鞍钢鲅鱼圈煤岩配煤技术的开发与应用

庞克亮 ，王明国，赵恒波，刘冬杰

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007；3.鞍钢集团化工事业部，辽宁 鞍山 114021）

在近一个世纪里煤化学经历了鼎盛发展阶 段，焦化配煤炼焦技术随着煤化学学科的发展不断更新进步，然而，目前我国大多数企业的配煤技术仍是采用前苏联的“以焦、肥煤为主，气、肥、焦按一定比例配合”的配煤方式。

目前，国内市场上出售的单种煤的混煤现象严重，应用混煤在配煤中起不到其应有的作用，煤岩配煤技术可及时发现用传统煤质分析方法无法判断来煤为混煤的情况［1］。因此，仍依靠传统的气、肥、焦、瘦各单种煤配比的思想针对目前的所谓的单种煤进行配煤，所得到的配比将失真，也不能满足大高炉对优质焦炭的需求。

各焦化企业所处的不同地域特点，决定了其炼焦用煤结构的不同，因此，各单位的煤岩配煤技术不可简单借鉴。针对鞍钢鲅鱼圈所处中国东北部港口的独特地理位置特点，鞍钢开展了煤岩配煤炼焦技术研究，根据进口炼焦煤价格相对低廉的具体情况，开展以进口炼焦煤为主、国产劣质炼焦煤为辅的低成本煤岩配煤技术研究，在满足大型高炉用焦质量要求的前提下，不断优化配煤方案，逐步提高焦炭质量、降低炼焦原材料采购成本。该技术的应用对企业实现降本增效具有重大作用，可以显著提升企业在国内外的竞争力。

1 煤岩检测设备及配煤方法的建立

1.1 煤岩检测设备

利用德国蔡司HD型全自动煤岩分析仪对粉煤光片的镜质组反射率进行测定。炼焦用煤的其他煤化指标均按相应的国标进行测定。镜质组反射率分布图上的横坐标是随机反射率用Rran表示，单位：%；纵坐标是频率：f，单位：%，其代表了反射率间隔0.1%时，各间隔内出现的测量点数。

1.2 煤岩配煤方法的建立

煤岩配煤方法建立步骤如下：

步骤1：对采用的炼焦用煤煤质进行镜质组平均最大反射率指标测定，并结合各煤质的常规分析指标建立炼焦用煤煤质数据库。

步骤2：根据炼焦用单种煤的镜质组平均最大反射率范围在0.5%～2.5%之间，以0.5%～2.5%作为炼焦用煤镜质组平均最大反射率范围，将该范围细分为 8个区段，即：0.50%～0.65%；0.65%～0.80%；0.8%～0.9%；0.9%～1.2%；1.2%～1.5%；1.5%～1.7%；1.7%～1.9%和1.9%～2.5%；从煤质数据库中提取所需各煤种镜质组反射率分布图、镜质组平均最大反射率的数据，要求镜质组平均最大反射率在0.8%～1.9%所包含的各小范围内必须有至少一种单种煤；然后，根据各煤种的配比，将各煤种的镜质组反射率分布图进行叠加，形成一组幅度更宽的炼焦用煤镜质组反射率分布图，根据正态分布的标准偏差，要求正态分布的标准方差大于 0.2；再根据所得的正态分布图形，确定最接近正态分布的镜质组反射率分布，从而得出炼焦用煤所需的各煤种及最佳配煤比，将其作为最佳配煤方案。

步骤3：通过测定混煤镜质组反射率分布，确定试验焦炉用煤的配煤方案。在上述步骤2确定的理论配煤的煤种及其配比基础上，采用三维机械混煤方式进行各煤种的混配；对混配后的炼焦用煤进行煤岩分析，测定其镜质组反射率分布。

如果炼焦用煤的镜质组反射率分布出现凹口，则需要在煤质数据库中寻找镜质组最大反射率在此凹口处的煤种，并重新进行上述步骤，直到炼焦用煤的镜质组反射率分布不出现凹口，而呈近似正态分布，则可将此时的配煤方案作为试验焦炉配煤方案。

步骤4：通过测定试验焦炉用煤镜质组反射率分布，确定工业生产用煤配煤方案。根据步骤3所确定的配煤方案，按比例制成炼焦用煤，以备进行试验焦炉试验，考察所得焦炭的冷态、热态强度指标，并进行该炼焦用煤样的镜质组反射率分布测定。

如果焦炭强度指标达到生产要求、且镜质组反射率分布测定结果无凹口，则可将此时的配煤方案作为现场配煤方案；如果焦炭强度指标达不到生产要求，且镜质组反射率分布测定结果出现凹口，则需要在煤质数据库中寻找镜质组最大反射率在此凹口处的煤种，并重复步骤2～4。具体煤岩配煤条件如图1所示。

2 煤岩配煤技术在生产中的应用情况

2.1 鞍钢鲅鱼圈炼焦生产配煤方案的确定

按照上述煤岩配煤的具体方法，进行了理论配煤方案的制定，仅2013年一年，为实际生产提供了82组理论配煤基础数据。

实际生产中结合来煤情况、煤仓储量，并根据煤岩配煤方案制定了具体的炼焦生产配煤方案。仅以2013年开展的煤岩配煤技术为例，鞍钢鲅鱼圈炼焦生产共经历了38次的配煤方案调整。

鞍钢鲅鱼圈2013年的38次配煤方案实施结果的用煤特点如下：

（1）炼焦生产所应用的1/3焦煤主要以鹤岗和东部湾煤为主，黑水和格瑞高煤为辅的用煤情况。

（2）炼焦生产所应用的肥一煤种主要以中硫乌达和高硫乌达煤为主，同时，考察了林盛堡和临涣煤作为肥一煤种的使用情况。由于具有价格优势的高硫乌达煤已接近枯竭，中硫乌达煤在鞍钢鲅鱼圈低成本炼焦生产中发挥着重要作用。

（3）肥二煤种则绝大多数采用的是巨野煤，巨野煤为单一煤层煤，且具有较好的黏结性。

（4）使用较多的焦一煤种为OK和兑镇煤，其次是莫拉北和萨阿吉煤，并考查了临涣、宏泰、孝南煤的使用情况。其中，OK、兑镇、萨阿吉的结焦性均较好，莫拉北偏肥、黏结性较好。在生产实际应用中，这几种焦一煤种起到了很好的作用，因此被作为主焦煤应用在配煤中。另外，如果莫拉北煤能按肥煤进行采购，将更利于配煤成本的降低。

（5）炼焦生产所应用的焦二煤主要以天源、安娜和南OK煤为主，少量应用了浩通、文博和布坎南煤。天源和安娜煤为混煤，南OK偏肥、布坎南偏瘦。

（6）瘦煤主要以张台子瘦煤为主，部分应用了K10、白壁关。

鞍钢鲅鱼圈通过煤岩配煤技术，使目前所用煤种达到近50个，并且从进口单一煤种发展到近20个煤种。

2.2 鞍钢鲅鱼圈配煤方案的煤岩分析结果

鞍钢鲅鱼圈炼焦用煤配煤方案的确立是以煤岩配煤的理论方案为基础的，2013年的38次配煤方案的理论配煤方案煤岩特征分布如图2所示。

从图2中可以看出：

（1）每一次配煤方案炼焦用煤镜质组随机反射率均呈现出较好的正态分布特征，炼焦用煤镜质组反射率主要分布在0.9%～1.5%之间、即肥煤和焦煤所在区域，镜质组平均反射率Re值分布在1.193%～1.315%之间，38次配煤方案中炼焦用煤镜质组平均反射率的平均值为1.256%；

（2）38次配煤方案中炼焦用煤镜质组反射率测定的频度最大值处的镜质组最大反射率Rmax数值在1.270%～1.400%范围内，平均值为1.336%。但值得注意的是，这38次配煤方案炼焦用煤镜质组最大反射率集中分布在两个范围内，即图上所显示出的两个峰。其中27次炼焦用煤的Rmax出现在肥、焦煤煤岩分界点1.2%处的左侧，11次出现在右侧，从详细的数据分析中得知，出现在1.2%左侧的27次配煤方案，绝大多数是在这38次配煤方案的前期，而出现在1.2%右侧的11次配煤方案绝大多数是在2013年的下半年。这表明，正是应用了煤岩配煤炼焦技术，使鞍钢鲅鱼圈炼焦用煤从以肥煤为主的向以焦煤为主转变。从我国炼焦煤资源来看，几种炼焦用煤中的肥煤资源量最少，因此，煤岩配煤方案在鞍钢鲅鱼圈的应用起到了保护稀有炼焦煤资源的重要意义。

2.3 研究成果在现场实施中的应用情况

图3、图4分别为2013年应用煤岩配煤技术进行38次配煤方案调整所得焦炭的冷态强度和热态强度指标。从图中可以看出，鞍钢鲅鱼圈炼焦部在使用低价煤、高硫煤实现低成本炼焦的基础上，焦炭质量仍明显提高。2013年，焦炭的冷态强度M40的最好值为90.00%，M10的最好值为5.64%，焦炭的热态强度CRI的最好值仅为21.30%，CSR的最好值高达68.50%。

由于2012年下半年开始应用煤岩配煤技术，因此将应用煤岩配煤的2013年与未应用煤岩配煤的2011年全年各指标的平均值进行对比，具体数值见表1所示。从表1中可以看出，无论是焦炭的冷态强度指标（M40，M10），还是热态指标均上了一个新台阶。

表1 煤岩配煤技术对焦炭各指标年平均值的影响 %

通过煤岩配煤技术的开发及应用，使鞍钢鲅鱼圈炼焦部炼焦用洗精煤原材料采购成本节约超过亿元；同时，在降低成本的基础上，焦炭质量明显提高，完全能够满足大高炉用焦炭的需要，为炼铁厂高炉焦比的降低做出了巨大的贡献，为煤岩配煤在全公司的应用推广奠定了理论与实际应用基础，为进一步开展煤岩配煤研究提供了实际保障。

2.4 研究成果取得的经济效益及重要意义

仅以2013年为例，鞍钢对鲅鱼圈炼焦用煤采购成本的各月计划的累计额为41.104 2亿万元，而实际采购成本为33.378 8亿万元，比计划少用了约7.700 0亿万元。经鞍钢鲅鱼圈分公司炼焦部和财务部共同认证，煤岩配煤技术在年度降本增效过程中发挥了巨大的作用，降本额达22406万元，实现吨焦生产成本降约100元。

根据鞍钢鲅鱼圈分公司特有的区域地理位置，针对进口炼焦煤价格相对低廉的具体情况，通过本研究，鞍钢鲅鱼圈所用炼焦煤煤种发生了巨大的变化，从研究之初的简单几个煤种发展到目前的近50个煤种；从以国内优质炼焦煤为主发展成以进口低价煤为主和以国内低价劣质煤为辅的配煤结构；从进口单一煤种发展到近20个煤种；从主焦煤配有进口煤种到全部煤种均配有进口煤的局面，大大扩展了炼焦洗煤资源。该技术的应用对企业具有较大经济效益的同时，还具有明显的社会效益，可以保护有限的优质炼焦煤资源。

3 结论

鞍钢鲅鱼圈通过煤岩配煤技术的应用，取得了如下成果：

（1）开发了适合鞍钢鲅鱼圈的煤岩配煤方法；

（2）鞍钢鲅鱼圈目前所用煤种达到近50个，并从单一进口煤种发展到近20个进口煤种，使鞍钢鲅鱼圈炼焦用煤从以肥煤为主向以焦煤为主转变；

（3）配煤结构从以国内优质炼焦煤为主向以进口低价煤为主、国产劣质煤为辅的配煤结构转变。

（4）应用煤岩配煤的2013年与未应用煤岩配煤的2011年全年各指标平均值相比：M40从88.11%提高到88.87%，M10从6.75%降到6.38%，反应性从27.36%降到24.95%，反应后强度从62.20%增长到65.37%。

（5）该技术的应用对企业具有较大经济效益的同时，还具有明显的社会效益，可以保护有限的优质炼焦煤资源。

［1］ 周师庸.应用煤岩学［M］.北京：冶金工业出版社.1985.