低流动度强黏结性印尼炼焦煤的配用技术研究

2013-11-05薛改凤宋子逵鲍俊芳

武汉科技大学学报 2013年4期

项茹，薛改凤，宋子逵，鲍俊芳

（武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉，430080）

近年来，中国钢铁工业产能剧增，而国内优质炼焦煤资源缺乏，为满足日益增长的高炉需求，我国钢铁企业不得不大量进口高黏结性炼焦煤，但许多进口的所谓“优质炼焦煤”的配用效果与国内优质焦煤相差甚远。国内某钢厂依据中国煤炭分类标准，从印度尼西亚某矿点高价引进具有高G值和Y值的印尼煤，发现其煤质非常特殊，配用较困难，因此本文对印尼煤的煤质特征以及配用方法进行研究，以期为炼焦生产提供参考。

1 试验

配煤炼焦所需单种煤包括印尼煤、河南平顶山田庄1／3焦煤、肥煤、焦煤1＃、焦煤2＃和瘦煤。煤的各项工业指标分析按照GB／T 212—2008、GB／T 5447—1997、GB／T 479—2000、GB／T 5450—1997进行；煤的镜质组反射率按GB／T 6948—2008进行测定；煤的基氏流动度指标按美国标准ASTM D1812－77进行测定。

单种煤和配煤结焦试验在1kg小型焦炉内进行，中低变质程度黏结性较好的炼焦煤粒度为－2mm，装煤堆密度为0.75～0.77g／cm3，按一定升温程序升至950℃并保温3h，自然冷却后对焦炭试样进行各项结构性能测定。

参照YB／T 077—1995采用数点统计法在德国MSP－200显微镜上进行焦炭光学显微结构测试；参照国标GB／T 4000—2008进行焦炭热性能测定，反应时间为1h。

2 结果与讨论

2.1 单种煤的煤质分析

表1为各单种煤的煤质分析结果。由表1可见，印尼煤挥发分大于28%，G值高达93，Y值为22，根据中国煤炭分类国家标准应判为1／3焦煤；印尼煤的奥亚膨胀度b值为130%，收缩度X值为24，但其最大流动度MF仅292ddpm；印尼煤镜质组平均最大反射率为1.11%，变质程度已在焦煤范畴［1－3］。将印尼煤与G值、Y 值及挥发分接近的田庄1／3焦煤进行流变性比较，如图1所示。由图1可见，印尼煤的开始软化温度较高，达413℃，属焦煤软化温度范畴，而田庄1／3焦煤的开始软化温度较低，最大流动度高于1000ddpm。由此可见，印尼煤与田庄1／3焦煤的胶质体性质不同，印尼煤受热时具有较高的膨胀度、较低的流动度和收缩特性，且开始软化温度较高，仅依据国内常用的静态表观指标无法准确表征其煤质。

表1 煤质分析结果Table1 Analysis results of coals

图1 印尼煤和田庄1／3焦煤的基氏流动度Fig.1 Gieseler fluidities of Indonesia coal and Tianzhuang 1／3coking coal

2.2 单种煤成焦显微结构分析

印尼煤和田庄1／3焦煤所制焦炭的显微结构组成如表2所示，其显微结构照片见图2和图3。

表2 单种煤所制焦炭的显微结构组成Table2 Optical textures of cokes from single coal%

图2 印尼煤所制焦炭的显微结构Fig.2 Microstructures of coke from Indonesia coal

图3 田庄1／3焦煤所制焦炭的显微结构Fig.3 Microstructures of coke from Tianzhuang 1／3coking coal

由表2和图2可见，印尼煤所制焦炭的粗粒结构含量高达70%，另有少量纤维结构，且惰性结构含量较低，其结构特征更偏向于焦煤成焦结构。由表2和图3可见，田庄1／3焦煤所制焦炭以粗粒和细粒镶嵌结构为主，粗粒镶嵌结构含量低于50%，属典型的1／3焦煤成焦结构特征。由此可见，印尼煤和田庄1／3焦煤的成焦结构特征差异较大。

2.3 印尼煤配用方法探讨

2.3.1 配煤方案

印尼煤虽然具有较高的G值和Y值，但同时又具有高膨胀性和低流动性，其煤质特性与国内1／3焦煤或焦煤的性质不同，配用不当极易形成大量泡焦。印尼煤如果按肥煤配用，其流变性或膨胀性显然达不到要求，不能促进煤粒间的相互接触，若按1／3焦煤配用，其煤质与1／3焦煤的差异又比较大。由于印尼煤具有较高的软化温度以及较多的粗粒镶嵌结构，煤质更接近焦煤，所以考虑用印尼煤替代少量优质焦煤，以发挥其煤质特性。具体配煤方案见表3。

表3 配煤方案Table3 Schemes of coal blending %

2.3.2 配煤工艺性质及成焦质量分析

根据表3的配煤方案，对各配合煤进行工艺性质分析，结果见表4。由表4可见，各配合煤的挥发分、G值波动不大，若按传统的Vdaf－G法预测焦炭强度［4－5］，则各配合煤的成焦质量应该无明显差异，但从本研究中焦炭反应后强度CSR的测定结果（见图4）可以看出，各配煤方案的成焦质量差异较大，其中方案2和方案3的焦炭质量较稳定，方案4和方案5的焦炭质量均有下滑。

表4 配合煤的煤质分析Table4 Analysis results of blending coals

图4 配合煤所制焦炭的反应后强度Fig.4 CSR of cokes from blending coals

由于印尼煤具有较高的膨胀性、较低的收缩性和流变性，导致其与其它炼焦煤配煤成焦时，煤粒间接触不紧密，孔隙较大，形成较多泡焦，最终影响焦炭质量。方案4中，印尼煤完全替代焦煤1＃，使配合煤的挥发分及膨胀度增大，流动度降低，焦炭质量下降；方案5中，印尼煤完全替代1／3焦煤，使配合煤的流动度显著降低，膨胀度显著增大，焦炭质量劣化更明显；方案2和方案3中，配合煤的流动度在700ddpm以上，膨胀度不高于25%，焦炭质量较稳定。

综上所述，对于低流动度强黏结性的印尼煤，其成焦粗粒镶嵌结构含量高，膨胀性高于一般焦煤，但未达到肥煤要求，可以替代部分焦煤1＃，但配合煤的流变性和膨胀性应得到合理控制。