基于结焦性的炼焦煤细分方法及在配煤中的应用

摘要

本发明公开了一种基于结焦性的炼焦煤细分方法及在配煤中的应用。该方法包括如下步骤：1)确定影响炼焦煤结焦性的指标；2)测定单种炼焦煤的平均最大反射率和焦炭光学组织结构，并根据的不同，分别再测定固-软温度区间、基氏最大流动度或不再测定其它指标；3)根据步骤2)的测定结果，将炼焦煤细分为气煤1#、气煤2#、气肥煤、1/3焦煤1#、1/3焦煤2#、1/3焦煤3#、肥煤1#、肥煤2#、焦煤1#、焦煤2#、焦煤3#、焦煤4#、瘦煤1#和瘦煤2#。本发明通过对炼焦煤进行细分，能够满足当前资源全球化和使用精细化的需求，使煤种资源得到有效配置。

说明书

技术领域

本发明属于冶金炼焦技术领域，具体涉及一种基于结焦性的炼焦煤 细分方法及在配煤中的应用。

背景技术

结焦性是炼焦领域对煤的特定技术要求。传统煤化学对结焦性的概 念定义为：煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下，结成具有一定 块度和强度焦炭的能力，该定义较为抽象，对炼焦配煤实践的指导性不 强。国际煤炭分类标准表明，奥亚膨胀度、葛金指数和焦渣特征为国际 公认的煤的结焦性指标；国内煤焦领域则认为粘结指数G值、胶质层厚 度Y值和奥亚膨胀度b值为结焦性的主要指标，其中粘结指数G值、胶 质层厚度Y值和奥亚膨胀度b值为定量指标，葛金指数和焦渣特征为定 性指标。由于煤是一种组成、结构非常复杂且极不均一的有机生物岩， 上述指标都只能代表炼焦煤某一方面的工艺特征，远不能反映出成煤植 物和成煤环境带来的煤岩组分和镜质组质量的差异；奥亚膨胀度、葛金 指数、焦渣特征、粘结指数G值和胶质层厚度Y值是煤加热状态下表现 出的工艺特征，具有表观局限性，并未与煤的物质基础、结焦行为和结 焦结果相关联，因此不能全面、科学地评价炼焦煤的结焦性。

也有炼焦企业采用单种煤小焦炉结焦试验所得焦炭的冷、热强度来 判断煤源的结焦性，但在炼焦生产实践中发现，单种煤炼焦焦炭强度较 高的煤参与配煤炼焦所得焦炭强度不一定就高，因此，该方法也存在局 限性。其原因在于：单凭单种煤炼焦焦炭强度判断结焦性，无法认识煤 源的物质基础和结焦行为，也不能表征该煤源与其他煤种之间的配伍行 为。

项茹等公开了“一种挥发分介于27-29％之间炼焦煤的煤质评定方 法”(专利号：ZL201010599983.7)，对某些挥发分介于焦煤和1/3焦 煤之间的特殊煤种的分类有一定的参考作用，但该方法也容易出现误判 现象：例如该发明实施例2中的印尼煤：干燥无灰基挥发分(Vdaf)为 27.96％，胶质层最大厚度(Y)为21mm，镜质组平均最大反射率1.15％； 粘结指数G值为95；基氏流动度测定：开始软化温度410℃，最大流 动度温度为460℃，基氏流动度最大值为2ddpm；单种煤成焦后其显微 结构粗粒镶嵌达70％，判定为焦煤。首先，该煤为特殊成因煤，镜质组 含量高达98％，G值高，但是由于镜质组性质特殊，高温流动性能差， 基氏流动度最大值仅为2ddpm，成焦光学组织显微结构易判定为粗粒结 构，但实际上，该粗粒结构光学等色区尺寸已经远大于粗粒结构的5～ 10um，已经向纤维化转变，其实际粗粒镶嵌结构是小于60％的，按照其 设定的分类方法，该印尼煤应判为1/3焦煤。但如果按照1/3焦煤配用 又是不能达到很好的配煤效果的。另外，由于基氏流动度指标包含的软 化温度、固-软温度区间和最大流动度等参数与结焦过程中煤大分子的热 解、中间相小球体的形成和长大等化学反应过程相关联，且测试方法和 设备规范，数据精确度高，根据现有的煤焦转化的中间相小球体理论， 较高的基氏流动度有利于中间相小球体的生成和长大，即有利于光学各 向异性组织结构的形成，该发明将“基氏流动度最大值＜1500ddpm”和 “单种煤成焦后粗粒镶嵌结构达60％以上”作为并列条件，同时变质程 度指标“挥发分介于27～29％之间”，这从技术原理上来讲是矛盾的， 因此适用范围及其有限。并且，目前煤炭市场混煤严重，如某不良企业 的混煤(长期由肥煤和瘦煤混配大量对外销售)，挥发份27.23％，镜质 组平均最大反射率1.24％，G值89，胶质层最大厚度(Y)为21mm，开 始软化温度396℃，最大流动度温度443℃，基氏流动度最大值 15599ddpm；单种煤成焦后粗粒镶嵌结构55％。按照该发明的分类方法， 应划为1/3焦煤，但如若由肥煤和瘦煤混配得到的该煤作为1/3焦煤大 量使用，其中含有的瘦煤势必造成配合煤中高变质煤比例过高影响焦炭 耐磨性，或肥煤比例过高造成焦炭气孔率偏高。

由于按现有技术划分的焦煤、1/3焦煤、肥煤、气肥煤、瘦煤和气煤 煤种的结焦性能特别是在配合煤中的结焦性能无法准确表征，而结焦性 能又是炼焦煤最主要的性能，因此，充分认识和掌握影响炼焦煤的主要 指标并依此进行分类指导配煤，对于冶金炼焦领域具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种基于结焦性的炼焦煤细 分方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种基于结焦性的炼焦煤 细分方法在配煤中的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

1)确定影响炼焦煤结焦性的指标：

11)炼焦煤煤化度处在的低变质程度炼焦煤， 由于受热产生胶质体的过程中产生大量挥发性气体，影响基氏最大流动 度测定值的准确性，因此，确定镜质组平均最大反射率固-软温度 区间和焦炭光学组织结构为炼焦煤结焦性指标；

12)当将镜质组平均最大反射率基 氏最大流动度和焦炭光学组织结构确定为炼焦煤结焦性的指标；

13)当由于炼焦煤受热产生的胶质体粘稠， 基氏流动度指标已经不再具有指导意义，采用镜质组平均最大反射率 和焦炭光学组织结构确定为炼焦煤结焦性的指标；

2)测定单种炼焦煤的平均最大反射率和焦炭光学组织结构， 当单种炼焦煤的平均最大反射率为时，再测 定该单种炼焦煤的固-软温度区间，当单种炼焦煤的平均最大反射率为再测定该单种炼焦煤的基氏最大流动度，当单 种炼焦煤的平均最大反射率为不再测定其 它指标；

3)根据步骤2)测定结果，进行如下分类：

31)当且固-软温度区间＜80℃，且焦炭光学 组织结构中同性结构与惰性结构之和＜50％，分类为气煤1#；

当且固-软温度区间＜80℃，且焦炭光学组织 结构中同性结构与惰性结构之和≥50％，分类为气煤2#；

32)当且固-软温度区间≥95℃，分类为气肥 煤；

33)当且80℃≤固-软温度区间＜95℃，分 类为1/3焦煤1#；

当且80℃≤固-软温度区间＜100℃，分类 为1/3焦煤2#；

当且固-软温度区间＜80℃，分类为1/3焦 煤3#；

34)当且固-软温度区间≥100℃，分类为肥 煤1#；

当且固-软温度区间≥100℃，分类为肥煤 2#；

35)当1gMF＞2.50，且满足中粒镶嵌、粗粒 镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％时，分类为焦煤1#；

当1gMF＞2.50，且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌 与不完全纤维组分含量之和＜60％时，分类为焦煤2#；

当1.50＜1gMF≤2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％时，也分类为焦煤2#；

当1.50＜1gMF≤2.50，且满足40％≤中粒镶 嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜60％时，分类为焦煤3#；

当1gMF≤2.50，且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌 与不完全纤维组分含量之和＜40％时，分类为焦煤4#；

当1gMF≤1.50，且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌 与不完全纤维组分含量之和≥40％时，也分类为焦煤3#；

当且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维 组分含量之和≥50％时，也分类为焦煤1#；

当且满足40％≤中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不 完全纤维组分含量之和＜50％时，也分类为焦煤2#；

当且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维 组分含量之和＜40％时，也分类为焦煤3#；

36)当且满足粗粒镶嵌组分含量≥20％时， 分类为瘦煤1#；

当粗粒镶嵌组分含量＜20％时，分类为瘦煤 2#。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

1)测定单种炼焦煤的平均最大反射率和焦炭光学组织结构， 当单种炼焦煤的平均最大反射率为时，再测 定该单种炼焦煤的固-软温度区间，当单种炼焦煤的平均最大反射率为再测定该单种炼焦煤的基氏最大流动度，当单 种炼焦煤的平均最大反射率为不再测定其 它指标；

2)根据步骤1)的测定结果，按如下方案进行配煤：

气煤1#：且固-软温度区间＜80℃，且焦炭光 学组织结构中同性结构与惰性结构之和＜50％的炼焦煤，配入比例为0～ 25％；

气煤2#：且固-软温度区间＜80℃，且焦炭光 学组织结构中同性结构与惰性结构之和≥50％的炼焦煤，配入比例为0～ 15％；

气肥煤：且固-软温度区间≥95℃的炼焦煤， 配入比例为0～20％；

1/3焦煤1#：且80℃≤固-软温度区间＜95℃ 的炼焦煤，配入比例为0～40％；

1/3焦煤2#：且80℃≤固-软温度区间＜100℃ 的炼焦煤，配入比例为0～20％；

1/3焦煤3#：且固-软温度区间＜80℃的炼焦 煤，配入比例为0～20％；

肥煤1#：且固-软温度区间≥100℃的炼焦煤， 配入比例为0～20％；

肥煤2#：且固-软温度区间≥100℃的炼焦煤， 配入比例为0～30％；

焦煤1#：1gMF＞2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％的炼焦煤，配入比例为10～ 40％；或者，且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完 全纤维组分含量之和≥50％的炼焦煤，配入比例为10～40％；

焦煤2#：1gMF＞2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜60％的炼焦煤，配入比例为0～ 40％；或者，1.50＜1gMF≤2.50，且满足中粒镶 嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％的炼焦煤，配入比例为 0～40％；或者，且满足40％≤中粒镶嵌、粗粒 镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜50％的炼焦煤，配入比例为0～40％；

焦煤3#：1.50＜1gMF≤2.50，且满足40％≤ 中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜60％的炼焦煤，配入 比例为0～20％；或者，1gMF≤1.50，且满足中 粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥40％的炼焦煤，配入比 例为0～20％；或者，且满足中粒镶嵌、粗粒镶 嵌与不完全纤维组分含量之和＜40％的炼焦煤，配入比例为0～20％；

焦煤4#：1gMF≤2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜40％的炼焦煤，配入比例为0～ 10％；

瘦煤1#：且满足粗粒镶嵌组分含量≥20％的 炼焦煤，配入比例为0～30％；

瘦煤2#：粗粒镶嵌组分含量＜20％的炼焦煤， 配入比例为0～20％；

且满足：焦煤1#与焦煤2#含量之和≥20％，1/3焦煤1#、肥煤2#、 焦煤1#与焦煤2#含量之和≥40％。

进一步地，所述步骤3)中，按如下方案进行配煤：

气煤1#：且固-软温度区间＜80℃，且焦炭 光学组织结构中同性结构与惰性结构之和＜50％的炼焦煤，配入比例为 5～15％；

气煤2#：且固-软温度区间＜80℃，且焦炭 光学组织结构中同性结构与惰性结构之和≥50％的炼焦煤，配入比例为 0～10％；

气肥煤：且固-软温度区间≥95℃的炼焦煤， 配入比例为5～10％；

1/3焦煤1#：且80℃≤固-软温度区间＜95℃ 的炼焦煤，配入比例为5～20％；

1/3焦煤2#：且80℃≤固-软温度区间＜100℃ 的炼焦煤，配入比例为0～10％；

1/3焦煤3#：且固-软温度区间＜80℃的炼焦 煤，配入比例为0～10％；

肥煤1#：且固-软温度区间≥100℃的炼焦煤， 配入比例为5～10％；

肥煤2#：且固-软温度区间≥100℃的炼焦煤， 配入比例为5～20％；

焦煤1#：1gMF＞2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％的炼焦煤，配入比例为10～ 25％；或者，且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完 全纤维组分含量之和≥50％的炼焦煤，配入比例为10～25％；

焦煤2#：1gMF＞2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜60％的炼焦煤，配入比例为5～ 25％；或者，1.50＜1gMF≤2.50，且满足中粒镶 嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％的炼焦煤，配入比例为 5～25％；或者，且满足40％≤中粒镶嵌、粗粒 镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜50％的炼焦煤，配入比例为5～25％；

焦煤3#：1.50＜1gMF≤2.50，且满足40％＜ 中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜60％的炼焦煤，配入 比例为5～15％；或者，1gMF≤1.50，且满足中 粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥40％的炼焦煤，配入比 例为5～15％；或者，且满足中粒镶嵌、粗粒镶 嵌与不完全纤维组分含量之和＜40％的炼焦煤，配入比例为5～15％；

焦煤4#：1gMF≤2.50，且满足中粒镶嵌、粗 粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和＜40％的炼焦煤，配入比例为0～5％；

瘦煤1#：且满足粗粒镶嵌组分含量≥20％的 炼焦煤，配入比例为5～20％；

瘦煤2#：粗粒镶嵌组分含量＜20％的炼焦煤， 配入比例为0～10％。

且满足焦煤1#与焦煤2#之和≥20％，1/3焦煤1#、肥煤2#、焦煤 1#与焦煤2#之和≥40％。

本发明具有如下优点：

1)分类指标采用镜质组平均最大反射率基氏最大流动度、 固-软温度区间和焦炭光学组织结构，克服现有分类指标：挥发份V_daf、 粘结指数G值、胶质层厚度Y值和奥亚膨胀度b值的表观局限性，避免 指标繁多且相互干扰；且对于煤化度处在的低变质 程度炼焦煤，由于受热产生胶质体的过程中产生大量挥发性气体，影响 基氏最大流动度测定值的准确性，因此，确定镜质组平均最大反射率 固-软温度区间和焦炭光学组织结构为炼焦煤结焦性指标；对于 的高变质程度炼焦煤，由于受热产生的胶质体粘 稠，基氏流动度指标已经不再具有指导意义，采用镜质组平均最大反射 率和焦炭光学组织结构确定为炼焦煤结焦性的指标。

2)将气煤细分为气煤1#和气煤2#，利于气煤资源合理利用，降低 配煤成本。

3)焦煤是炼焦的关键煤种，将焦煤细分为4类，有利于焦炭质量的 保证和焦煤资源的有效利用。将1gMF＞2.50，且 满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组分含量之和≥60％的炼焦煤， 以及且满足中粒镶嵌、粗粒镶嵌与不完全纤维组 分含量之和≥50％的炼焦煤，均划入焦煤1#；利于焦煤资源合理利用， 节约优质焦煤资源，降低配煤成本。

4)“焦煤1#≥10％，焦煤1#与焦煤2#之和≥20％，1/3焦煤1#、 肥煤2#、焦煤1#与焦煤2#之和≥40％”，设定炼焦关键煤种比例下限， 在低成本配煤前提下确保焦炭质量。

具体实施方式：

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

某工厂进有22种炼焦煤，分别编号为A矿(枣西矿)、B矿(其 他矿)、C矿(澳大利亚矿)、D矿(东都矿)、E矿(龙固矿)、F 矿(七矿)、G矿(淮南矿)、H矿(付村矿)、I矿(渡市矿)、J矿 (王家会矿)、K矿(青町矿)、L矿(八矿)、M矿(平遥矿)、N 矿(张兰矿)、O矿(汇合介休矿)、P矿(新店矿)、Q矿(下峪口 矿)、R矿(鹤壁矿)、S矿(白壁关矿)、T矿(离石矿)、U矿(兑 镇矿)、V矿(蒙古国某矿)，分别测定各单种炼焦煤的平均最大反射 率基氏最大流动度、固-软温度区间和焦炭光学组织结构，得到结 果如表1：

表1各单种煤影响炼焦煤结焦性的指标及分类

根据测定结果，进行分类，分类结果见表1。

基于以上分类结果，本发明进行了配煤，配煤的具体实施例见表2。

表2配煤方法的实施例

表2中所说煤种的分类方法都为本发明的炼焦煤细分分类方法。

按传统先配后粉工艺，无预粉碎和选择性粉碎、无煤调湿、无型煤， 和传统4.3米以上顶装焦炉干熄焦条件下，上述实施例1、2、3和4所 得焦炭热强度CSR在65～70％，M₄₀在87～89％，M₁₀在5.5～6.3％。

虽然本发明在具体实施例部分只选择列举了以上煤种，但经发明人 的多次实践发现，其他煤种都可按本发明的方法进行分类和配煤，并且 炼焦所得焦炭热强度CSR在65～70％，M₄₀在87～89％，M₁₀在5.5～ 6.3％。