炼焦用商品煤质量标准对比及其实际应用探讨

仇欢欢

山西焦煤集团 煤焦销售有限公司, 山西 太原 030024)

炼焦煤是钢铁工业的重要原料,是冶炼环节不可或缺的战略资源,具有不可替代性,在国民经济中发挥重要作用。我国炼焦煤资源储量有限,尤其是优质的焦、肥煤资源更为短缺。近年来,随着我国经济的发展,对炼焦煤的需求量一直处于高位,2021年我国炼焦煤产量达到4.9亿t,2022年接近5亿t[1],位居全球炼焦煤产量第一,同时我国又是炼焦煤进口大国。随着优质炼焦煤资源的不断减少,炼焦煤市场的配合煤越来越多,如何使有限的炼焦煤资源得到合理高效地利用,炼焦用商品煤质量的科学精准评价显得尤为重要。本文对炼焦用商品煤质量标准进行了对比探讨和研究,为标准的实际应用提出了建议。

1 炼焦用商品煤质量标准介绍

对炼焦用商品煤质量指标进行规定和要求的现行有效的国家标准主要有:GB/T 397—2022《商品煤质量 炼焦用煤》[2]、GB/T 31356—2014《商品煤质量评价与控制技术指南》[3]、GB/T 15591—2013《商品煤混煤类型的判别方法》[4],后文中仅用标准编号代替相应的标准。

GB/T 397—2022替代了GB/T 397—2009《炼焦用煤技术条件》[5],在GB/T 31356—2014的基础上单独对炼焦用商品煤的产品类别、质量标准及其控制值进行了详细阐述。

GB/T 31356—2014规定了冶金用煤的质量评价基本指标和辅助指标。同时对冶金用煤质量指标的控制值进行了要求。

GB/T 15591—2013规定了利用镜质体反射率分布图进行商品煤混煤类型的判别方法,该标准在实际应用中主要适用于炼焦用商品煤。

2 GB/T 397—2022与GB/T 397—2009、GB/T 31356—2014的对比及联系

GB/T 397—2022于2022年10月12日发布并实施,该标准代替了GB/T 397—2009,并借鉴了GB/T 31356—2014中的冶金用煤质量控制指标的部分内容,与GB/T 397—2009比较变化较大。不同标准规定的炼焦用煤质量指标及其控制值分别见表1、2、3.

1) GB/T 397—2022中不再有冶金焦用原料煤和铸造焦用原料煤之分,全部统称为炼焦用商品煤。

2) GB/T 397—2022中以镜质体随机反射率分布及其变异系数为基础引入了单种煤、配合煤的概念。

3) 灰分等级及范围发生变化。GB/T 397—2009中,冶金用煤的灰分有15个等级,最高为12.00%. 2022版标准中,单种煤灰分有5个等级,配合煤灰分有4个等级,单种煤的灰分最高为14.00%,与GB/T 31356—2014一致。

4) 全硫等级及范围发生变化。GB/T 397—2009中,冶金用煤的全硫有7个等级,最高为1.75%. GB/T 397—2022中,单种煤全硫有5个等级,配合煤全硫有3个等级,单种煤全硫最高为2.50%,与GB/T 31356—2014一致。

5) GB/T 397—2009规定了冶金用原料煤的水分、灰分、硫分、黏结指数、磷含量5项质量指标的控制值,GB/T 31356—2014规定了冶金用煤灰分、全硫、磷含量、氯含量、砷含量、汞含量、钾和钠总量7项质量指标的控制值。

GB/T 397—2022规定了灰分、全硫、水分、磷含量、氯含量、砷含量、汞含量、氟含量、钾和钠总量、黏结指数、胶质层指数、奥阿膨胀度、吉氏流动度、焦炭反应性、焦炭反应后强度,共计15项质量指标的控制值。

6) GB/T 397—2022增加了检验规则、标识、运输及贮存相关内容,GB/T 397—2009标准对质量验收时需要检验的项目没有具体规定,只是建议按GB/T 18666《商品煤质量抽查和验收方法》的规定执行,而GB/T 18666—2014[6]中对冶金用精煤检验的指标只有全水分、灰分和全硫。GB/T 397—2022还增加了出厂时需要检测的项目,包括:全水分、灰分、挥发分、镜质体反射率分布、全硫、黏结指数、胶质层指数共7项,同时规定了需要型式检验的情况。

表1 GB/T 397—2022规定的质量指标及其控制值表

3 GB/T 397—2022与GB/T 15591—2013的对比

GB/T 15591—2013规定了利用商品煤镜质体反射率分布图进行商品煤混煤类型的判别方法,与GB/T 397—2022中单种煤、配合煤的概念密切相关。

表2 GB/T 397—2009规定的质量指标及其控制值表

表3 GB/T 31356—2014规定的质量指标及其控制值表

3.1 变异系数概念的引入

GB/T 397—2022新引入了镜质体随机反射率变异系数(C.V)的概念。在概率论和统计学中,变异系数又称“离散系数”,是概率分布离散程度的一个归一化量度,其定义为标准差与平均值之比。

GB/T 397—2022中C.V=s/Rran×100%;其中,C.V为镜质体随机反射率变异系数,Rran为镜质体随机反射率平均值,s为镜质体随机反射率标准差。同时规定C.V≤10,镜质体反射率分布图无凹口,为单种煤;C.V>10为配合煤。

在GB/T 397—2022发布前,炼焦煤生产方和使用方主要是按照GB/T 15591—2013对商品煤的单一性进行判断:当标准差s≤0.10%,且镜质体反射率分布图无凹口时,为单一煤层煤;当标准差s>0.10%时,为混煤。

3.2 两个标准在实际应用中的思考

3.2.1 单种煤与单一煤层煤的区别

单从概念来理解,单一煤层煤的判断标准更为严格,即来自同一个煤层的煤,如果某炼焦用商品煤的标准差s≤0.10%,且镜质体反射率分布图无凹口,该商品煤被判定为单一煤层煤,且肯定是单种煤。如果某炼焦用商品煤根据GB/T 397—2022被判定为单种煤时,该商品煤不一定是单一煤层煤,有可能是来自不同煤层甚至是不同矿井、变质程度及相关工艺指标接近的同一类煤。

因此,GB/T 397—2022显然是放宽了炼焦用商品煤的单一性范围,尤其是放宽了焦煤、肥煤等稀缺资源的单一性范围,扩大了优质单种炼焦煤资源,为炼焦煤生产方和使用方在炼焦煤质量技术控制方面提供了更大的调控区间,符合提高优质炼焦煤资源利用率的趋势和要求。

3.2.2 两个标准在应用过程中的建议

如果标准差s≤0.10%,且镜质体反射率分布图无凹口,可以根据GB/T 15591—2013直接判定该商品煤为单一煤层煤,也肯定是单种煤,可以不考虑变异系数。

如果标准差s>0.10%,且镜质体反射率分布图无凹口,根据GB/T 15591—2013判定,该商品煤为混煤,此时,需要引入变异系数,利用GB/T 397—2022进行判定,如果符合C.V≤10,那么该商品煤为可判定为单种煤。这里应该注意的是对于低变质程度的炼焦煤,如气煤、1/3焦煤等,在利用变异系数判定单一性时,对其镜质体反射率的测试精度提出了更高要求。

4 结论与探讨

1) 与GB/T 397—2009及GB/T 31356—2014比较,GB/T 397—2022中灰分、全硫的等级划分更加简练,易操作,且将评价炼焦用商品煤质量的指标增加至15项,并提出了对应的控制值。同时,增加了出厂时需要检测的7项质量指标,炼焦用商品煤的质量控制要求更加细致和全面,为炼焦煤生产方和使用方提供了更加具体的质量控制技术指导。

2) 与GB/T 397—2009及GB/T 15591—2013比较,GB/T 397—2022以镜质体随机反射率分布及其变异系数为基础引入了单种煤、配合煤的概念,放宽了焦煤、肥煤等稀缺资源的单一性范围,扩大了优质单种炼焦煤资源。

3) 单一煤层煤一定是单种煤,单种煤不一定是单一煤层煤。实际应用中,如果标准差s≤0.10%,且镜质体反射率分布图无凹口,可以根据GB/T 15591—2013直接判定为单一煤层煤,也肯定是单种煤。如果标准差s>0.10%,且镜质体反射率分布图无凹口,根据GB/T 15591—2013判定,该商品煤为混煤,此时,需要引入变异系数,利用GB/T 397—2022进行判定,如果符合C.V≤10,那么该商品煤可判定为单种煤。

4) 对于低变质程度的炼焦煤,如气煤、1/3焦煤等,在利用变异系数判定单一性时,对其镜质体反射率的测试精度提出了更高要求。