賀 佳，史永林，李昊堃，李 波

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（簡(jiǎn)稱太鋼）先后于2006年8月、2007年11月和2013年11月建成投產(chǎn)了3×70孔7.63 m焦?fàn)t，其煉焦煤資源均來(lái)自山西省內(nèi)，部分煤礦經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開采，或資源枯竭，或煤質(zhì)劣化，其中瘦煤貧化的問(wèn)題日益突出，長(zhǎng)期來(lái)看瘦煤資源供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻，亟需增加瘦煤資源儲(chǔ)備。同時(shí)，以4 350 m3高爐為代表的大型高爐對(duì)焦炭質(zhì)量提出了更高的要求，使得優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源價(jià)格持續(xù)攀升，配煤成本不斷升高。為此，太鋼從2020年開始進(jìn)行瘦煤資源的研究與開發(fā)，以提高焦炭強(qiáng)度、降低配煤成本。

本文利用煤巖技術(shù)，結(jié)合300 kg焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，研究中灰低G值瘦煤的煤質(zhì)特性和結(jié)焦性能，及其對(duì)焦炭質(zhì)量的影響，并給出了適宜的配用比例，現(xiàn)介紹如下。

1 在用單種煤煤質(zhì)分析

太鋼現(xiàn)行配煤體系中在用的煉焦煤有6種，其中焦煤2種（1#JM、2#JM）、肥煤2種（1#FM、2#FM）、1/3焦煤（1/3JM）和瘦煤（SM）各1種，單種煤煤質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可知，現(xiàn)行配煤體系中，煉焦煤的灰分和硫分普遍偏高，大部分煉焦煤的灰分和硫分分別在10.0%和1.0%以上，只有2#JM和SM為低灰低硫煉焦煤資源；而SM的G值偏低（僅15），變質(zhì)程度加深，出現(xiàn)貧化現(xiàn)象，根據(jù)GB/T 5751—2009《中國(guó)煤炭分類》劃分，其應(yīng)為貧瘦煤，瘦煤的這種貧化現(xiàn)象不利于焦炭冷、熱態(tài)強(qiáng)度的穩(wěn)定控制。為了給后工序大型高爐提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的焦炭產(chǎn)品和降低配煤成本，亟需在煉焦煤市場(chǎng)尋求瘦煤資源。

表1 單種煤煤質(zhì)指標(biāo)

2 中灰低G值瘦煤的開發(fā)研究

2.1 單種煤煤質(zhì)分析

2019年—2020年，太鋼共考察、研究了7種瘦煤資源：SM1、SM2、SM3、SM4、SM5、SM6、SM7，7種瘦煤的煤質(zhì)指標(biāo)見表2、反射率分布圖見圖1。

表2 7種瘦煤的煤質(zhì)指標(biāo)

圖1 SM與7種瘦煤的反射率分布圖

由表2和圖1可知，7種瘦煤的灰分大部分在10.0%以上，SM2灰分最低（在8.0%以下），SM3灰分最高（11.24%），7種瘦煤硫分均較低，在0.50%左右，但7種瘦煤的G值差異較大（在10～30），其中SM1、SM2和SM7的G值低于20，根據(jù)GB/T 5751—2009《中國(guó)煤炭分類》劃分，其應(yīng)為貧瘦煤；7種瘦煤的鏡質(zhì)體最大反射率均在1.70%～1.90%，變質(zhì)階段均為Ⅶ瘦煤[1]，但SM1、SM2和SM3的鏡質(zhì)體最大反射率明顯大于其他4種瘦煤，煤的變質(zhì)程度有貧化傾向；7種瘦煤的鏡質(zhì)體最大反射率分布圖均無(wú)凹口，其中SM1、SM2、SM6和SM7的反射率標(biāo)準(zhǔn)差均在0.1%以內(nèi)，屬于單一煤層煤，SM3、SM4和SM5的反射率標(biāo)準(zhǔn)差均在0.1%～0.2%，屬于簡(jiǎn)單無(wú)凹口的混煤[1]。綜合煤的工藝指標(biāo)和煤巖反射率指標(biāo)，SM1、SM2、SM3和SM7不宜作為研究開發(fā)資源，而SM4、SM5和SM6雖灰分略高于SM，屬中灰煤資源，但其G值和反射率適宜，故優(yōu)選其作為替代資源進(jìn)行下一步研究。

2.2 配合煤300 kg焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)

為考察SM4、SM5和SM6與現(xiàn)行配煤體系的適配性，進(jìn)行了配合煤300 kg焦?fàn)t配煤煉焦試驗(yàn)，鑒于SM4、SM5和SM6的G值存在差異，故按不同配比替代SM，配煤試驗(yàn)方案見表3，配合煤煤質(zhì)指標(biāo)見表4，所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表5。

表3 配煤試驗(yàn)方案%

表4 配合煤煤質(zhì)指標(biāo)

表5 配煤試驗(yàn)所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

由表4可知，使用中灰的SM4、SM5和SM6分別替代SM后，由于SM4、SM5和SM6灰分略高于SM，所煉焦炭灰分略有增加、硫分基本保持不變。由表5可知，配用低G值的瘦煤后，焦炭抗碎強(qiáng)度M40均有不同程度的提高，方案3#所煉焦炭抗碎強(qiáng)度M40提高了近3個(gè)百分點(diǎn)，方案2#和方案3#所煉焦炭耐磨強(qiáng)度M10與基礎(chǔ)方案所煉焦炭處于同一水平，方案1#和方案4#所煉焦炭耐磨強(qiáng)度M10較基礎(chǔ)方案所煉焦炭有所下降。對(duì)比分別配入SM4、SM5、SM6的配合煤所煉焦炭可知，方案1#SM4配比為13%時(shí)，所煉焦炭耐磨強(qiáng)度M10和反應(yīng)性CRI較基礎(chǔ)方案所煉焦炭均有所下降，方案4#SM6配比為17%時(shí)，所煉焦炭耐磨強(qiáng)度M10、熱態(tài)強(qiáng)度CSR較基礎(chǔ)方案所煉焦炭均有所下降，同時(shí)考慮SM4的灰分高于SM5和SM6，故選取SM5和SM6以配比15%開展下一步研究工作。

3 工業(yè)化試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 工業(yè)化試驗(yàn)

為確保工業(yè)生產(chǎn)焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定，在7.63 m焦?fàn)t不同時(shí)間段以配煤試驗(yàn)方案2#按15%分別配用SM5、SM6進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)。兩次工業(yè)化試驗(yàn)時(shí)間均為2個(gè)班次，每個(gè)班次8 h。工業(yè)化試驗(yàn)期間7.63 m焦?fàn)t的工藝條件為：結(jié)焦時(shí)間27.5 h，標(biāo)準(zhǔn)溫度1 290℃。SM5和SM6的煤質(zhì)指標(biāo)見表6、煤巖反射率見表7、工業(yè)試驗(yàn)期間配合煤煤質(zhì)指標(biāo)見表8、所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表9。

表7 SM5和SM6的煤巖反射率

表8 工業(yè)試驗(yàn)期間配合煤煤質(zhì)指標(biāo)

由表6～表9可知，與煤質(zhì)考察研究階段（表2）相比，工業(yè)化試驗(yàn)期間采購(gòu)的SM5的灰分略有下降，G值略有升高，SM6灰分有所升高，G值卻有所降低，其硫分無(wú)較大變化，均在0.5%以內(nèi)；與配入SM（試驗(yàn)前）相比，以配煤試驗(yàn)方案2#按15%分別配用SM5、SM6后，配合煤灰分總體呈上升趨勢(shì)，配合煤硫分略有下降，配合煤膠質(zhì)層厚度Y值基本保持不變，G值有小幅下降；雖然在配煤試驗(yàn)方案2#中使用3% SM5和SM6替代了1#JM和2#JM，但由于配合煤的黏結(jié)指數(shù)G值與單種煤的黏結(jié)指數(shù)G值不具有加和性，所以配合煤的黏結(jié)指數(shù)G值并未大幅下降；以配煤試驗(yàn)方案2#使用SM5或SM6替代SM后，所煉焦炭灰分、硫分變化較小，焦炭耐磨強(qiáng)度M10與試驗(yàn)前保持同水平，焦炭抗碎強(qiáng)度M40有小幅提高，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度CRI、CSR有較大幅度提高。

表6 SM5和SM6的煤質(zhì)指標(biāo)

表9 工業(yè)試驗(yàn)期間所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

3.2 生產(chǎn)實(shí)踐

考慮到焦?fàn)t生產(chǎn)節(jié)奏變動(dòng)及煤源煤質(zhì)的波動(dòng)情況，為確保配用新資源后焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定性，在生產(chǎn)實(shí)踐中調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)時(shí)采取梯級(jí)遞增的調(diào)整方式。2020年8月—11月，在工業(yè)生產(chǎn)中SM5或SM6分別按13%和15%進(jìn)行配用，所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)分別見表10和表11。

表10 配用13% SM5或SM6工業(yè)生產(chǎn)期間的焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

表11 配用15% SM5或SM6工業(yè)生產(chǎn)期間的焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

表10 、表11表明，2020年8月—11月，在現(xiàn)有配煤體系中配入SM5或SM6后，焦炭灰分較7月升高了近0.07個(gè)百分點(diǎn)，但可以控制在12.10%以內(nèi)，硫分與7月保持同等水平，在0.73%左右，焦炭冷、熱態(tài)強(qiáng)度均有小幅度提高。

4 經(jīng)濟(jì)效益

2020年8月—11月，SM、SM5和SM6的市場(chǎng)采購(gòu)價(jià)格分別為1 027元/t、1 012元/t和1 021元/t，SM5較SM采購(gòu)價(jià)格低15元/t，SM5較SM6具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，故引進(jìn)SM5替代SM。配入15% SM5后，配煤成本降低7.38元/t，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可以擴(kuò)大中灰低G值瘦煤資源的利用市場(chǎng)。