王超 ，侯士彬 ，張軍 ，甘秀石 ，王旭 ，武吉

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧 鞍山114021）

中國(guó)是世界第一大焦炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，2019年我國(guó)焦炭總產(chǎn)量為47 126萬t，同比增長(zhǎng)5.2%，其中鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠產(chǎn)量為11 414萬t。截止到2016年，我國(guó)容積在4 000 m以上的高爐已達(dá)22 座，其中 5 000 m以上的有 5 座，同期全國(guó)煉焦煤資源探明儲(chǔ)量3 073億t，其中具有可開采價(jià)值的煉焦煤資源量?jī)H為395億t，占煉焦煤儲(chǔ)量的12.9%，且以低變質(zhì)的氣煤為主，煉焦主力強(qiáng)黏結(jié)性的肥煤和焦煤明顯短缺。

當(dāng)前，隨著高爐大型化發(fā)展及富氧噴吹輔助煉鐵等技術(shù)的應(yīng)用，高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求日益提高，焦炭在煉鐵中的骨架作用越來越明顯。由于煉焦煤資源有限，制約了焦炭質(zhì)量的提升，與高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的需求相矛盾，向煉焦及煉鐵工作者提出了挑戰(zhàn)。技術(shù)人員在原料煤預(yù)處理技術(shù)、配煤煉焦工藝等方面開展了大量焦炭質(zhì)量綜合提升研究，并提出焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度性能是重要關(guān)注指標(biāo)。為探索焦炭熱態(tài)強(qiáng)度性能的影響因素，為配煤煉焦生產(chǎn)提供技術(shù)支持，研究了鞍鋼股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“鞍鋼”）常用煉焦煤煤質(zhì)對(duì)焦炭熱態(tài)強(qiáng)度的影響，并進(jìn)行了配煤優(yōu)化及煉焦試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)方法及原料

依據(jù)GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法、GB/T 214-2007煤中全硫的測(cè)定方法、GB/T 479-2000煙煤膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定方法、GB/T 5447-2014煙煤黏結(jié)性指數(shù)測(cè)定方法、GB/T 6948-2008煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測(cè)定方法等國(guó)標(biāo)，完成煉焦煤性質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)分析。依據(jù)GB/T 4000-2017焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法等國(guó)標(biāo)，完成焦炭熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)，即焦炭反應(yīng)性（CRI）和焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）的檢測(cè)分析。煉焦試驗(yàn)采用200 kg頂裝試驗(yàn)焦?fàn)t，加熱方式為焦?fàn)t煤氣加熱，煉焦終溫為1 050℃，結(jié)焦時(shí)間16 h。試驗(yàn)所用單種煤煤樣取自鞍鋼煉焦總廠備煤車間，嚴(yán)格按照GB 475-2008《商品煤樣人工采取方法》取樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 焦炭熱態(tài)強(qiáng)度影響因素分析

2.1.1 單種煤A對(duì)焦炭熱態(tài)強(qiáng)度的影響

圖1 單種煤Ad與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合曲線Fig.1 Fitting Curves for Adof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖1可以看出，常用煉焦單種煤A分布在6%～13%范圍內(nèi)，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度在A大于10%時(shí)呈現(xiàn)出較為明顯的劣化趨勢(shì)。但A與CRI和CSR的r分別只有0.48、0.39，擬合度較低。

圖2 單種煤Ad與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度分段擬合曲線Fig.2 Fitting Curves by Section for Adof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖2可以看出，當(dāng)A大于10%時(shí)，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度隨著A提高而明顯劣化，且A與CRI和CSR的r分別達(dá)到了0.87和0.97，擬合度較高。因此，在配煤煉焦時(shí)配煤A不宜高于10%，應(yīng)控制在10%以下，建議配煤A穩(wěn)定在9.5%～10%范圍。

2.1.2 單種煤V對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

圖3 單種煤Vdaf與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合曲線Fig.3 Fitting Curves for Vdafof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖3可以看出，常用煉焦單種煤V分布在14%～39%范圍，單種煤V與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度間存在較為明顯的變化規(guī)律。且由于單種煤V與 CRI和CSR的r分別達(dá)到了 0.84和 0.87，擬合度較高，根據(jù)擬合曲線可以得出，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度隨V提高先變好后劣化，當(dāng)V約為26%時(shí)，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度相對(duì)最優(yōu)，煤種采購時(shí)性價(jià)比較高。

2.1.3 單種煤S對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

對(duì)單種煤S與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度進(jìn)行擬合分析，得出 CRI=36.2-4.43S，r=0.50；CSR=48.38+3.147S，r=0.19。具體擬合曲線如圖4所示。

圖4 單種煤St,d與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合曲線Fig.4 Fitting Curves for St,dof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖4可以看出，常用煉焦單種煤S分布在0.2%～2.8%范圍。隨著單種煤S的增加，CRI呈下降趨勢(shì)，CSR呈上升趨勢(shì)，但由于單種煤S與CRI和CSR的r分別為0.50和0.19，擬合度較低，不能以此為依據(jù)預(yù)測(cè)相關(guān)趨勢(shì)。但基于當(dāng)前煉焦用煤條件，合理調(diào)控高硫煤的使用，對(duì)提質(zhì)降本具有積極效果。

2.1.4 單種煤Y值對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

對(duì)單種煤Y值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度進(jìn)行擬合分析，得出 CRI=71.233 1-4.120 53Y-0.092 54Y，r=0.81；CSR=1.136 09+4.923 41Y-0.103 9Y，r=0.90。具體擬合曲線如圖5所示。由圖5可以看出，常用單種煤Y值分布在5.0%～35.0%范圍。單種煤Y值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度間存在較為明顯的變化規(guī)律。且由于單種煤Y值與CRI和CSR的r分別達(dá)到0.81和0.90，擬合度較高，根據(jù)擬合曲線可以得出，隨著Y值的增大，CRI呈先下降后升高趨勢(shì)，CSR呈先升高后下降趨勢(shì)。

圖5 單種煤Y值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合曲線Fig.5 Fitting Curves for Y Value of Individual Coal and Thermal Strength of Coke

在生產(chǎn)配煤中考慮到需要將不同變質(zhì)程度煉焦煤配合使用生產(chǎn)焦炭和控制配煤成本，配合煤Y值通?？刂圃?0 mm以下。因此，對(duì)5 mm≤Y≤20 mm時(shí)單種煤Y值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度進(jìn)行擬合分析，得出 CRI=62.76-2.24Y，r=0.80；CSR=9.77+2.90Y，r=0.96。具體擬合結(jié)果如圖6所示。

圖6 Y≤20 mm時(shí)單種煤Y值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合結(jié)果Fig.6 Fitting Curves for Y Value of Individual Coal and Thermal Strength of Coke When Y≤20 mm

由圖6可以看出，在Y≤20 mm區(qū)域內(nèi)，單種煤Y值和焦炭熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)之間的線性關(guān)系良好，且由于Y值與CRI和CSR的r分別為0.80和0.96，擬合度較高，根據(jù)擬合曲線可以得出，隨著Y值的增加，CRI明顯呈下降趨勢(shì)，CSR呈上升趨勢(shì)，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度整體變好。

2.1.5 單種煤G值對(duì)焦炭熱態(tài)性能的影響

對(duì)單種煤G值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度進(jìn)行擬合分析，結(jié)果得到 CRI=95.936-1.314 7G+0.006 0G，r=0.92；CSR=7.669 6-0.240 04G+0.001 77G，r=0.91。具體擬合曲線如圖7所示。由圖7可以看出，單種煤G值分布在30～105范圍，隨著G值的升高，CRI呈下降趨勢(shì)，CSR呈上升趨勢(shì)。且由于單種煤G值與CRI和CSR的r分別為0.92和0.91，擬合度較高，根據(jù)擬合曲線可以得出，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度隨著G值的升高，明顯整體持續(xù)提高。在成本可控條件下，合理提高配合煤G值有利于焦炭質(zhì)量的提高。

圖7 單種煤G值與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合曲線Fig.7 Fitting Curves for G Value of Individual Coal and Thermal Strength of Coke

圖8 單種煤與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度擬合曲線Fig.8 Fitting Curves for of Individual Coal and Thermal Strength of Coke

2.2 配煤優(yōu)化及煉焦試驗(yàn)

2.2.1 配煤方案

配煤方案煤質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 配煤方案煤質(zhì)指標(biāo)Table 1 Coal Quality Index for Coal Blending Scheme

2.2.2 煉焦試驗(yàn)分析

圖9 配合煤與焦炭熱態(tài)強(qiáng)度關(guān)系Fig.9 Relationship between of Blended Coal and Thermal Strength of Coke

2.2.3 優(yōu)化配煤試驗(yàn)效果

圖10 配煤方案優(yōu)化前后生產(chǎn)焦炭質(zhì)量指標(biāo)Fig.10 Index for Coke Quality before and after Optimization of Coal Blending Scheme

3 結(jié)論