率分布圖可知，其與基準方案N2分布相當，因此所得焦炭質量也較差。

(3)方案N4與N2相比，大協氣煤等比例替代官橋氣煤，其它配比不變。氣煤與氣肥煤的總比例為24%。所煉焦炭熱性質(CRI 37.1%、CSR 46.3%)較好，冷態強度(M4076.1%、M109.8%)以及其焦炭的平均粒度(71.3 mm)略有下降。表明用大協煤代替官橋煤后，所煉焦炭質量總體有所改善。原因在于大協與官橋煤性質相比，其黏結性較好。基氏流動度指標lgMF前者為3.76，后者為3.33；從配合煤鏡質體反射率分布圖來看，方案N4的分布圖略優于基準組N2，適配性較好。

(4)N2、N3、N4此3種方案所煉焦炭結果表明，3種高揮發分煤的結焦性優劣次序依次為:望峰崗煤、大協煤、官橋。

(5)方案N5與基準組N2相比，增加氣肥煤比例(由12%增至15%)，減少肥煤比例(12%減至9%)，其它配比不變。其所煉焦炭的熱性質(CRI 39.3%、CSR42.4%)略有降低，冷態強度(M4078.7%、M109.5%)與之基本持平，焦炭的平均粒度(70.9 mm)有所下降，表明在該配煤結構下提高氣肥煤東都比例、降低肥煤龍崮煤比例、焦炭質量會略有降低。

(6)方案N6在N5的基礎上，由大協氣煤等比例替代官橋煤，其它配比不變，氣煤與氣肥煤的總比例為27%。N6與N5方案所煉焦炭質量比較，其熱性質(CRI 36.7%、CSR45.2%)及冷態強度(M4080.0%、M108.8%)明顯優于N5，也優于基準組N2；焦炭的平均粒度(71.9 mm)優于N5，略次于基準組。該組實驗數據表明，利用結焦性較好的大協氣煤，同時在提高東都氣肥煤比例及降低龍崮煤比例時焦炭質量不降低，甚至可得到改善。

(7)方案N7在方案N5基礎上進一步提高東都氣肥煤比例(由15%增至18%)，降低龍崮集肥煤的使用比例(由9%減至6%)，其它配比不變。其煉焦結果表明，與N5相比，焦炭熱性質(CRI 39.8%、CSR42.0%)略有降低；冷態強度(M4080.6%、M108.1%)略有改善。焦炭的平均粒度(72.2 mm)有所增加。總體與N5焦炭質量無明顯變化。與基準組N2相比，提高東都氣肥煤比例、降低龍崮集肥煤比例，焦炭質量略有降低。

(8)方案N8在N7的基礎上，由大協氣煤等比例替代官橋煤，其它配比不變。氣煤與氣肥煤的總比例為30%。N8與N7方案所煉焦炭質量比較，其熱性質(CRI 34.6%、CSR47.3%)以及冷態強度(M4079.5%、M109.5%)明顯優于N7，也優于基準組N2；焦炭的平均粒度(70.7 mm)較N7以及基準組有所下降，與N6方案相比，焦炭熱性質進一步得到提高。該組實驗數據表明：利用結焦性較好的大協氣煤并同時提高東都氣肥煤比例、降低龍崮集肥煤比例，焦炭冷熱態強度較基準組均有所改善，但焦炭的平均粒度有所下降。

(9)方案N9在N7的基礎上進一步增加氣肥煤的比例(由18%增至24%)，減少龍崮集肥煤的比例(由6%減至0)，其它配比不變。煉焦結果表明：與N7相比，焦炭的熱性質(CRI 36.4%、CSR 44.1%)有所改善；冷態強度(M4078.8%，M109.9%)略有劣化。焦炭平均粒度(71.1 mm)有所下降。與基準組N2相比，全部利用東都氣肥煤(24%)代替龍崮集肥煤，焦炭質量仍未有明顯變化。

(10)方案N10與基準組N2相比，為山家林肥煤等比例替代龍崮集肥煤，其它配比不變。所煉焦炭質量表明，利用山家林煤代替龍崮煤，焦炭熱性質變化不明顯。

(11)方案N4、N6、N8三者的氣煤與氣肥煤的總比例依次由24%、27%、30%遞增。比較其對應的焦炭質量，熱態強度依次上升，均優于基準組。對于冷態強度中抗碎強度M40，N4表現為最差即劣于基準組2.4%，N6最佳且優于基準組,N8與基準組相當。耐磨強度M10屬N6最佳，其它2個方案對應的數值與基準組相當。焦炭的平均粒度中均低于基準組，其中N8最低。

2 結 論

(1) N4、N6、N8為1/3焦煤利用大協煤代替官橋煤，氣肥煤比例逐漸提高，其煤巖強黏比(反射率0.8%～1.5%)為55%以上，所煉焦炭質量較好。

(2) 綜合考慮，在保證馬鋼當前焦炭質量的前提下，新汶氣煤與氣肥煤的總比例維持27%(大協12%、東都15%)較好。

(3) 在配煤結構中維持煤巖強黏比的比例，在一定程度可保證焦炭質量。如利用結焦性較好的1/3焦煤、增加氣肥煤比例及減少肥煤比例，可保證煤巖強黏比及穩定或提高焦炭質量。即配煤煉焦中使用盡量多配入高揮發分氣煤、氣肥煤，探索合理有效利用高揮發分氣煤、氣肥煤，節約主焦煤、肥煤及擴大煉焦用煤范圍，可為企業拓寬市場、擴大銷量及降低生產成本并實現供需雙方共贏的效果。