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(xué)民，侯宇紅，楊 碩，田 亮，王飛飛

(1.山東能源集團(tuán)煤炭營銷有限公司,山東 濟(jì)南 250014； 2.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 煤炭產(chǎn)品研發(fā)管理中心，山東 泰安 271000)

我國煉焦煤資源相對(duì)比較豐富[1-6],以高揮發(fā)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(chǔ)量的50%，而其中約有半數(shù)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(yōu)質(zhì)煉焦煤處于短缺的局面。

隨著新礦集團(tuán)老區(qū)礦井開采深度的延伸，氣肥煤產(chǎn)量逐年提高；內(nèi)蒙古礦區(qū)氣肥煤比例也占至整個(gè)礦區(qū)產(chǎn)量的50%以上。入洗后的精煤具有低灰、高揮發(fā)分、高硫、強(qiáng)黏結(jié)性的特點(diǎn)，如孫村、良莊、翟鎮(zhèn)、協(xié)莊、華恒、長城、福城礦的氣肥煤產(chǎn)品均具上述特點(diǎn)。為提高鋼鐵企業(yè)煉焦過程中氣肥煤的配比比例，通過對(duì)新汶氣煤、氣肥煤進(jìn)行焦化試驗(yàn)，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(duì)該企業(yè)主要產(chǎn)品的依存度，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 配煤試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)煤樣的選擇

配煤試驗(yàn)共采集12個(gè)煤樣，其中1/3焦煤2個(gè)、氣煤1個(gè)、氣肥煤1個(gè)、肥煤2個(gè)、焦煤4個(gè)、瘦煤2個(gè)。試驗(yàn)煤樣選擇的礦點(diǎn)分布詳見表1。

其中氣煤大協(xié)、氣肥煤東都、肥煤龍崮集為山東能源新汶礦務(wù)局提供的煉焦煤。以下重點(diǎn)研究在焦炭質(zhì)量滿足馬鋼企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下新汶氣煤大協(xié)、氣肥煤東都的配加比例。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

配煤試驗(yàn)制訂的10組配煤試驗(yàn)方案見表2。

表1 試驗(yàn)煤樣選擇的礦點(diǎn)分布

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

表2 新汶氣煤及氣肥煤配煤煉焦實(shí)驗(yàn)方案

大類煤種氣煤1/3焦煤大協(xié)望峰崗官橋肥煤東都龍崮集山家林焦煤峰景石臺(tái)介休兌鎮(zhèn)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?fàn)t生產(chǎn)試樣；方案N2為基準(zhǔn)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(zhǔn)方案N2相比，即大協(xié)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(zhǔn)方案N2相比，大協(xié)煤代替官橋煤；方案N5與基準(zhǔn)方案N2相比，配煤結(jié)構(gòu)保持不變，調(diào)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(xié)代替官橋煤；方案N7與基準(zhǔn)方案N2相比，配煤結(jié)構(gòu)保持不變，進(jìn)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(xié)代替官橋煤；方案N9與基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhì)量分析

配合煤的常規(guī)分析見表3。由于山東新汶的氣煤、氣肥煤的揮發(fā)分均很高，其硫分也較高，因此配加其煉焦，則配合煤的揮發(fā)分、硫分將會(huì)隨著配加比例增加呈上升趨勢(shì)。此次試驗(yàn)中，氣肥煤的比例由基準(zhǔn)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(qū)間為27.25%(基準(zhǔn)組)～29.84%，硫分變化區(qū)間為0.78%(基準(zhǔn)組)～1.04%。此次試驗(yàn)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(xié)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(qū)間為37.0 mm～42.5 mm，Y值變化區(qū)間為15.0 mm～16.3 mm。

1.4 40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)結(jié)果

配合煤試驗(yàn)煉焦對(duì)應(yīng)焦炭質(zhì)量數(shù)據(jù)見表4。

表3 配合煤常規(guī)分析表

方案工業(yè)分析/%MadAdVdaf全硫/%St,d膠質(zhì)層指數(shù)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(yàn)煉焦對(duì)應(yīng)焦炭質(zhì)量數(shù)據(jù)

方案焦炭工分及全硫/%MadAdVdafSt,d焦炭強(qiáng)度/%CRICSRM40M10轉(zhuǎn)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(chǎn)焦?fàn)t與40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t焦炭質(zhì)量對(duì)比

取馬鋼6 m生產(chǎn)焦?fàn)t配合煤試樣1份,進(jìn)行實(shí)爐與試驗(yàn)爐同比試驗(yàn)，得出40 kg試驗(yàn)爐與6 m實(shí)爐(干熄焦)焦炭質(zhì)量指標(biāo)存在較大的差異。試驗(yàn)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(yàn)爐較實(shí)爐高27.4 mm。以上數(shù)據(jù)對(duì)比相差較大，主要由于2種焦炭的熄焦方式不同,試驗(yàn)焦?fàn)t為濕法熄焦，而生產(chǎn)焦?fàn)t為干法熄焦。同時(shí)據(jù)了解，生產(chǎn)焦?fàn)t與試驗(yàn)焦?fàn)t的數(shù)據(jù)差異因各家生產(chǎn)焦?fàn)t與試驗(yàn)爐的爐型不同而不同。馬鋼6 m焦?fàn)t焦炭與40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t焦炭質(zhì)量對(duì)比詳見表5。

表56m焦?fàn)t焦炭與40kg試驗(yàn)焦?fàn)t焦炭強(qiáng)度及塊度差異

項(xiàng)目焦炭質(zhì)量指標(biāo)M40/%M10/%CRI/%CSR/%平均粒度/mm配合煤試驗(yàn)焦?fàn)t79.89.736.543.373.9 生產(chǎn)焦?fàn)t89.2 5.5 24.069.046.5

1.4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以下分析對(duì)比10組配煤試驗(yàn)方案，詳述如下:

(1)方案N2為基準(zhǔn)方案，試驗(yàn)焦?fàn)t所得焦炭熱態(tài)性質(zhì)CRI為38.2%，CSR為44.1%；冷態(tài)性質(zhì)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(chǎn)方案相比，所得試驗(yàn)焦?fàn)t的焦炭質(zhì)量相當(dāng)。

(2)方案N3與基準(zhǔn)組N2相比，大協(xié)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(zhì)(CRI 40.5%、CSR39.6%)較低，冷態(tài)強(qiáng)度、焦炭的平均粒度與基準(zhǔn)組基本相當(dāng)，表明用大協(xié)煤代替望峰崗煤后所煉焦炭的熱性質(zhì)會(huì)降低。由于大協(xié)煤較望峰崗煤變質(zhì)程度低，其黏結(jié)性與結(jié)焦性也劣于望峰崗煤，大協(xié)與望峰崗的基氏流動(dòng)度指標(biāo)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(zhì)體反射率分布圖可知，其與基準(zhǔn)方案N2分布相當(dāng)，因此所得焦炭質(zhì)量也較差。

(3)方案N4與N2相比，大協(xié)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(zhì)(CRI 37.1%、CSR 46.3%)較好，冷態(tài)強(qiáng)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(xié)煤代替官橋煤后，所煉焦炭質(zhì)量總體有所改善。原因在于大協(xié)與官橋煤性質(zhì)相比，其黏結(jié)性較好?；狭鲃?dòng)度指標(biāo)lgMF前者為3.76，后者為3.33；從配合煤鏡質(zhì)體反射率分布圖來看，方案N4的分布圖略優(yōu)于基準(zhǔn)組N2，適配性較好。

(4)N2、N3、N4此3種方案所煉焦炭結(jié)果表明，3種高揮發(fā)分煤的結(jié)焦性優(yōu)劣次序依次為:望峰崗煤、大協(xié)煤、官橋。

(5)方案N5與基準(zhǔn)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(zhì)(CRI 39.3%、CSR42.4%)略有降低，冷態(tài)強(qiáng)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(jié)構(gòu)下提高氣肥煤東都比例、降低肥煤龍崮煤比例、焦炭質(zhì)量會(huì)略有降低。

(6)方案N6在N5的基礎(chǔ)上，由大協(xié)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(zhì)量比較，其熱性質(zhì)(CRI 36.7%、CSR45.2%)及冷態(tài)強(qiáng)度(M4080.0%、M108.8%)明顯優(yōu)于N5，也優(yōu)于基準(zhǔn)組N2；焦炭的平均粒度(71.9 mm)優(yōu)于N5，略次于基準(zhǔn)組。該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，利用結(jié)焦性較好的大協(xié)氣煤，同時(shí)在提高東都?xì)夥拭罕壤敖档妄堘拿罕壤龝r(shí)焦炭質(zhì)量不降低，甚至可得到改善。

(7)方案N7在方案N5基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高東都?xì)夥拭罕壤?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(jié)果表明，與N5相比，焦炭熱性質(zhì)(CRI 39.8%、CSR42.0%)略有降低；冷態(tài)強(qiáng)度(M4080.6%、M108.1%)略有改善。焦炭的平均粒度(72.2 mm)有所增加?？傮w與N5焦炭質(zhì)量無明顯變化。與基準(zhǔn)組N2相比，提高東都?xì)夥拭罕壤?、降低龍崮集肥煤比例，焦炭質(zhì)量略有降低。

(8)方案N8在N7的基礎(chǔ)上，由大協(xié)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(zhì)量比較，其熱性質(zhì)(CRI 34.6%、CSR47.3%)以及冷態(tài)強(qiáng)度(M4079.5%、M109.5%)明顯優(yōu)于N7，也優(yōu)于基準(zhǔn)組N2；焦炭的平均粒度(70.7 mm)較N7以及基準(zhǔn)組有所下降，與N6方案相比，焦炭熱性質(zhì)進(jìn)一步得到提高。該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：利用結(jié)焦性較好的大協(xié)氣煤并同時(shí)提高東都?xì)夥拭罕壤?、降低龍崮集肥煤比例，焦炭冷熱態(tài)強(qiáng)度較基準(zhǔn)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(chǔ)上進(jìn)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(jié)果表明：與N7相比，焦炭的熱性質(zhì)(CRI 36.4%、CSR 44.1%)有所改善；冷態(tài)強(qiáng)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(zhǔn)組N2相比，全部利用東都?xì)夥拭?24%)代替龍崮集肥煤，焦炭質(zhì)量仍未有明顯變化。

(10)方案N10與基準(zhǔn)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(zhì)量表明，利用山家林煤代替龍崮煤，焦炭熱性質(zhì)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(duì)應(yīng)的焦炭質(zhì)量，熱態(tài)強(qiáng)度依次上升，均優(yōu)于基準(zhǔn)組。對(duì)于冷態(tài)強(qiáng)度中抗碎強(qiáng)度M40，N4表現(xiàn)為最差即劣于基準(zhǔn)組2.4%，N6最佳且優(yōu)于基準(zhǔn)組,N8與基準(zhǔn)組相當(dāng)。耐磨強(qiáng)度M10屬N6最佳，其它2個(gè)方案對(duì)應(yīng)的數(shù)值與基準(zhǔn)組相當(dāng)。焦炭的平均粒度中均低于基準(zhǔn)組，其中N8最低。

2 結(jié) 論

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

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

(3) 在配煤結(jié)構(gòu)中維持煤巖強(qiáng)黏比的比例，在一定程度可保證焦炭質(zhì)量。如利用結(jié)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(qiáng)黏比及穩(wěn)定或提高焦炭質(zhì)量。即配煤煉焦中使用盡量多配入高揮發(fā)分氣煤、氣肥煤，探索合理有效利用高揮發(fā)分氣煤、氣肥煤，節(jié)約主焦煤、肥煤及擴(kuò)大煉焦用煤范圍，可為企業(yè)拓寬市場、擴(kuò)大銷量及降低生產(chǎn)成本并實(shí)現(xiàn)供需雙方共贏的效果。