浅谈如何控制焦炭质量

[摘 要]随着钢铁企业的发展，焦炭要求的质量不断的变得严格起来。好煤炼好焦、好焦炼好铁、好铁炼好钢。本论文对如何控制焦炭质量进行了分析和研究，并提出了自己的见解。

[关键词]控制 焦炭 质量

中图分类号：TD235.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0024-01

一、前言

1.1 问题的提出

随着钢铁企业的发展，焦炭要求的质量不断的变得严格起来。好煤炼好焦、好焦炼好铁、好铁炼好钢，备煤工艺是整个钢铁企业的源头，是钢铁集团顺利发展的保证。高炉大型化、喷吹煤粉等技术的应用，使焦比大幅度下降，焦炭在高炉中停留时间加长，其料柱骨架作用更加突出，这对焦炭质量提出了更高的要求。增加炼焦配煤中优质炼焦煤的配入比例是提高焦炭质量的有效和通常做法。我国国民经济的持续高速发展极大地拉动了钢铁生产的高速增长，因而强力带动了炼焦生产的高速度发展，焦化行业连续数年快速发展，2006年焦炭产量达到29768万吨，同比增长17.14%，机焦26279万吨，同比增长19.44%，占88.28%，焦炭出口1450万吨。焦炭产能的快速扩张导致炼焦煤供应紧张，炼焦煤价格大幅度升高，优质炼焦煤供应更加紧张。

二、 配煤

2.1配煤理论简介

2.1.2 胶质层重叠原理

要求配合煤中各单种煤的胶质体的软化区间和温度间隔能较好地搭接，这样可使配合煤在炼焦过程中，能在较大的温度范围内处于塑性状态，从而改善粘结过程，并保证焦炭的结构均匀。其中典型的方法是“J法”配煤技术。“J法”配煤技术是一种快速、准确、简单、经济、随机确定各种最佳（实用）配煤方案的新技术，以“煤的粘结能力测定法”为基础，以煤与焦相互统一变化规律为依据，准确预测焦炭强度，按Jb-Vdaf“米”字形配煤图及其原则进行操作，评估煤质，确定“主导煤”，辨明“添加剂煤”和“填充剂煤”，用简易“优选法”确定配煤比，定出配煤方案[3]。

2.1.2 互换性配煤原理

焦炭质量取决于炼焦煤中的活性组分、惰性组分含量及炼焦操作条件[4]。单种煤的变质程度决定其活性组分的质量，镜质组平均组最大反射率是反映单种煤的变质程度的最佳指标[5]。目前应用煤岩学指导配煤，很多焦化厂都有自己的配煤方案，但一般都是镜质组平均随机反射率、反射率直方图及镜惰比三个参数作为煤岩学配煤参数[6]。根据互换性配煤原理，当配煤有较强粘结性时，加入一定量焦粉或无烟煤有利于焦炭质量提高，回配3%～5%的焦粉代替瘦煤炼焦，技术上是可行的，但在同样煤质情况下不添加粘结剂，要保证焦炭质量，焦粉的细度至关重要[7]。

2.2 焦炭质量预测

2.2.1 焦炭灰分、硫分预测

在生产状况稳定的条件下，焦炭的灰分、硫分与配合煤的灰分、硫分存在较好的线性关系。一般预测模型为：Y=aX+b

应用数理统计中最小二乘法确定方程中的回归系数a，b[9]，并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及调整单种煤使用的比例和为选择煤源提供参考。

2.2.2 焦炭冷态强度预测

焦炭冷态强度（指M40、M10）预测所采用的指标一般为煤化度指标和粘结性指标。预测方法基本可以分为三类：第一类以煤的工艺指标为参数，如Vdaf与C.I.、MF、G、y的组合，一般常用Vdaf与G的组合，因为这两个因素对焦炭质量起决定性作用。一般Vdaf为28%～32%，G为88%～72%或y为14～18mm。配煤的挥发分升高，焦炭裂纹增多，强度下降，特别是M40，配煤挥发分每变化±1%，M40变化±2.0%，M10变化±0.2%[10]；第二类是以煤岩指标为参数进行预测；第三类在考虑配合煤指标的同时，也考虑炼焦煤准备和炼焦工艺条件。

2.2.3 热态性质预测法

焦炭的热态性质通常采用焦炭的反应性指数（CRI）和反应后强度（CSR）来表示。预测方法有三种：（1）焦炭冷态指标预测法：这类方法主要基于焦炭冷态性质指标，如焦炭强度（M40、M10）、气孔率与气孔分布、光学组织等来预测。（2）配合煤指标预测法： 该方法依据配合煤反射率、粘结性、惰性物含量以及配合煤其他性质，如灰分、挥发分、灰组成等进行预测。多数预测模型仅限于生产实践数据或实验数据的统计分析，适用范围也局限于各自炼焦煤种（3）单种煤性质预测法：冯安祖等从单种煤性质入手，研究了不同单种煤的煤化度指标（挥发分、镜质组最大反射率）、粘结性指标、灰组成与其焦炭热性质的关系。认为煤的挥发分与焦炭的反应性和反应后强度有非常密切的关系[11]。挥发分位于22%～26%以及Rmax为1.1～1.2 左右，单种焦的热性质最佳。单种煤的粘结指数（G）、胶质层厚度（y）、全膨胀（a+b）、基氏流动度（lgMF）与焦炭热反应性和反应后强度之间存在基本一致的规律性。

2.3 确定配煤方案

配合煤的性质与本厂的煤料预处理工艺以及炼焦条件相适应，保证焦炭质量达到规定的技术质量指标，满足用户的要求。符合区域配煤的原则，有利于扩大炼焦煤资源，充分利用弱粘结煤。有利于增产焦炉煤气及化学产品，控制煤料受热所产生的膨胀压力，避免难推焦。缩短来煤的平均距离，便于车辆调配，避免“逆流”现象。来煤数量均衡，质量均匀。降低生产成本，有经济效益。

要确定炼焦配煤的配煤比，首先要做配煤试验。在试验前，要将各单种煤的工业分析和胶质层厚度、G值等有关指标测定完，再按一定配合比例对配煤中的水分、灰分、硫分、挥发分、y值、G值等进行加和计算，当发现有的指标有问题时，重新调整配合煤的配煤比。使配煤比满足配煤工艺指标的要求。按比例配合好的炼焦煤进行小焦炉（或铁箱）试验。炼出的焦炭符合技术质量指标要求，即把这个配煤比定为焦炉生产的配煤比。在焦化厂生产中，需要变更配煤比时，一般是根据实践经验适当增减某几种煤，或者按煤场贮存某种煤数量的情况调整配煤比。

三、 配煤炼焦技术

3.1 捣固炼焦技术

将炼焦煤料在炉外捣固成煤饼再装炉炼焦，使装炉煤堆积密度提高到950～1150kg/m3，一般可使焦炭机械强度M40提高1 %～6%，M10降低2 %～4 %，反应后强度CSR提高1%～6%。捣固炼焦工艺可以多配气煤、l/3焦煤、肥气煤，合理利用我国煤炭资源。近年来，我国捣固炼焦技术得到了长足发展，炭化室高4.3米捣固焦炉已推广应用，5.5米捣固焦炉也已成功用于生产。根据中国炼焦行业协会焦炭煤资源专业委员会的调研，捣固焦炉可以大量配用价格较低的气煤、1/3焦煤、瘦煤，明显降低了炼焦配煤成本，合理利用了煤炭资源，为企业带来了明显的经济效益并产生了良好的社会效益。

3.2 配型煤炼焦技术

将炼焦装炉煤的一部分从备煤系统切出配加粘结剂后压制成型煤，再与其余散状煤料混合装炉炼焦，由于煤料堆积密度的提高和粘结剂对煤料的改质作用，可显著改善焦炭质量。中钢集团鞍山热能研究院与包钢、鞍钢合作进行的配型煤炼焦工业炉孔试验表明，在型煤配比30%时，取得了可以多配入弱粘结煤8～12%，M40提高2～3%，M10改善0.5～1.0%的明显效果。该工艺可提高焦炭质量和多配入弱粘结性煤，扩大炼焦煤资源。

宝钢一期工程和三期工程从日本引进了配型煤技术，应用至今，型煤配人量15%～30%

总 结：推动备煤炼焦技术进步、拓展炼焦煤资源、以煤岩学理论和实践为基础，通过合理选择原料煤、优化炼焦配煤，可以合理利用煤炭资源，完善配煤管理制度，稳定提高配煤质量。实施后，焦炭质量稳定，抗碎强度（M40）得到提高，耐磨强度（M10）加以改善，效果明显。实现我国炼焦行业可持续发展，从而保障我国钢铁行业发展，进而保证我国经济的持续高速发展，实现国家倡导的节约资源、节能减排的目标。