寶鋼煤巖配煤方法的研究胡德生吳信慈戴朝發(fā)(. 上海寶鋼集團(tuán)公司)摘要在總結(jié)國(guó)內(nèi)外煤巖配煤方法的基礎(chǔ)上，確定了寶鋼煤巖配煤的基本思想，并進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)。選擇寶鋼常用的煉焦煤,進(jìn)行了21批單種煤改變惰性物含量的煉焦試驗(yàn);參照生產(chǎn)配煤,改變配煤的強(qiáng)粘比和惰性物含量,進(jìn)行了9批配煤煉焦試驗(yàn),共獲取有效數(shù)據(jù)357組。在理論分析與實(shí)際相結(jié)合的基礎(chǔ)上,確定了寶鋼煤巖配煤的參數(shù);用試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)學(xué)分析獲得寶鋼焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型,確定了寶鋼煤巖配煤的方關(guān)鍵詞煉焦配煤煤巖焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)控制①STUDY ON BAOSTEEL METHOD OF COALBLEND WITH PETROGRAPHYHU Desheng WU Xinci DAI Chaofa(Shanghai Baosteel Group Corp. )ABSTRACT The basic idea and test of Baosteel method of coal blend with petrography wasobtained and made after reviewing domestic and abroad methods of coal blend with petrogra-phy. The test was designed for 21 coking coals at Baosteel. In the test different inert materi-al content and different strong caking coal ratio were considered so that total 357 data groupswere obtained. Based on theoretical and data analysis the petrographical parameters of Baos-teel method of coal blend were determined. Baosteel prediction models for coke propertieshave been obtained by statistic analysis of the data and in this way the Baosteel method ofcoal blend with petrography has been established.KEY WORDS coking coal blend, petrography, coke quality, prediction, control1前言采用的手段也不同,確立的數(shù)學(xué)模型也就不同[1~4]。隨著高爐的大型化,對(duì)焦炭質(zhì)量及其穩(wěn)定性的有些方法還存在不同程度的局限性,僅適用于某些要求越來(lái)越高,而煉焦煤資源中強(qiáng)粘結(jié)性煤卻越來(lái)特定的范圍5.6]。現(xiàn)有的煤巖配煤方法,不同程度地越少,這-矛盾在我國(guó)更為突出。為了煤資源中強(qiáng)粘存在以“下問(wèn)題:結(jié)性煤的合理使用以及焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定,國(guó)內(nèi)外不(1)因?yàn)槊簬r參數(shù)對(duì)煤的氧化反應(yīng)不靈敏,僅少煤焦工作者正在研究煤質(zhì)與焦炭質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)用煤巖參數(shù)的方法，無(wú)法排除煤氧化的干擾;系,以完善配煤方法,尋求焦炭質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法。煤(2)因?yàn)殓R質(zhì)組平均反射率相同的純單種煤與巖配煤原理是現(xiàn)代配煤技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。寶鋼混煤的結(jié)焦性能不同,直接用煤巖鏡質(zhì)組平均反射目前正在生產(chǎn)的三座高爐都是4000 m3以上大高率中國(guó)煤化工擾;爐,而且都進(jìn)行富氧噴吹煤粉操作。對(duì)焦炭的要求更TYHCNMH G粘結(jié)性參數(shù)的方法,無(wú)是越來(lái)越高，所以研究出適合寶鋼煤源特點(diǎn)的科學(xué)法去除單一粘結(jié)參數(shù)的局限性，目前各國(guó)所用的各配煤方法尤為重要。種測(cè)定煤的粘結(jié)性的方法中,任何一種方法都有局世界各國(guó)以及各廠所用煤種和工藝條件不同,限性,都有著各自的適應(yīng)區(qū)間,都不能適應(yīng)煉焦煤的①聯(lián)系人:胡德生,高級(jí)工程師,上海(201900)上海寶鋼集團(tuán)公司技術(shù)中心●2●鋼鐵第36卷所有煤種;(4)鏡質(zhì)組粘結(jié)指數(shù)(VCI)是采用煤巖鏡質(zhì)組(4)很多方法中沒(méi)有考慮揮發(fā)分對(duì)焦炭氣孔率反射率分布進(jìn)行計(jì)算所獲得的，比較充分地表達(dá)了的影響，有的方法中使用了揮發(fā)分,但也只作為變質(zhì)煤巖特性,可以準(zhǔn)確表達(dá)出混煤與單種煤的差別。但程度參數(shù)。該參數(shù)不能敏銳地反映氧化對(duì)煤的粘結(jié)性的影響。2煤巖配煤方法的基本思想VCI的計(jì)算公式是根據(jù)大量單種煤的鏡質(zhì)組煤巖配煤方法,是根據(jù)室式煉焦的成焦機(jī)理,將反射率分布和粘結(jié)性測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析獲取煉焦過(guò)程比作混凝土的固化過(guò)程53。雖然,焦炭和混的。VCI與鏡質(zhì)組反射率的關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。-般煤凝土都是不均勻的脆性材料,但兩者又有著本質(zhì)的的VCI是根據(jù)其反射率分布用公式進(jìn)行加權(quán)計(jì)算差別?；炷恋墓袒^(guò)程中無(wú)氣體產(chǎn)生,不形成氣獲取的數(shù)值?？?，混凝土屬于致密型不均勻材料;煉焦過(guò)程中有揮VCI = f(R,)(1)發(fā)分產(chǎn)生,形成了焦炭的部分氣孔,焦炭屬于多孔型1不均勻材料。寶鋼煤巖配煤方法中必須綜合考慮以0.下三個(gè)方面的因素:(1)煉焦過(guò)程中,活性物相當(dāng)于混凝土中水泥,煉焦煤中的活性物主要來(lái)源于鏡質(zhì)組，鏡質(zhì)組的質(zhì)量是煉焦煤中活性物質(zhì)量的決定因素,如何準(zhǔn)確地表達(dá)煉焦配煤中活性物的特性,是寶鋼煤巖配煤方0.501.00L.S02.00法的關(guān)鍵;R/%(2)煉焦過(guò)程中，惰性物相當(dāng)于混凝土中的砂石,是必不可少的骨架材料;(3)揮發(fā)分在煉焦過(guò)程中的作用是不可忽略圖1鏡質(zhì)組粘結(jié)指數(shù) VCI基本曲線Fig. 1 Vitrinite caking index versus R.的,在煉焦過(guò)程中促進(jìn)膠質(zhì)體流動(dòng),在成焦后形成了焦炭的部分氣孔。通過(guò)試驗(yàn)分析與理論相結(jié)合,綜合這三個(gè)參數(shù)3參數(shù)選定后所得的綜合粘結(jié)指數(shù),使這三個(gè)參數(shù)相互間取長(zhǎng)對(duì)寶鋼生產(chǎn)中所用評(píng)價(jià)煉焦煤性質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)補(bǔ)短。不但能較好地表達(dá)煉焦煤活性物的特性,而且進(jìn)行分析和比較,選擇五個(gè)參數(shù)作為寶鋼煤巖配煤還克服僅用煤巖參數(shù)的方法不能反映氧化對(duì)煤的粘方法參數(shù):V小G、logMF、VCI、TI。這五個(gè)參數(shù)在配結(jié)性和結(jié)焦性影響,同時(shí)還可以克服混煤與純單種煤條件下都有很好的加和性,可以直接計(jì)算出配合煤不同的影響,并且完全適用于所有煉焦煤。煤的對(duì)應(yīng)值。CCI = f(VCI,G ,logMF)(1) V。主要是用于表達(dá)煤在煤焦過(guò)程中產(chǎn)生(5) TI表示煤的惰性物總含量。氣體的數(shù)量,間接反應(yīng)成焦后焦炭的氣孔率大小。1. 08Ad土0. 55Su(2)由于測(cè)定粘結(jié)指數(shù)(G)的方法,是配入過(guò)量TI=I+2.07一[0. 01(1.08AJ + 0. 55Su)]的惰性物、加壓、快速加熱，所以該方法適用于所有(3)煉焦煤,并且能反映出氧化對(duì)煤粘結(jié)性的影響,同時(shí)式中I一煤的有機(jī)惰性物含量,文中是通過(guò)煤巖.有學(xué)者認(rèn)為這一參數(shù)還包含了煤的還原度,但該方全組分反射率自動(dòng)測(cè)定后切割獲得的;法對(duì)弱粘煤的粘結(jié)性有所夸大,對(duì)強(qiáng)粘煤的區(qū)分能Ag煤工業(yè)分析的干基灰分;力縮小。Sid-煤化學(xué)分析的全硫含量。(3)煤的基氏最大流動(dòng)度(logMF)的測(cè)定方中國(guó)煤化工法，主要基于煉焦煤加熱后在熱塑階段產(chǎn)生膠質(zhì)體。[Hc NMH 2質(zhì)特性參數(shù)間的關(guān)系logMF值間接地反映膠質(zhì)體的數(shù)量,區(qū)分強(qiáng)、弱粘式,用2vkg山獨(dú)點(diǎn)廠邊11 J大量的煉焦試驗(yàn)。為了結(jié)性煤的能力較強(qiáng),并且能反映出氧化對(duì)煤粘結(jié)性使試驗(yàn)的結(jié)果有較好的適用范圍,試驗(yàn)所選的煉焦的影響。但該方法對(duì)膠質(zhì)體數(shù)量極少的弱粘煤無(wú)法煤范圍盡可能寬、盡可能全面。試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行,測(cè)定,因此該方法僅適用于大部分煉焦煤,不適用于第一階段:選擇寶鋼所用的單種煤(共21種,覆蓋了弱粘結(jié)性煤。煉焦煤的全部變質(zhì)程度),分別配入不同比例的惰性胡德生等:寶鋼煤巖配煤方法的研究物進(jìn)行煉焦試驗(yàn),共計(jì)煉焦試驗(yàn)250爐;第二階段:進(jìn)行配合煤煉焦試驗(yàn),主要參照寶鋼生產(chǎn)配煤,改變其綜合粘結(jié)指數(shù)CCI,共計(jì)煉焦試驗(yàn)約120爐。單種煤和配合煤合計(jì)共獲取有效數(shù)據(jù)357組。煉焦試驗(yàn)的20kg試驗(yàn)焦?fàn)t的工藝條件如下，炭化室: 400 mmX 200 mmX 400 mm;聶45裝煤量:23 kg(干基);84/火道溫度:1080 C;0個(gè)8883-裝爐煤水分:10 %;J80裝爐煤粒度:<3mm占85 %;“25303:情性物含量/%總炭化時(shí)間:8 h;熄焦方式:濕法熄焦;圖3 DIH°與CCI、TI 的關(guān)系(DI|E°焦炭的落下試驗(yàn):2 m落下兩次。等值線圖,V.=27.5 %)5焦炭質(zhì)量與煤質(zhì)間的關(guān)系Fig.3 DI{E" versus TI,CCI for given Vs以煤質(zhì)參數(shù)CCI、V小TI為自變量,分別以焦炭質(zhì)量參數(shù)DIl5°、CRI、CSR為應(yīng)變量。用所獲得的60的357組試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行三元三次逐步回歸分析,建立寶鋼焦炭DIHEO、CRI、CSR的預(yù)測(cè)方程式。587(1) DI}°盈50- D1IX=9K圖2是357組試驗(yàn)的DI{"計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系。圖3是揮發(fā)分Vd=27.5 %時(shí)DI}5"和配煤惰在43新性物含量TI及配煤綜合粘結(jié)數(shù)CCI的關(guān)系。圖4是配煤惰性物含量TI= 32.5 %時(shí)DI5%和配煤揮發(fā)485分V。及配煤綜合粘結(jié)數(shù)CCI的關(guān)系。圖中的散點(diǎn)是6個(gè)月寶鋼生產(chǎn)方案的實(shí)際,填充區(qū)域是根據(jù)此6 272829 3揮發(fā)分含量/%方法確定的配煤煤質(zhì)控制范圍。9)-0.962 1x+2.7412圖4 DI{"與CCI、Va的關(guān)系(TI=32.5 %)80R'=0.9621-3357Fig.4 DI|E° versus Vs,CCI for given TI7070 ry=0.905 3x+35437s 40s0R-0.9051-357201(s40t20.040.060.0 80.0 100.0玉3實(shí)制值/%20 t中國(guó)煤化工圖2 DI}$°預(yù)測(cè)值與實(shí)際值關(guān)系Fig.2 Predicted versus measured of DI°MHCNMHG 60.0 80.0買棚值77%(2) CRI圖5是357組試驗(yàn)的CRI計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系。圖6是配煤揮發(fā)分V.=27.5 %時(shí)CRI和配圖5 CRI預(yù)測(cè)值與實(shí)際值關(guān)系煤惰性物含量TI及配煤綜合粘結(jié)數(shù)CCI的關(guān)系。Fig.5 Predicted versus measured of CRI.4.鋼第36卷60圖7是配煤惰性物含量TI=32.5 %時(shí)CRI和配煤20揮發(fā)分VJ及配煤綜合粘結(jié)指數(shù)CCI的關(guān)系。圖中5522_的散點(diǎn)是6個(gè)月寶鋼生產(chǎn)方案的實(shí)際,填充區(qū)域是e根據(jù)此方法確定的配煤煤質(zhì)控制范圍。(3) CSR醫(yī)45.26圖8是357組試驗(yàn)的CSR計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系。圖9是配煤揮發(fā)分V.=27.5 %時(shí)CSR和配40煤惰性物含量TI及配煤綜合粘結(jié)數(shù)CCI的關(guān)系。CRI-30圖10是配煤惰性物含量TI=32.5 %時(shí)CSR和配303情性物含量/%煤揮發(fā)分VJ及配煤綜合粘結(jié)指數(shù)CCI的關(guān)系。圖中的散點(diǎn)是6個(gè)月寶鋼生產(chǎn)方案的實(shí)際，填充區(qū)域圖6 CRI與CCI、TI的關(guān)系(CRI等值是根據(jù)此方法確定的配煤煤質(zhì)控制范圍。線圖,V.=27.5 %)Fig.6 CRI versus TI,CCI for given VaCSR-70」車506864在48a 50i 454382535CRI=業(yè)242526272829圖9 CSR與CCI、TI的關(guān)系(CSR等值線圖，揮發(fā)分含量/%Va=27.5 %)Fig.9 CSR versus TI, CCI for given V。圖7 CRI 與CCI、Vs的關(guān)系(CRI等值線圖,T1=32.5 %)Fig.7 CRI versus V,CCI for given TIs580y=09174x+3.28370 K-0.9174n-35750 t45共50器4=3/662810中國(guó)煤化工20.040.060.080.0MHCNMHG。的關(guān)系(CSR實(shí)棚值/%Fig.10 CSR versus V,CCI for given TI圖8 CSR 預(yù)測(cè)值與實(shí)際值關(guān)系6工業(yè)應(yīng)用Fig.8 Predicted versus measured of CSR1997年10月~1998年3月進(jìn)行了6個(gè)月的工胡德生等:寶鋼煤巖配煤方法的研究業(yè)應(yīng)用，期間寶鋼生產(chǎn)的配煤方案共變動(dòng)了30次,于配合煤,作用次于強(qiáng)粘煤;左下區(qū)為高變質(zhì)度弱粘每個(gè)方案所用的單種煤都分析測(cè)定了AJ、VJ、Sd、煤,在配合煤中起瘦化劑作用,調(diào)節(jié)配合煤的揮發(fā)G、logMF、VCI、TI,計(jì)算出配合煤的TI、V、CCI,分;右下區(qū)為低變質(zhì)度弱粘煤,在配合煤中主要作用按以上所得的預(yù)測(cè)公式分別計(jì)算DI{E° 、CRI、CSR,是降低灰分調(diào)節(jié)揮發(fā)分。按平行試驗(yàn)的允許誤差要求分析預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的根據(jù)寶鋼這一煤分類概念與煤源的特性，可以差值,準(zhǔn)確率都在95 %以上。6個(gè)月的應(yīng)用結(jié)果表計(jì)算寶鋼配煤中弱粘煤的用量極限。確定配煤方案明:目前寶鋼所用配煤的強(qiáng)粘比基本保持在50%，時(shí),主要控制配煤的A小、S.V.、CCI四項(xiàng)參數(shù),前三所得的焦炭質(zhì)量波動(dòng)較大。這些方案的配合煤惰性項(xiàng)參數(shù)的控制是不受弱粘煤用量所限制的，弱粘煤物含量TI、揮發(fā)分Va、綜合粘結(jié)指數(shù)CCI,分別波用量主要限制因素是配煤的綜合粘結(jié)性CCI。根據(jù)動(dòng)于30 %~35 %、26 %~28.5 %、46~57。其中惰以上分類,寶鋼弱粘煤的CCI平均值為27.8,強(qiáng)粘性物含量不容易控制,而且從前面的等值線圖分析,煤與次強(qiáng)粘煤的CCI平均值為64.6,可解出寶鋼配它對(duì)焦炭質(zhì)量的影響是次要因素;揮發(fā)分對(duì)焦炭的煤中弱粘煤的用量極限。設(shè)弱粘煤的用量極限為X,質(zhì)量有較大的影響,但是它是應(yīng)煤氣產(chǎn)率的要求而配煤的CCI控制極限為48,即可建立方程式:變化的。根據(jù)本文的方法對(duì)這些焦炭質(zhì)量波動(dòng)的原27.8X + 64.6(1 一X) = 48因進(jìn)行分析,主要原因在于配合煤的綜合粘結(jié)指數(shù)解方程結(jié)果:X=45,弱粘煤的最大用量為的波動(dòng),而且大部分方案是過(guò)剩的。這-結(jié)果表明寶45%,強(qiáng)粘煤與次強(qiáng)粘煤的最小用量為55%。實(shí)際鋼的配煤具有-定的降成本潛力,消除CCI波動(dòng)不生產(chǎn)中,如果所用的弱粘煤、強(qiáng)粘煤以及次強(qiáng)粘煤的但可以穩(wěn)定焦炭的質(zhì)量而且可以提高低價(jià)煤的用粘結(jié)性都比較好,弱粘煤的用量可進(jìn)-步提高,強(qiáng)粘量,如將這些方案的CCI控制在48~52,配煤成本與次強(qiáng)粘煤的用量可進(jìn)一步下降。是可以降低的。8結(jié)論7寶鋼煤分類和配煤中弱粘煤用量極限(1)在總結(jié)國(guó)內(nèi)外的煤巖配煤方法后,結(jié)合室80強(qiáng)粘煤式煉焦的成焦機(jī)理,確定在室式煉焦條件下，影響焦70炭質(zhì)量的三個(gè)主要煤質(zhì)參數(shù)CCI、V和TI,結(jié)果表6(明所選參數(shù)是合理的?？?0|(2)根據(jù)煤巖鏡質(zhì)組反射率分布獲取的煤巖鏡40 t質(zhì)組粘結(jié)指數(shù)VCI,比較客觀地表達(dá)了煤巖活性物i 30|20 I高變質(zhì)弱粘媒低變質(zhì)弱粘煤的特性,克服了直接使用鏡質(zhì)組平均反射率的不足。同時(shí),計(jì)算VCI的方法是根據(jù)寶鋼煤源通過(guò)大量實(shí)25303:驗(yàn)室試驗(yàn),分析處理試驗(yàn)結(jié)果而取得的,比較適合寶揮發(fā)分含量/%鋼;采用煤巖鏡質(zhì)組粘結(jié)指數(shù)與兩個(gè)常規(guī)表達(dá)煤粘結(jié)性的參數(shù)相結(jié)合,獲得綜合評(píng)價(jià)煤的粘結(jié)性參數(shù)CCI,優(yōu)于任何一個(gè)單獨(dú)煤質(zhì)參數(shù),克服了常規(guī)煤質(zhì)參數(shù)不能反映混煤對(duì)煤質(zhì)的影響,同時(shí)也克服了煤圖11寶鋼主要單種煤的V。和CCI巖參數(shù)對(duì)煤氧化反應(yīng)不敏銳的不足,充分地表達(dá)了Fig.11 Vdand CCI of individual coals煤巖配煤基本原理中配煤活性物的特性;(3)采用煤的TI、CCI、VJ預(yù)測(cè)焦炭的DI}E"、按照寶鋼煤巖配煤方法所確定的參數(shù)Vs和CRI、CSR是比較可靠的。CCI,對(duì)寶鋼所用煉焦煤進(jìn)行分類可分為四大類,見(jiàn).中國(guó)煤化工一般在27.5 %左右,配圖11。圖中的散點(diǎn)是寶鋼目前所用單種煤,圖中的煤的CHCN M H煤的CCI控制在48~填充區(qū)域是根據(jù)寶鋼煤巖配煤方法的研究結(jié)果所確52,焦灰的質(zhì)量就可以兩足生產(chǎn)的要求。生產(chǎn)配煤中定的控制區(qū)。圖中十字線將煤分為四個(gè)區(qū)域:左上區(qū)將原先控制強(qiáng)粘比改為控制配煤的綜合粘結(jié)指數(shù)為強(qiáng)粘煤,在配煤中起主導(dǎo)作用;右上區(qū)為次強(qiáng)粘CCI,可以保證焦炭質(zhì)量穩(wěn)定,提高弱粘煤用量,降煤，在配合煤中也起粘結(jié)作用,但由于它們揮發(fā)分高低配煤成本。(下轉(zhuǎn)第51頁(yè))(上接第5頁(yè))參考文獻(xiàn)1周師庸.應(yīng)用煤巖學(xué).北京:冶金工業(yè)出版社,1985.2張亞云，應(yīng)用煤巖學(xué)基礎(chǔ).北京:冶金工業(yè)出版社, 1990.3 Schapiro N, Gray R J, Eusner G R. Recent Developments in Coal Petrography. lronmaking Conf. Proc.，1961，(20) :89~112.4 Gransden J F. Application of Microscopy to Coke Making.中國(guó)煤化工Geology， 1991,(19):77.5程信章.日本煉焦配煤技術(shù)和焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法.煉焦化學(xué)MYHCNMHG6虞繼舜.試論煤巖配煤的參數(shù)及其選擇.燃料與化工，1985.(5):247.