氣煤替代1/3焦煤的配煤方案優(yōu)化試驗

　　摘要：為擴大煉焦煤資源，降低焦化企業(yè)配煤成本，通過坩堝焦試驗和40kg小焦?fàn)t試驗考察了3種氣煤(分別記為QM1、QM2和QM3)替代某焦化企業(yè)工業(yè)配煤方案中1/3焦煤的可行性，并采用鏡質(zhì)體反射率分布圖對氣煤的適宜配入比例進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明：在原生產(chǎn)配煤方案中，當(dāng)氣煤替換比為8%時，焦炭冷態(tài)強度變化較小，但其熱態(tài)強度均有所劣化，其中反應(yīng)性指數(shù)CRI從26.60%提高至27.97%~29.79%，反應(yīng)后強度CSR從64.14%降低至61.14%~62.82%;當(dāng)氣煤替換比為5%時，配入QM3后焦炭質(zhì)量與原工業(yè)方案相近，而配入QM1和QM2后焦炭CRI較工業(yè)方案提高約2%，CSR降低約2%。因此，針對該焦化企業(yè)生產(chǎn)一級冶金焦的配煤方案，宜用5%的QM3替代1/3焦煤，可降低入爐煤成本至少15元/t焦，而QM1和QM2的適宜配入比例應(yīng)小于5%。

　　關(guān)鍵詞：氣煤;配煤煉焦;冷態(tài)強度;熱態(tài)強度;鏡質(zhì)體反射率分布圖

　　雖然中國煉焦煤資源相對豐富，但資源蘊藏極不均衡，焦煤和肥煤等優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源稀缺，弱粘結(jié)性氣煤占煉焦煤資源總量的47%左右[1-2]。隨著中國高爐大型化的迅猛發(fā)展以及生鐵產(chǎn)量的逐年攀升，如2018年中國生鐵產(chǎn)量達(dá)到77105萬t，占世界生鐵總產(chǎn)量的62.23%[3]，造成焦炭需求量增加，且由于高爐煉鐵焦比逐漸降低，焦炭負(fù)荷增大，對焦炭質(zhì)量要求也更為嚴(yán)格。優(yōu)質(zhì)煉焦煤是焦炭質(zhì)量的保證，隨著大量開采消耗，未來中國優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源將難以滿足鋼鐵行業(yè)對焦炭質(zhì)量的需求。

　　為節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源，許多研究者開展了氣煤等弱粘結(jié)性煤配煤煉焦試驗，如胡守勇[4]開展忻州氣煤替代峰峰1/3焦煤試驗，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)替換比例從3%增加至6%時，焦炭CSR從56.7%稍降至56.0%;當(dāng)氣煤配入比例進(jìn)一步提高至15%時，焦炭CSR降低至52.0%，焦炭質(zhì)量明顯劣化。黃先佑等[5]以氣煤替代1/3焦煤進(jìn)行配煤煉焦試驗，隨著氣煤配比的增加，焦炭質(zhì)量呈下降趨勢;當(dāng)氣煤配比為15%時，焦炭CSR為55%，仍可達(dá)到二級冶金焦炭CSR的標(biāo)準(zhǔn)。

　　上述工作主要對生產(chǎn)二級冶金焦和準(zhǔn)一級冶金焦(CSR小于60%)的配煤方案進(jìn)行優(yōu)化研究，然而隨著高爐大型化以及對高爐操作穩(wěn)定性要求的提高，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)對焦炭質(zhì)量提出了比一級冶金焦更為苛刻的要求(部分企業(yè)要求焦炭CSR大于65%甚至達(dá)到68%~70%，CRI小于25%)。因此，對于焦炭質(zhì)量遠(yuǎn)優(yōu)于一級冶金焦的配煤方案，開展氣煤配煤煉焦特性研究具有很強的實用價值。此外，隨著配煤技術(shù)的發(fā)展，以煤巖學(xué)理論為基礎(chǔ)的配煤方法得到了廣泛的重視與應(yīng)用。

　　相較于傳統(tǒng)分析煤變質(zhì)程度指標(biāo)，煤鏡質(zhì)體平均最大反射率能夠更精確地反映煤的變質(zhì)程度，有利于煤的質(zhì)量管控，保障焦炭質(zhì)量[6-7]。大量研究[8-12]表明，煤的鏡質(zhì)體反射率分布圖可以作為配煤煉焦中分析焦炭質(zhì)量參考，配合煤的鏡質(zhì)體反射率分布圖凹口越少、越平滑、越趨近正態(tài)分布，焦炭質(zhì)量越好。本文通過實驗室配煤煉焦試驗及40kg小焦?fàn)t試驗，研究3種氣煤替代某焦化企業(yè)的1/3焦煤后焦炭質(zhì)量的變化，并結(jié)合煤鏡質(zhì)體反射率分布圖對配煤方案進(jìn)行優(yōu)化，在保證焦炭質(zhì)量滿足生產(chǎn)要求的條件下配入3種弱粘結(jié)性氣煤，具有工業(yè)應(yīng)用前景。

　　1試驗

　　1.1原料

　　試驗煤樣主要包括某煤炭企業(yè)的3種氣煤(分別記為QM1、QM2和QM3)以及某焦化企業(yè)的煉焦原料煤，各煤樣的煤質(zhì)指標(biāo)�？梢钥闯�3種氣煤揮發(fā)分較高且含量相近，表明3種氣煤的變質(zhì)程度相近，其中QM1的灰分和硫分最低，粘結(jié)指數(shù)與膠質(zhì)層最大厚度與QM2相近。3種氣煤中QM3的粘結(jié)性指數(shù)明顯高于QM1和QM2。

　　1.2高溫?zé)捊乖囼?/p>

　　在實驗室條件下利用高溫電阻爐進(jìn)行模擬煉焦試驗，在爐內(nèi)四周放置4個裝有焦粉的灰皿，使?fàn)t中保持還原性氣氛。試驗過程為：裝煤約150g的坩堝在常溫下以10℃/min升溫至300℃，然后在300℃停留10min，再以5℃/min升溫速率加熱至1050℃，在1050℃下恒溫30min，最后自然冷卻。40kg小焦?fàn)t煉焦試驗所采用的儀器設(shè)備及試驗方法等按照YB/T4526—2016《煉焦試驗用小焦?fàn)t技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

　　1.3焦炭冷、熱態(tài)強度測定40kg小焦?fàn)t試驗焦炭的冷、熱態(tài)強度測定分別按照GB/T2006—2008《焦炭機械強度的測定方法》和GB/T4000—2017《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法》執(zhí)行。由于實驗室坩堝焦體積較小，參考GB/T2006—2008《焦炭機械強度的測定方法》對焦炭機械強度測定進(jìn)行改進(jìn)，本文將坩堝焦的抗碎強度和耐磨強度定義為M13和M3。

　　1.4鏡質(zhì)體反射率測定

　　參照GB/T6948-2008《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測定方法》并采用德國卡爾蔡司公司AxioImager.A2m全自動偏光顯微鏡對煤的鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行測定，利用HD型全自動顯微鏡光度計軟件采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　2.結(jié)果與討論

　　2.1某焦化企業(yè)的工業(yè)配煤方案及焦炭性質(zhì)

　　工業(yè)配煤方案生產(chǎn)的焦炭冷態(tài)強度滿足一級冶金焦炭標(biāo)準(zhǔn)，反應(yīng)性指數(shù)CRI低于一級冶金焦8%左右，反應(yīng)后強度CSR高于一級冶金焦近10%。該焦化企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中控制焦炭冷、熱態(tài)強度要求為抗碎強度M25≥93.0%，耐磨強度M10≤6.0%，CRI≤23.4%，CSR≥69.6%。

　　2.2配煤方案優(yōu)化

　　為使配入氣煤后焦炭質(zhì)量不明顯劣化，并確定氣煤的適宜配入量，對配入不同比例氣煤的配合煤鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行測定，(a)，(b)，(c)，(d)分別是在以QM1、QM2、QM3替換1/3焦煤以及無氣煤配入4種條件下的煤鏡質(zhì)體反射率分布。氣煤的配入比例為5%時(5%氣煤代替3%的1/3JM1和2%的1/3JM2，見其中的試驗方案5)，配入QM1在0.75~0.85及0.90~1.10處分別有一個約為2.5%和1.0%深的凹口;配入QM2的鏡質(zhì)體反射率分布圖在0.75~1.00處有一深度約為2.0%的凹口;而配入QM3以及無氣煤配入條件下的鏡質(zhì)體反射率分布圖基本無凹口且分布圖也相對更加平滑。研究[15-17]表明，配合煤的反射率分布圖凹口越少、越接近正態(tài)分布，配煤質(zhì)量更好，焦炭質(zhì)量更高。

　　3.結(jié)論

　　(1)當(dāng)3種氣煤替換比從12%降低至8%時，坩堝焦冷態(tài)強度有所提高(抗碎強度M13從94.88%~97.51%提高至96.39%~98.58%，耐磨強度M3變化較小，反應(yīng)性指數(shù)(CRI*)從37.76%~38.38%降低至37%左右，但反應(yīng)后強度(CSR*)變化不大。

　　(2)40kg小焦?fàn)t試驗結(jié)果表明：當(dāng)氣煤配比為8%時，焦炭的熱態(tài)強度均有所劣化，其中反應(yīng)性指數(shù)CRI從26.60%提高至27.97%~29.79%，反應(yīng)后強度從64.14%降低至61.14%~62.82%。當(dāng)氣煤配比降低至5%時，配入QM3后焦炭質(zhì)量與工業(yè)方案相近(未配入氣煤)，而配入QM1和QM2后焦炭反應(yīng)性指數(shù)較工業(yè)方案高約2%，反應(yīng)后強度低約2%。針對該焦化企業(yè)生產(chǎn)一級冶金焦的配煤方案，用5%的QM3代替1/3焦煤是可行的，可降低入爐煤成本至少15元/t焦，而QM1和QM2的適宜配入比例應(yīng)小于5%。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]鄧小利,徐飛,王遂正.中國稀缺煉焦煤資源分布特征[J].中國煤炭地質(zhì),2018,30(6):26.

　　[2]ZHANGH,SHENL,ZHONGS,etal.Coalresourceandindustrialstructurenexusinenergy-richarea:ThecaseofthecontiguousareaofShanxiandShaanxiProvinces,andInnerMongoliaAutonomousRegionofChina[J].ResourcesPolicy,2020,66:101646.

　　[3]張福明.中國高爐煉鐵技術(shù)裝備發(fā)展成就與展望[J].鋼鐵,2019,54(11):1.

　　[4]胡守勇.忻州氣煤在配煤煉焦中的應(yīng)用研究[J].燃料與化工,2018,49(5):9.

　　[5]黃先佑,王建明,祝永強,等.攀鋼配加氣煤和瘦煤煉焦試驗[J].中國冶金,2019,29(12):55.

　　作者：潘林輝，黃勝1，時峰2，許佳2，張開幸3，張德祥1

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/28732.html