对两种国外炼焦煤的研究及配煤炼焦试验
2019-06-05吴玉良徐成记
吴玉良， 徐成记
(山西焦化集团有限公司，山西 洪洞 041606)
引 言
受山西焦化技术咨询服务公司的委托，山焦配煤实验中心为印尼某企业新建JN60型焦炉做开工配煤炼焦试验。利用中心的分析仪器、试验装置以及建立的炼焦煤评价体系，对该公司提供的两种炼焦煤AKT煤和German Creek煤进行了较为全面的煤质分析、单种煤炼焦试验及煤质评价。在全面掌握煤质特性的基础上，又进行了多个方案的配煤炼焦小焦炉试验。除对比分析各个方案焦炭质量的优劣外，还针对AKT煤镜质组含量高、活惰比高、哈氏可磨指数高及膨胀度大等特殊性进行了分析研究，为印尼喀钢选择适合与AKT煤配合炼焦的煤种提供了技术指导。
印尼某企业采用了综合评价较好的配煤方案三作为6 m顶装焦炉开工配煤方案。实践证明，运用该方案焦炉投产顺利，焦炭质量指标与预测值基本相符，满足了高炉生产需求。
1 AKT煤与German Creek煤的质量特性
1.1 AKT煤煤质分析与40 kg焦炉炼焦试验结果
AKT煤煤质分析与40 kg焦炉炼焦试验结果见表1，表2，及第98页表3。
表2 40 kg焦炉炼焦试验技术条件
1.2 German Creek炼焦煤煤质分析及40 kg焦炉炼焦试验结果(见第98页表4～表6)。
1.3 煤质评价与特性分析
1.3.1 AKT煤
1) 按照中国煤炭分类标准，印尼AKT煤属于品质较好的1/3焦煤，其黏结指数GR.I值及胶质层最大厚度Y值较高，具有较好的黏结性和结焦性，固软温度区间较宽，黏结惰性物料的能力较大。
2) 哈氏可磨性指数较高，表明该煤容易粉碎。
煤的可磨性表示煤被粉碎的难易程度，煤的这一机械性质在我国国标中规定用哈德格罗夫(哈氏)可磨性指数HGI来表示。煤的可磨性指数越大，则这种煤越易粉碎。反之，则难粉碎。
表3 焦炭质量分析
表4 German Creek炼焦煤煤质分析
表5 40 kg焦炉炼焦试验技术条件
表6 焦炭质量分析
AKT煤的哈氏可磨性指数高达101，表明该煤种容易粉碎，在生产过程中应避免煤料粉碎过细，导致黏结性变差、装煤量减少、装煤时喷煤冒烟及影响回收操作等。
3) 煤岩分析结果表明，该煤种为有一个凹口的简单混煤，随机平均反射率(%)为0.946。煤岩组分中镜质组占到84.9%，镜质组含量高，活惰比高达5.67，在配煤中心的煤炭数据库中名列前茅。这与AKT煤的成煤条件有关，印尼是千岛之国，原生植物大多处于水下无氧环境，因此，形成了较多的镜质体，故表现为高活性组分含量；单独炼焦时因其黏结基质有余，而形成焦炭骨架结构的惰性物质不足，影响焦炭强度，尤其是抗碎强度较低，需要惰性组分含量较高的煤与其配合炼焦，才能生产出质量较好的焦炭。
4) 该煤种膨胀度大，加热过程中箱体膨胀变形，出焦时因箱体变形而被卡住，用于大炉生产会对炉墙产生较大的压力。因此，在制定焦炉开工配煤方案时应控制该煤种的配用比例，以减少煤饼对炉墙的压力。
1.3.2 German Creek煤
1) 根据煤岩分析结果，该煤种为有2个凹口的复杂混煤，随机平均反射率为1.251%，反射率最低值为0.900%，最高值为1.850%，标准差为0.237%。反射率分布直方图上有3个峰，大约由3种不同变质程度的煤混配；German Creek煤煤岩组分中镜质组占69.8%，活惰比为2.51。
2) German Creek煤黏结指数为75，Y值为12 mm，奥亚膨胀度为-14.3%，为“负膨胀”。
2 AKT煤与German Creek煤配煤炼焦试验结果
根据AKT煤与German Creek煤的质量特性及某企业的要求，制定了5个配煤方案，进行小焦炉炼焦试验。
2.1 配煤炼焦试验方案(见表7)
表7 配煤炼焦试验方案
共做了5个方案的配煤炼焦试验，AKT煤的配用比例由50%到20%递减，试验目的除了解焦炭质量外，还要了解各方案配合煤的各项质量指标是否适合用于新开工的焦炉。其中，方案五是应技术咨询服务公司和印尼某企业要求，在1个多月后进行的试验。由于来煤存放时间较长，煤的氧化对试验结果有一定程度的影响。
2.2 配合煤质量分析结果(见表8)
表8 配合煤质量分析结果
各方案配合煤的主要质量指标变化趋势见图1。
图1 各方案配合煤的质量指标变化趋势
分析结果表明，随着AKT煤配用比例递减，配合煤的奥亚膨胀度逐步减小，有利于减少对炉墙的压力，但配合煤的挥发分也逐步降低，不利于焦饼的收缩，配合煤的黏结指数也有下降趋势等，需要全面加以考虑。
2.3 40 kg焦炉炼焦试验情况(见表9)
表9 40 kg焦炉炼焦试验情况
由于AKT煤的奥亚膨胀度大，除方案四(AKT煤配用比例最少为20%)外，其余方案配合煤在结焦过程中由于膨胀使得箱体变形与炉墙接触，导致出现出炉时箱体被卡住的现象。随着AKT煤配用比例的递减，膨胀度逐渐减小。
2.4 焦炭质量分析结果(见第100页表10)
各个方案试验焦炭主要质量指标变化趋势如第100页图2所示。
从各方案焦炭质量情况看，随着AKT煤配比例的递减，焦炭的灰分、焦末含量等指标呈上升趋势，硫分、平均粒度、机械强度等指标呈下降趋势。
3 40 kg试验焦炉与工业焦炉焦炭强度的对应关系
根据近年来配煤实验中心进行的近50组使用同一配比配合煤，40 kg试验焦炉焦炭与我公司JN60型焦炉晾焦台焦炭强度的相关性试验结果，预测各方案用于工业焦炉晾焦台焦炭强度如第100页表11。
由于焦炭质量除受煤质影响外，炼焦生产工艺如，加热制度、结焦时间、熄焦方式及焦炭运输条件等因素也同样影响着焦炭强度，故以上预测数值需结合印尼方的生产工艺条件加以修正。
表10 各方案试验焦炭质量分析结果
图2 各方案试验焦炭主要质量指标趋势
方案抗碎强度(M40)/%耐磨强度(M10)/%反应后强度(CSR)/%一76.28.859.0二77.08.963.0三76.38.761.1四76.49.559.8五70.210.962.1
4 实际应用情况
印尼某企业采用了综合评价较好的配煤方案三作为6 m顶装焦炉开工配煤方案。运用该方案焦炉投产顺利，焦炭质量指标与预测值基本相符，能够满足某企业高炉的生产需求。同时，推焦电流在180 A左右，焦炉推焦顺利。
5 结论
1) 采用印尼某企业提供的AKT煤和German Creek煤进行了多个方案的配煤炼焦试验，从中选择了较为合适的配比作为喀钢6 m顶装焦炉开工方案。运用该方案焦炉投产顺利，焦炭质量指标与预测值基本相符，能够满足喀钢高炉的生产需要，焦炉推焦顺利。
2) 印尼AKT煤与国内炼焦煤相比较为特殊，对其的认知主要有：1) 其类别属于品质较好的1/3焦煤，具有较好的黏结性和结焦性，固软温度区间较宽，黏结惰性物料的能力较大；2) 哈氏可磨性指数较高，易于粉碎，在生产过程中应避免煤料粉碎过细，导致黏结性变差、装煤量减少、装煤时喷煤冒烟及影响回收操作等；3) AKT煤活性组分含量高，黏结基质有余，而形成焦炭骨架结构的惰性物质不足，需要与惰性组分含量较高的煤种配合炼焦，才能生产出质量较好的焦炭。4) 该煤种膨胀度大，在制定焦炉开工配煤方案时应控制该煤种的配用比例，以减少焦饼对炉墙的压力，避免损伤炉体。因此，如能增加挥发分、X值及惰性组分较高，膨胀度较低的煤种加以配合，则对于焦炭质量、炉体保护及出炉操作等方面都将会有所改善。
