郭 琴，董晴雯，魯 帥，林志龍，史世莊

(武漢科技大學(xué)煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081)

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)煉焦煤的需求量大增，越來(lái)越多的企業(yè)不得不在國(guó)外尋求新的煤源。印度尼西亞是世界上最大的煤炭出口國(guó)，其地處東南亞，離中國(guó)較近，運(yùn)輸成本低，同時(shí)印尼煤還具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)中國(guó)已成為印尼煤的主要進(jìn)口國(guó)[1]。印尼煤大多是新生代第三紀(jì)煤，屬低變質(zhì)程度的煙煤，其成因與國(guó)內(nèi)煉焦煤(受長(zhǎng)期的地?zé)帷⒌貕旱纫蛩赜绊?相差較大，導(dǎo)致其煤質(zhì)與國(guó)內(nèi)煉焦煤的煤質(zhì)可能存在較大差異[2-3]，難以按中國(guó)煤的性質(zhì)加以應(yīng)用。因此，本文以某焦化公司進(jìn)口的印尼焦煤、肥煤、1/3焦煤以及國(guó)內(nèi)同牌號(hào)的田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤為研究對(duì)象，從工業(yè)指標(biāo)、工藝指標(biāo)、煤巖指標(biāo)以及單種煤結(jié)焦性等方面進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比分析，并以生產(chǎn)常用配比為基礎(chǔ)進(jìn)行20 kg實(shí)驗(yàn)焦?fàn)t配煤煉焦實(shí)驗(yàn)，探討印尼煤與國(guó)內(nèi)煉焦煤的配伍性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料選用該公司從印度尼西亞進(jìn)口的焦煤、肥煤、1/3焦煤以及該公司常用的國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煉焦煤：田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 煉焦實(shí)驗(yàn)

單種煤和配煤煉焦實(shí)驗(yàn)在20 kg實(shí)驗(yàn)焦?fàn)t中進(jìn)行，按該公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作。

1.2.2 分析方法

單種煤和配合煤的Ad、Vdaf按GB/T 212—2008測(cè)定，St,d按GB/T 214—2007采用YX-DL型一體化定硫儀測(cè)定，黏結(jié)指數(shù)G按GB/T 5447—1997測(cè)定，膠質(zhì)層指數(shù)Y和X按GB/T 479—2009測(cè)定，奧亞膨脹度b按GB 5450—85測(cè)定，基氏流動(dòng)度指標(biāo)(MF、TS、TR-TS)按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D2639測(cè)定，鏡質(zhì)組最大反射率Rmax按GB/T 6948—2008測(cè)定，煤的顯微組分按GB/T 8899—1998測(cè)定。

焦炭的CRI、CSR按GB/T 4000—2008測(cè)定，M40、M10參照GB/T 2006—1994采用試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓測(cè)定，焦炭的光學(xué)組織按YB/T 077—1995測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 單種煤性質(zhì)及其結(jié)焦性

2.1.1 單種煤的煤質(zhì)分析

各單種煤的煤質(zhì)分析結(jié)果如表1、表2和圖1所示。由表1可見(jiàn)，與國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煤相比，印尼煤的灰分Ad和硫分St,d均較低，黏結(jié)性較強(qiáng)，膨脹度較大，軟化溫度TS較低，但塑性溫度區(qū)間(TR-TS)較小，膠質(zhì)體的流動(dòng)性較差。

表1 單種煤的煤質(zhì)分析

表2 單種煤的煤巖分析

(a)印尼焦煤 (b)印尼肥煤(c)印尼1/3焦煤

(d)田莊焦煤 (e) 兩渡肥煤(f)棗莊1/3焦煤圖1 單種煤的反射率分布直方圖Fig.1 Reflectivity distribution histograms of coals

由表2和圖1可見(jiàn)，印尼煤與國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煤的變質(zhì)程度大體在同一范圍；印尼煤的反射率標(biāo)準(zhǔn)差S均小于0.1，為單一煤種，而國(guó)內(nèi)的田莊焦煤和兩渡肥煤為簡(jiǎn)單混煤，棗莊1/3焦煤為單一煤種。國(guó)內(nèi)混煤情況比國(guó)外嚴(yán)重些，且在不同時(shí)段的混煤情形復(fù)雜多變，這些不穩(wěn)定因素對(duì)生產(chǎn)單位的配煤煉焦造成一定的影響，若配入一定比例屬于單種煤的印尼煤，則便于控制配煤質(zhì)量。另一方面，印尼煤的鏡質(zhì)組含量很高，活性成分較多，惰質(zhì)組成分較少，其活惰比高達(dá)24以上，在煉焦過(guò)程中對(duì)焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不利影響。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)煤的活性組分和惰性組分含量較均衡，其活惰比在1～2之間。合適的活惰比將有利于焦炭強(qiáng)度的提高[4-6]。

2.1.2 單種煤的結(jié)焦性分析

對(duì)各單種煤所制焦炭進(jìn)行抗碎強(qiáng)度(M40)、耐磨強(qiáng)度(M10)、反應(yīng)性(CRI)、反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)和光學(xué)組織測(cè)定，結(jié)果如表3、圖2和表4所示。

由表3可見(jiàn)，與國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煤所制焦炭相比，印尼焦煤和印尼肥煤所制焦炭的粗粒鑲嵌組織較少，中粒鑲嵌組織較多，沒(méi)有纖維狀組織，其原因是國(guó)內(nèi)田莊焦煤和兩渡肥煤均為簡(jiǎn)單混煤，其中混有不同變質(zhì)程度的煤種[6]；印尼1/3焦煤所制焦炭與棗莊1/3焦煤所制焦炭的光學(xué)組織大體相同，因?yàn)閮煞N焦煤均為單一煤種。

表3 單種煤所制焦炭的光學(xué)組織(單位：%)

由圖2可見(jiàn)，印尼焦煤所制焦炭的粗粒鑲嵌組織與田莊焦煤所制焦炭的粗粒鑲嵌組織有一定差異，前者幾乎全是簡(jiǎn)單的鑲嵌結(jié)構(gòu)，而后者傾向于流線狀，這是由田莊焦煤中變質(zhì)程度高的成分所致。

由表4可見(jiàn)，與國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煤所制焦炭相比，印尼煤所制焦炭的抗碎強(qiáng)度M40和反應(yīng)后強(qiáng)度CSR均較低，反應(yīng)性CRI較高，這是因?yàn)橛∧崦猴@微組分的活惰比太高，容易形成泡焦，導(dǎo)致焦炭結(jié)構(gòu)致密度較低。

(a)印尼焦煤焦炭(粗粒) (b)印尼肥煤焦炭(中粒)(c) 印尼1/3焦煤焦炭(各向同性)

(d)田莊焦煤焦炭(粗粒+纖維) (e)兩渡肥煤焦炭(粗粒+惰性)(f)棗莊1/3焦煤焦炭(細(xì)粒)圖2 單種煤所制焦炭的顯微結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructures of cokes from single coal

M40M10CRICSR73.47.039.939.572.18.142.135.21/370.99.847.029.478.76.931.346.674.010.132.840.51/371.78.435.137.2

總之，與國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煤相比，印尼煤具有低灰、低硫、黏結(jié)性強(qiáng)、膨脹性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有流動(dòng)性和結(jié)焦性差等缺點(diǎn)。

2.2 印尼煤與國(guó)內(nèi)煉焦煤的配伍性

2.2.1 配煤方案及配合煤性質(zhì)分析

根據(jù)原料煤性質(zhì)及其結(jié)焦性分析，結(jié)合該公司用煤情況和日常配比，用印尼焦煤、印尼肥煤、印尼1/3焦煤分別完全或部分替代國(guó)內(nèi)的田莊焦煤、兩渡肥煤、棗莊1/3焦煤，以探討印尼煤與國(guó)內(nèi)煤的配伍性。配煤方案如表5所示(方案1為基準(zhǔn)方案)，配合煤的分析結(jié)果如表6所示。

由表6可見(jiàn)，與方案1相比，其他配煤方案中配合煤的灰分(Ad)和硫分(St,d)均有所降低，而黏結(jié)指數(shù)(G)和膠質(zhì)層指數(shù)(Y)均有所增大或持平。這是因?yàn)?，與所替代的國(guó)內(nèi)同牌號(hào)煤相比，印尼煤的灰分、硫分較低，黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)較高。因此，配入印尼煤具有降灰、降硫、提高黏結(jié)性的作用。

表5 配煤方案(單位：%)

表6 配合煤的煤質(zhì)分析

2.2.2 配煤成焦質(zhì)量分析

按表5所示7個(gè)方案進(jìn)行配煤煉焦實(shí)驗(yàn)，所制焦炭的性能如表7所示。由表7可見(jiàn)，與方案1相比，其他方案中配合煤所制焦炭的抗碎強(qiáng)度M40和耐磨強(qiáng)度M10均有所劣化(即M40減小、M10增大)，同時(shí)焦炭的反應(yīng)性CRI增大、反應(yīng)后強(qiáng)度CSR下降，并且替代量越大，焦炭性能劣化越嚴(yán)重(例如方案2與方案3相比、方案4與方案5相比、方案6與方案7相比)。這表明以印尼煤替代同牌號(hào)國(guó)內(nèi)煤對(duì)焦炭的強(qiáng)度和熱性能有不利影響，其原因可能是印尼煤中活性組分過(guò)多而惰性組分不足?？傊?，由于印尼煤與該公司所用的同牌號(hào)國(guó)內(nèi)煤在性質(zhì)上有很大的差異，故不宜直接替代國(guó)內(nèi)煤進(jìn)行配煤煉焦，而應(yīng)根據(jù)其特性進(jìn)行配煤優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表7 配合煤所制焦炭的性能指標(biāo)(單位：%)

3 結(jié)論

(1)與國(guó)內(nèi)同牌號(hào)的田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤相比，印尼焦煤、肥煤和1/3焦煤均具有灰分和硫分低、黏結(jié)性強(qiáng)、膨脹度大、流動(dòng)性差、塑性溫度區(qū)間小等特點(diǎn)。

(2)3種印尼煤均是單一煤種，而國(guó)內(nèi)同牌號(hào)的煤有一定的混配；印尼煤的活惰比失衡，活性組分過(guò)高，惰性組分不足；印尼煤結(jié)焦性較差，單種煤所制焦炭多為泡焦，其反應(yīng)性較高，反應(yīng)后強(qiáng)度低，機(jī)械強(qiáng)度不高。

(3)印尼焦煤、肥煤和1/3焦煤不宜直接替代國(guó)內(nèi)的田莊焦煤、兩渡肥煤和棗莊1/3焦煤進(jìn)行配煤煉焦，否則會(huì)導(dǎo)致焦炭的機(jī)械強(qiáng)度、反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度均變差，并且替代量越大，焦炭的性能劣化越嚴(yán)重。

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