岳偉明， 楊伯威

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

引 言

近年來，煤巖理論在配煤煉焦中的地位和作用已經越來越為人們所重視，大多數(shù)焦化企業(yè)都開始利用煤巖分析的有關數(shù)據(jù)指導配煤。而隨著焦爐大型化和煤粉富氧噴吹技術的發(fā)展，高爐生產對焦炭質量提出了更高的要求，特別是焦炭的反應性及反應后強度。而焦炭的光學組織與焦炭的反應性密切相關，焦炭光學組織是焦炭在高爐中劣化的一個重要因素。因此，通過研究焦炭光學組織與鏡質組反射率分布之間的對應關系及焦炭光學組織與焦炭反應后強度之間的對應關系，對于指導煉焦配煤有著重要的意義。

本文以進廠單種煤及煉焦配合煤在準確測定鏡質組反射率分布的基礎上，結合40 kg小焦爐實驗，以期表明焦炭光學組織與鏡質組反射率分布特征的關系，以及焦炭光學組織組成對焦炭反應后強度的影響規(guī)律，從而更好地指導煉焦配煤生產，提高焦炭的熱反應強度。

1 試驗條件及測定方法

1) 煤的鏡質組反射率測定方法按照GB/T6948-2008規(guī)定進行。

2) 焦炭反應性及反應后強度測定方法按照GB/T4000-2008規(guī)定進行。

3) 焦炭光學組織測定方法按照YB/T077-1995規(guī)定進行。

4) 試驗方法

將單種煤及配合煤在40 kg焦爐中進行結焦性試驗，其中，裝爐煤水分為(10±1)%，焦餅中心溫度為(950±30)℃，結焦時間為17.5 h，成焦后取部分焦炭按國家標準進行焦炭光學組織測定和熱反應強度測定。

2 單種煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質及光學組織的相關性

2.1 單種煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質的關系

對焦化廠現(xiàn)有單種煤進行鏡質組反射率測定，其鏡質組反射率分布情況及焦炭熱性質分析見表1。

表1 焦煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質

焦煤的平均隨機反射率大致為1.2～1.6，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的占90%以上，反應后強度達到60%以上，結焦性能良好。其中，中硫焦煤1平均隨機反射率較大,為1.570，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的占73.40%，反應后強度最低為60.9%。

如表2所示，肥煤的平均隨機反射率大致為0.8～0.9，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的占80%～90%，反應后強度達到45%～50%，結焦性能較好。

表2 肥煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質

如表3所示，1/3焦煤的平均隨機反射率大致為0.7～0.8，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的占70%～80%，反應后強度達到40%～45%，結焦性能一般。

表3 1/3焦煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質

如表4所示，瘦煤的平均隨機反射率大致為1.65左右，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的僅占40%～50%，結焦性能較差，反應后強度無法測定。

表4 瘦煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質

如表5所示，氣煤的平均隨機反射率大致為0.65，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的僅占30%，結焦性能較差，反應后強度無法測定。

弱黏煤的平均隨機反射率大致為0.5，鏡質組反射率分布在強黏區(qū)間的為0，幾乎無法結焦，反應后強度無法測定。

2.2 單種煤成焦光學組織特征的分析

將在40 kg焦爐中成焦后的焦炭制成焦磚，對其進行焦炭光學組織測定，其光學組織特征情況見表6和圖1。

焦煤的焦炭光學組織分析顯示，中粒鑲嵌及粗粒鑲嵌的含量在40%～50%，不完全及完全纖維狀和片狀含量4%～14%，絲炭與破片的含量在35%左右，其中，中硫焦煤1及高硫焦煤4的粗粒鑲嵌成分明顯高于其余焦煤。

表5 弱黏結煤鏡質組反射率分布與焦炭熱性質

表6 焦煤光學組織特征

圖1 焦煤光學組織特征趨勢圖

如表7和圖2顯示，肥煤的焦炭光學組織分析顯示，與焦煤比較，細粒鑲嵌含量明顯增多，中粒鑲嵌及粗粒鑲嵌含量減少，但是其中肥煤3及高硫肥煤4的中粒鑲嵌含量較多，同時，不完全及完全纖維狀和片狀含量極少。

表7 肥煤光學組織特征

圖2 肥煤光學組織特征趨勢圖

如第52頁表8和圖3顯示，1/3焦煤的焦炭光學組織分析顯示：3種1/3焦煤的各組分含量對應性一致，其中細粒鑲嵌含量在60%以上，絲炭與破片的含量在20%左右。

表8 1/3焦煤光學組織特征

圖3 1/3焦煤光學組織特征趨勢圖

表9和圖4顯示，瘦煤的焦炭光學組織分析顯示，中粒鑲嵌及粗粒鑲嵌的含量在20%～30%，同時不完全及完全纖維狀和片狀含量7%～14%，各向同性、絲炭與破片的含量為64.5%、65.2%。

表9 瘦煤光學組織特征

圖4 瘦煤光學組織特征趨勢圖

表10和圖5顯示，氣煤的焦炭光學組織分析顯示，細粒及中粒鑲嵌含量為35.0%，各向同性、絲炭與破片的含量為56.0%，其余9%的不完全及完全纖維狀和片狀結構。

弱黏煤的黏結指數(shù)較低，幾乎不結焦，但是焦炭光學組織分析表明，除了各向同性及絲炭與破片，該煤種還有少量的不完全及完全纖維狀和片狀結構的存在。

表10 弱黏結煤光學組織特征

2.3 單種煤鏡質組反射率分布與焦炭光學組織及熱性質的相關性

1) 單種煉焦煤成焦光學組織在煤質鑒別方面具有重要意義，可以從本質上較好地區(qū)別煉焦煤的性質，尤其對于一些非常規(guī)煉焦煤，根據(jù)其與常規(guī)煉焦煤成焦結構差異的比較，可以較準確地進行煤質辨析。

圖5 氣煤及弱黏煤光學組織特征趨勢圖

2) 單種煤的鏡質組反射率及其分布不同，其相應的焦炭光學組織也不同；其中，焦煤的鏡質組反射率在1.35左右，焦炭中的粗粒鑲嵌、纖維、片狀結構增加；肥煤的鏡質組反射率在0.80左右時，則細粒及中粒鑲嵌結構增加；1/3焦煤的鏡質組反射率在0.70左右時，則各向同性結構、細粒鑲嵌結構增加；瘦煤的鏡質組反射率在1.6左右時，則片狀、纖維和絲炭與破片結構增加；氣煤和弱黏煤的鏡質組反射率在0.60左右時，則各向同性結構、絲炭與破片結構明顯增加。

3) 當單種煤成焦后焦炭中的中粒及粗粒鑲嵌、纖維與片狀結構增加時，焦炭的熱性質明顯提高；反之，當細粒鑲嵌、各向同性、絲炭與破片的含量增加時，焦炭的熱性質明顯變差。

焦炭光學組織與焦炭反應后強度之間有一定的關系。通過兩者之間的試驗數(shù)據(jù)，得出它們之間的相關關系如式(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+絲炭與破片百分率；X2=細粒鑲嵌百分率+中粒鑲嵌百分率+粗粒鑲嵌百分率；X3=不完全纖維狀百分率+完全纖維狀百分率+片狀百分率；Y為焦炭反應后強度。

3 焦炭光學組織在配煤過程中的應用

3.1 裝爐煤煤巖反射率分布與焦炭光學組織相關性

如第53頁圖6、圖7所示，裝爐煤的煤巖反射率分布集中在0.5～1.7，在0.65～0.8之間呈現(xiàn)一個峰值，導致焦炭光學組織細粒鑲嵌含量較多；2015年10月19日試驗結果表明，反射率分布在0.8～0.9及1.5～1.7呈現(xiàn)兩個峰值，導致其焦炭光學組織粗粒鑲嵌與片狀結構含量較多。

3.2 焦炭反應后強度實測與預測值差值

第53頁圖8顯示，通過上述關系式測算裝爐煤焦炭反應后強度與實測值比較，對應性關系一致。

圖6 裝爐煤煤巖反射率分布圖

圖7 裝爐煤光學組織特征趨勢圖

圖8 焦炭反應后強度實測與預測值差值

4 結論

1) 單種煤鏡質組反射率分布的變化，引起焦炭光學組織的變化，而焦炭光學組織的變化最終影響焦炭的熱性質。

2)當單種煤的鏡質組反射率及其分布不同，其相應的焦炭光學組織也不同；當單種煤鏡質組反射率小于0.75的比列增加時，則各向同性結構、細粒鑲嵌結構增加；鏡質組反射率在0.75～0.95的比例增加時，則中粒鑲嵌結構開始增加；鏡質組反射率在0.95～1.35的比例增加時，焦炭中的粗粒鑲嵌、纖維、片狀結構增加；鏡質組反射率在大于1.35的比例增加時，則片狀、纖維和絲炭與破片結構增加。

3) 焦炭的熱性質受各向同性組織、絲炭和破片組織影響較大，隨著焦炭中的各向同性組織、絲炭和破片組織含量的增加，焦炭的反應后強度變差。