炼焦煤镜质组反射率分布、焦炭光学组织与焦炭热性质的相关性研究

岳伟明， 杨伯威

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

引 言

近年来，煤岩理论在配煤炼焦中的地位和作用已经越来越为人们所重视，大多数焦化企业都开始利用煤岩分析的有关数据指导配煤。而随着焦炉大型化和煤粉富氧喷吹技术的发展，高炉生产对焦炭质量提出了更高的要求，特别是焦炭的反应性及反应后强度。而焦炭的光学组织与焦炭的反应性密切相关，焦炭光学组织是焦炭在高炉中劣化的一个重要因素。因此，通过研究焦炭光学组织与镜质组反射率分布之间的对应关系及焦炭光学组织与焦炭反应后强度之间的对应关系，对于指导炼焦配煤有着重要的意义。

本文以进厂单种煤及炼焦配合煤在准确测定镜质组反射率分布的基础上，结合40 kg小焦炉实验，以期表明焦炭光学组织与镜质组反射率分布特征的关系，以及焦炭光学组织组成对焦炭反应后强度的影响规律，从而更好地指导炼焦配煤生产，提高焦炭的热反应强度。

1 试验条件及测定方法

1) 煤的镜质组反射率测定方法按照GB/T6948-2008规定进行。

2) 焦炭反应性及反应后强度测定方法按照GB/T4000-2008规定进行。

3) 焦炭光学组织测定方法按照YB/T077-1995规定进行。

4) 试验方法

将单种煤及配合煤在40 kg焦炉中进行结焦性试验，其中，装炉煤水分为(10±1)%，焦饼中心温度为(950±30)℃，结焦时间为17.5 h，成焦后取部分焦炭按国家标准进行焦炭光学组织测定和热反应强度测定。

2 单种煤镜质组反射率分布与焦炭热性质及光学组织的相关性

2.1 单种煤镜质组反射率分布与焦炭热性质的关系

对焦化厂现有单种煤进行镜质组反射率测定，其镜质组反射率分布情况及焦炭热性质分析见表1。

表1 焦煤镜质组反射率分布与焦炭热性质

焦煤的平均随机反射率大致为1.2～1.6，镜质组反射率分布在强黏区间的占90%以上，反应后强度达到60%以上，结焦性能良好。其中，中硫焦煤1平均随机反射率较大,为1.570，镜质组反射率分布在强黏区间的占73.40%，反应后强度最低为60.9%。

如表2所示，肥煤的平均随机反射率大致为0.8～0.9，镜质组反射率分布在强黏区间的占80%～90%，反应后强度达到45%～50%，结焦性能较好。

表2 肥煤镜质组反射率分布与焦炭热性质

如表3所示，1/3焦煤的平均随机反射率大致为0.7～0.8，镜质组反射率分布在强黏区间的占70%～80%，反应后强度达到40%～45%，结焦性能一般。

表3 1/3焦煤镜质组反射率分布与焦炭热性质

如表4所示，瘦煤的平均随机反射率大致为1.65左右，镜质组反射率分布在强黏区间的仅占40%～50%，结焦性能较差，反应后强度无法测定。

表4 瘦煤镜质组反射率分布与焦炭热性质

如表5所示，气煤的平均随机反射率大致为0.65，镜质组反射率分布在强黏区间的仅占30%，结焦性能较差，反应后强度无法测定。

弱黏煤的平均随机反射率大致为0.5，镜质组反射率分布在强黏区间的为0，几乎无法结焦，反应后强度无法测定。

2.2 单种煤成焦光学组织特征的分析

将在40 kg焦炉中成焦后的焦炭制成焦砖，对其进行焦炭光学组织测定，其光学组织特征情况见表6和图1。

焦煤的焦炭光学组织分析显示，中粒镶嵌及粗粒镶嵌的含量在40%～50%，不完全及完全纤维状和片状含量4%～14%，丝炭与破片的含量在35%左右，其中，中硫焦煤1及高硫焦煤4的粗粒镶嵌成分明显高于其余焦煤。

表5 弱黏结煤镜质组反射率分布与焦炭热性质

表6 焦煤光学组织特征

图1 焦煤光学组织特征趋势图

如表7和图2显示，肥煤的焦炭光学组织分析显示，与焦煤比较，细粒镶嵌含量明显增多，中粒镶嵌及粗粒镶嵌含量减少，但是其中肥煤3及高硫肥煤4的中粒镶嵌含量较多，同时，不完全及完全纤维状和片状含量极少。

表7 肥煤光学组织特征

图2 肥煤光学组织特征趋势图

如第52页表8和图3显示，1/3焦煤的焦炭光学组织分析显示：3种1/3焦煤的各组分含量对应性一致，其中细粒镶嵌含量在60%以上，丝炭与破片的含量在20%左右。

表8 1/3焦煤光学组织特征

图3 1/3焦煤光学组织特征趋势图

表9和图4显示，瘦煤的焦炭光学组织分析显示，中粒镶嵌及粗粒镶嵌的含量在20%～30%，同时不完全及完全纤维状和片状含量7%～14%，各向同性、丝炭与破片的含量为64.5%、65.2%。

表9 瘦煤光学组织特征

图4 瘦煤光学组织特征趋势图

表10和图5显示，气煤的焦炭光学组织分析显示，细粒及中粒镶嵌含量为35.0%，各向同性、丝炭与破片的含量为56.0%，其余9%的不完全及完全纤维状和片状结构。

弱黏煤的黏结指数较低，几乎不结焦，但是焦炭光学组织分析表明，除了各向同性及丝炭与破片，该煤种还有少量的不完全及完全纤维状和片状结构的存在。

表10 弱黏结煤光学组织特征

2.3 单种煤镜质组反射率分布与焦炭光学组织及热性质的相关性

1) 单种炼焦煤成焦光学组织在煤质鉴别方面具有重要意义，可以从本质上较好地区别炼焦煤的性质，尤其对于一些非常规炼焦煤，根据其与常规炼焦煤成焦结构差异的比较，可以较准确地进行煤质辨析。

图5 气煤及弱黏煤光学组织特征趋势图

2) 单种煤的镜质组反射率及其分布不同，其相应的焦炭光学组织也不同；其中，焦煤的镜质组反射率在1.35左右，焦炭中的粗粒镶嵌、纤维、片状结构增加；肥煤的镜质组反射率在0.80左右时，则细粒及中粒镶嵌结构增加；1/3焦煤的镜质组反射率在0.70左右时，则各向同性结构、细粒镶嵌结构增加；瘦煤的镜质组反射率在1.6左右时，则片状、纤维和丝炭与破片结构增加；气煤和弱黏煤的镜质组反射率在0.60左右时，则各向同性结构、丝炭与破片结构明显增加。

3) 当单种煤成焦后焦炭中的中粒及粗粒镶嵌、纤维与片状结构增加时，焦炭的热性质明显提高；反之，当细粒镶嵌、各向同性、丝炭与破片的含量增加时，焦炭的热性质明显变差。

焦炭光学组织与焦炭反应后强度之间有一定的关系。通过两者之间的试验数据，得出它们之间的相关关系如式(1)。

Y=242.62-1.9X1-2.08X2-0.30X3

(1)

R2=0.803 5

式中，X1=各向同性百分率+丝炭与破片百分率；X2=细粒镶嵌百分率+中粒镶嵌百分率+粗粒镶嵌百分率；X3=不完全纤维状百分率+完全纤维状百分率+片状百分率；Y为焦炭反应后强度。

3 焦炭光学组织在配煤过程中的应用

3.1 装炉煤煤岩反射率分布与焦炭光学组织相关性

如第53页图6、图7所示，装炉煤的煤岩反射率分布集中在0.5～1.7，在0.65～0.8之间呈现一个峰值，导致焦炭光学组织细粒镶嵌含量较多；2015年10月19日试验结果表明，反射率分布在0.8～0.9及1.5～1.7呈现两个峰值，导致其焦炭光学组织粗粒镶嵌与片状结构含量较多。

3.2 焦炭反应后强度实测与预测值差值

第53页图8显示，通过上述关系式测算装炉煤焦炭反应后强度与实测值比较，对应性关系一致。

图6 装炉煤煤岩反射率分布图

图7 装炉煤光学组织特征趋势图

图8 焦炭反应后强度实测与预测值差值

4 结论

1) 单种煤镜质组反射率分布的变化，引起焦炭光学组织的变化，而焦炭光学组织的变化最终影响焦炭的热性质。

2)当单种煤的镜质组反射率及其分布不同，其相应的焦炭光学组织也不同；当单种煤镜质组反射率小于0.75的比列增加时，则各向同性结构、细粒镶嵌结构增加；镜质组反射率在0.75～0.95的比例增加时，则中粒镶嵌结构开始增加；镜质组反射率在0.95～1.35的比例增加时，焦炭中的粗粒镶嵌、纤维、片状结构增加；镜质组反射率在大于1.35的比例增加时，则片状、纤维和丝炭与破片结构增加。

3) 焦炭的热性质受各向同性组织、丝炭和破片组织影响较大，随着焦炭中的各向同性组织、丝炭和破片组织含量的增加，焦炭的反应后强度变差。