摘要  为了提高首钢焦化厂的焦炭质量，基于对各单种煤的岩相学和结焦特性的分析，调整了炼焦配煤方案。随即开展了40kg小焦炉实验验证各个方案的炼焦效果。基于以上工作最终确定的配煤方案，在首钢焦化厂的展开了生产应用实验，发现焦炭的质量明显改善。

关键词  炼焦配煤  焦炭质量成本焦比

      近年来，由于国内外炼焦煤资源日益紧缺，钢铁企业的炼焦生产受到很大的影响，如何稳定和提高焦炭质量，成了钢铁企业关注的焦点问题之一。为了适应首钢高炉降低焦比，提高冶炼效率的要求，我们借助煤岩学的观点，探索优化首钢炼焦配煤结构，提高焦炭质量的新途径，取得了一些效果，现简单报道如下。

1  实验部分

1．1实验设备

    40kg小焦炉为鞍山科翔仪器仪表公司生产的JL一40型40kg小焦炉，采用硅炭棒加热，炭化室宽度400mm，结焦时间14h，炉墙温度1050(C，最终炭化温度950(C，装煤水分，10％左右，细度：>80％，装煤量40kg(干基)。样品经混匀、破碎、调整水分后装炉炼焦。

    开展工业生产应用实验的首钢焦化厂4号焦炉为JN 58一II型顶装复热式2×65孔焦炉，炭化室宽度450mm，炭化室高度4300mm，装煤量20吨，装煤水分10％，细度76％，炭化时间17．5h，配煤工艺为先配后粉的工艺流程。

1．2测试方法

    40kg小焦炉中试炼焦所得焦炭经过二次坠落后按GB2006--80标准“冶金焦炭机械强度的测定方法”采用1／4转鼓进行强度测定。同时按GB／4000--1996“焦炭反应性及反应后强度试验方法”测定焦炭的反应性及反应后强度。

    除反应性和反应后强度的测定为一次试验的测定值外，其它的诸如40kg小焦炉配煤炼焦实验和焦炭筛分测定、转鼓实验等均为两次重复实验的平均值。

    工业实验的焦炭按照国内通行的国家标准进行焦炭质量和强度指标方面的测试，具体国标不一一列举。

2   结果与讨论

2．1   40kg小焦炉中试试验

    由于首钢焦化厂的岩相配煤实验方案的中试实验期间，200kg小焦炉实验设备正在大修，所以依靠40kg小焦炉装置进行。通过前期的40kg小焦炉与200kg小焦炉之间的对应关系的研究，发现两者的焦炭质量之间存在97％左右的相关性，认为可以用于中试实验研究。

2．1．1  配煤方案及单种煤质量

    40kg小焦炉试验的配煤方案见表1，其中的基础方案为首钢焦化厂的一个典型配煤方案，以其作为对照的基础。试验中所使用的各单种煤的分析指标、装炉煤指标见表2，表3。

2．1．2  焦炭质量

    40kg小焦炉试验的焦炭质量指标见表4。

    从表4中的结果可以看出，采用方案1虽然可以略微提高焦炭的强度，但是焦炭的硫份提高太多，灰份也不是最理想，热态强度也不是最佳。认为方案2是最佳的方案，因为该方案所得的焦炭不仅可以保证焦炭的热态强度，其焦炭的灰份和硫分较低。于是，决定使用该方案作为进一步的工业生产应用方案。

2．2工业生产应用实验

2．2．1  生产组织

    方案2的工业生产应用实验工作于2007年5月21至23日展开，在首钢焦化厂4号焦炉上进行全天24小时的生产，重点取其对应的07年5月23日8～16点的焦炭进行全面的分析和评价，其它时段(5月23日0～8点和16～24点)的焦炭由于可能会混有少量的常规生产焦炭，所以其测试结果仅供参考。所有的测试数据均以首钢质量监督检验站的数据为准。

    在试生产期间，考虑到首钢焦化厂的生产实际情况，直接使用七个备煤罐里的各大煤种按照此方案下料，不需严格按照方案里的某种单种煤配用。目的是采用与常规生产完全一致的煤料进行生产，以方便对比。试生产期间所用的各单种煤的分析结果见表5。

2．2．2  焦炭质量

    使用岩相配煤方案所产焦炭的质量情况详见表6。从表6中所显示的数据来看，岩相配煤方案焦炭的热态反应性较2007年5月16日的常规焦炭检验结果降低了1．3％，反应后强度提高4．2％，抗碎强度M40降低2%，但是M10指标改善了1％。综合这些数据，认为焦炭的强度改善相当明显。

    焦炭的抗碎强度M₄₀虽然较常规焦炭的降低2％，但是认为这并不表示焦炭质量的下降。因为，国内外权威机构的研究结果表明，M₄₀这一指标受入鼓焦炭块度的影响较大，而焦炭的耐磨强度M₁₀更能代表焦炭的真实强度，事实上，国内许多钢铁企业均认为M₁₀指标更关键、更能说明焦炭的质量。

    至于岩相配煤方案焦炭的M₄₀有所下降的主要原因在于焦炭的整体块度更加均匀化。从试验炭和常规炭的结果对比来看，试验焦炭的整体粒度更加均匀，其中>80mm粒级的焦炭比例较常规生产炭的有所下降。所以，可以想象，测试岩相配煤焦炭冷态强度时，其入鼓焦炭的平均粒度会有所下降，这将会导致其M₄₀指标数值的降低。另外，虽然焦炭的抗碎强度M₄₀表观值有所降低，但是焦炭的粒度分布更加均匀，这是有利于高炉生产操作的。

    此外，我们通过考察5月23日8～16时前后各一个班的焦炭质量情况，发现其质量的变化情况与生产炭逐渐过渡到完全岩相试验焦炭，然后又过渡到全部生产炭的实际情况基本一致，这从另外一个侧面说明上述检测数据和结果是真实、可靠的。

    当然，从试验数据来看，该方案的焦炭筛分结果中<25mm的焦炭比例略有提高，这可以说是其不足，但不属于致命影响，不影响对该方案的总体工业实验效果的评价。另外，由于岩相配煤方案生产期间，北京地区连续小雨，炉温受到一些影响，所以焦炭的块度和粒度分布可能受到一些不利的影响。

    至于焦炭中灰份和硫分的提高，认为是炼焦煤整体灰份有所提高所致。因为在岩相配煤方案生产应用期间，一炼焦仍旧使用原来配煤方案，两个焦炉使用的单种煤几乎完全相同，所以，在此期间一焦炉配煤和焦炭的灰份和硫分波动情况可以反映此间使用炼焦煤的灰份和硫分的变化趋势。

    表7中给出的是一焦炉焦炭灰份和硫分的变化情况。从表7中可以看出，一焦炉焦炭的灰份和硫分从5月22日开始持续增高，反映出入炉炼焦煤灰份和硫分的波动，此趋势与5月23日出炉的岩相配煤的焦炭灰份和硫分较5月22日正常生产焦炭的灰份和硫分的变化趋势完全相同。所以，可以排除岩相配煤方案本身会造成焦炭灰份和硫分升高的嫌疑。

2．2．3工业实验焦炭的显微结构组成分析

    为了进一步分析岩相配煤方案焦炭质量改善的原因，对实验焦炭和正常生产焦炭的岩相显微结构进行分析。结果见表8。

    从表8中可以看出，岩相配煤焦炭和实验炭的主要显微结构差别在于其中粒、粗粒、纤维、不完全纤维结构含量的差异。

    依据我们研究的首钢焦炭中各种显微结构在未加碱情况下的反应顺序：

    各向同性=纤维结构>粗粒结构=片状结构>惰性结构>细粒结构

    可以得知生产炭的强度指标较差的原因在于：其显微结构组成中的纤维、不完全纤维结构含量较多，所以其热态性能较差；中粒和粗粒结构较少，所以其冷态性能，尤其是耐磨性能较差。而岩相配煤方案焦炭质量改善的原因，恰恰在于配煤结构的变化改善了焦炭中这些不良组分的含量。两种焦炭显微结构上的这些差别导致了焦炭质量指标的明显差异。

2．2．4对推焦电流的影响

    应用岩相配煤的方案进行生产，主要涉及对焦炉操作，诸如推焦电流等的影响。至于焦炉的其他操作过程均完全按照正常的生产操作程序进行，完全不受影响，所以对其影响可以忽略不计。所以，在考察该方案对焦化生产的影响时，主要考虑对焦炉推焦电流的影响。

    从获得的数据来看，采用该方案后，焦炉各炭化室的推焦电流变化不大，认为基本上没有明显的影响。

2．2．5配煤成本的变化

    按照表1中岩相配煤方案和常规的生产配煤方案，考虑各种炼焦煤的实际价格，计算采用该方案后炼焦配煤的生产成本，经计算可以得知炼焦配煤的成本约提高1．6l元／吨。但是，考虑到所产焦炭质量的显著提高，炼铁生产焦比会有所下降，高炉操作指标会有所改善。这些炼焦配煤成本的提高，完全可以通过高炉操作指标的改善和焦比的降低来抵消，炼铁生产的总体经济效益将会是节约的。

3     结论

    通过首钢焦化厂岩相配煤方案的实际生产应用效果来看，焦炭的质量有明显改善，具体表现在：焦炭的冷态耐磨强度改善1％，焦炭的热态反应性较2007年5月16日的常规焦炭检验结果降低了1．3％，反应后强度提高近4．2％。焦炭的抗碎强度虽然有所降低，但是不说明焦炭强度的降低，焦炭的灰份和硫分基本不变化。同时，该方案的使用对焦炉操作基本上没有不良的影响。所以岩相配煤方案在首钢焦化厂的应用是成功的!通过分析各种炼焦煤资源的情况，认为除鹤岗煤外，各种炼焦煤资源的供应量基本上能够满足。至于鹤岗煤，需要供应公司进一步做工作，保证该煤种的供应量达到要求，但由于其使用量仅增加1%(占鹤岗煤使用量的1／8)，认为经过努力可以达到。鉴于以上情况，建议该配煤方案作为2008年的炼焦生产基础方案。