CN102994129B - 一种掺配气煤的炼焦混配煤及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掺配气煤的炼焦混配煤及其配制方法，该混配煤是由如下原料煤种破碎后所得，所述原料煤种的重量百分比Wt％如下：45号气煤7-20，肥煤7-22，1/3焦煤5-20，焦煤30-55，瘦煤5-12；所得混配煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55。本发明的掺配气煤的炼焦混配煤及其配制方法，可以在省略单独破碎、煤调湿、型煤、捣固等预处理工艺条件下，在炼焦混配煤中配入较高重量比的45号气煤，采用4.3米-6米高度的焦炉，即能以低成本生产出各项质量指标达到炉容二千-三千立方米高炉所需的焦炭。
Description
技术领域
本发明涉及冶金炼焦技术领域，更具体地说，本发明涉及一种冶金炼焦混配煤及其配制方法。
背景技术
目前，高炉大型化后对焦炭质量的要求越来越高，而钢铁企业利润微薄，甚至面临亏损，在科学利用低价气煤资源基础上，优化、提高焦炭质量，降低配煤成本的技术方向日益受到重视。
我国优质炼焦煤资源日益紧缺，价格越来越高，而气煤是国内资源最丰富，价格相对便宜的煤种，储量占到了炼焦煤总量的25％以上，其中“经济可采储量”约160亿吨，一般价格低廉，与此同时，气煤一般灰分较低，有利于降低焦炭灰分，而低灰分焦炭对炼铁生产有利，也有利于降低铁水成本。
在现行《中国煤炭分类》(GB/T5751-2009)对烟煤的分类中，气煤分为四个牌号类别，其中34号气煤是指可燃基挥发分28％～37％，G值50～65的炼焦煤，43号气煤是指可燃基挥发分＞37％，G值35～50的炼焦煤，44号气煤是指可燃基挥发分＞37％，G值50～65的炼焦煤，45号气煤是指可燃基挥发分＞37％，G值＞65的炼焦煤。
可燃基挥发分对煤炭特性的表征作用最为显著，是表征烟煤的煤化程度的指标，挥发分越高，则煤化程度越低。从《中国煤炭分类》(GB/T5751-2009)可以看出，34号气煤属于挥发分最低、煤化程度最好的气煤，对成焦的影响相对较小。45号气煤相对34号气煤而言，主要难点在于挥发分太高。而国内一般认为气煤属于惰性组分较多或粘结性较差的煤，必须细粉碎，在没有采取细粉碎等预处理工艺措施前，不能大量用于配煤炼焦，否则焦炭质量将严重劣化。
目前，已有CN101081988B“一种气煤参与的炼焦配煤方法”的文件公开了在没有单独破碎、煤调湿工艺、型煤、捣固工艺等条件下配气煤，但该方法针对的是“第二类气煤：可燃基挥发分28％～37％，G值50～65的炼焦煤”，即现行国标分类的34号气煤。
还有CN101706406B“一种参与炼焦配煤的细粉碎气煤最佳粒度的确定方法”的文件公开了一种对气煤的破碎粒度控制方法，但该公开文件中已明确说明“【0019】本发明方法使用于有分组破碎、气煤预破碎、选择性破碎等配煤工艺条件的焦化厂”。
总之，45号气煤虽然有挥发分太高的特点，但在当前钢铁市场利润普遍低迷的情况下，以获得满足2000m3、3200m3大高炉生产的焦炭质量为前提，科学利用45号气煤资源，降低配煤成本显得越来越重要。然而，长期以来，在没有对炼焦煤采用单独破碎、煤调湿、型煤、捣固等预处理工艺措施前，国内冶金焦化企业采用45号气煤炼焦配煤一般不会超过6％配量。按照常规配煤方法，挥发分太高直接导致成焦率下降，焦炭质量迅速劣化；为了提高挥发分太高气煤参与下混配煤的焦炭质量，国内冶金焦化企业普遍采用单独破碎、煤调湿、型煤、捣固等预处理工艺，但这些预处理工艺势必要提高焦炭成本。
发明内容
针对现有技术的上述缺点，本发明的目的是要提供一种掺配气煤的炼焦混配煤及其配制方法，其具有如下优点：可以在省略单独破碎、煤调湿、型煤、捣固等预处理工艺条件下，在炼焦混配煤中配入较高重量比的45号气煤，采用4.3米-6米高度的焦炉，即能以低成本生产出各项质量指标达到炉容二千-三千立方米高炉所需的焦炭。
为此，本发明的技术解决方案之一是一种掺配气煤的炼焦混配煤，该混配煤是由如下原料煤种破碎后所得，所述原料煤种的重量百分比Wt％如下：45号气煤7-20，肥煤7-22，1/3焦煤5-20，焦煤30-55，瘦煤5-12；所得混配煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55。
45号气煤焦炭中主要存在各向同性、惰性两种显微结构形式，而其均能导致焦炭强度劣化，从而导致人们普遍认为：45号气煤配煤炼焦所形成的焦炭会如其在混配煤结构中的占比一样增加焦炭中的同性、惰性两种结构，从而导致焦炭质量严重劣化。
本发明混配煤惰性结构分析：本发明人通过煤岩分析和焦炭显微结构分析，追踪45号气煤惰性结构在煤以及焦炭中的存在形式，其问发现：
炼焦配煤中，当45号气煤粉碎粒度过细时，同样比例的45号气煤需要吸收过多的流动性，有的能形成强度较好的结构，但大多数是强度不高的惰性结构与各向异性结构松散结合，反而导致整体质量下降；
45号气煤不破碎而粒度过粗时，大颗粒惰性结构形成裂纹中心，焦炭质量劣化；
45号气煤合理破碎时，胶质体与惰性结构之间的结合得到平衡，既没有消耗过多的流动性，又没有大的裂纹中心，此时焦炭质量是较好的。
本发明混配煤各向同性结构分析：本发明人通过煤岩分析和焦炭显微结构分析，追踪45号气煤各向同性结构在煤以及焦炭中的存在形式，其问发现：
45号气煤单独炼焦时形成各向同性结构的镜质组分，而在配煤炼焦时，其中一部分形成中间相小球体的胚核，通过不断吸收周围具有不同粘结性煤类提供的流动的母相长大成中间相小球体，不断成长、接触、融并、变形成了具有各种光学类型的焦炭组分，主要表现为细粒镶嵌结构增多，或出现粗粒、中粒结构中镶嵌细粒结构的各向异性结构。为此，炼焦配煤中，只要配合煤的流动性恰当、粉碎后粒度组成合理，45号气煤单独炼焦焦炭中的各向同性结构在配煤炼焦时赋存形式发生变化，表现为大幅度减少，不会导致焦炭质量严重劣化。
本发明人在上述45号气煤炼焦成焦机理方面独到性研究中发现：在炼焦混配煤中配入7％～20％重量比的45号气煤条件下，混配煤的流动性恰当、粉碎后粒度组成合理，且可在免除对45号气煤单独进行预破碎、细破碎、分组破碎等预处理工艺条件下，进而还免除煤调湿工艺、型煤工艺、捣固工艺等炼焦煤预处理工艺条件下，采用常规混配炼焦方法，阻止焦炭质量严重劣化；进而言之，即通过常规混配下的合理破碎，使混配煤中粒度保持在≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55范围，以致混配煤中胶质体与惰性结构之间的结合达到平衡，既没有消耗过多的流动性，又不会产生大的裂纹中心，而且，实践证明：这样的破碎方法同时就能够充分保证：混配煤中粒度≤3mm粒级的部分占全部混配煤的重量百分比Wt％为72-85这一混配基本要求；这样一来，焦化企业在常规的炼焦煤破碎设备上稍作调整，即可生产质量较好的混配煤；而本发明混配煤再通过4.3米焦炉或6米焦炉进行炼焦，即能制得符合GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》中几种常用容积高炉所规定质量的焦炭；换言之，本发明混配煤经6米焦炉炼焦生产的焦炭，其热强度(反应后强度)CSR≥62％、抗碎强度M40≥84％、耐磨强度M10≤7％、灰分Ad≤12.9％，本发明混配煤经4.3米焦炉炼焦生产的焦炭，其热强度(反应后强度)CSR≥61％、抗碎强度M40≥84％、耐磨强度M10≤7％、灰分Ad≤12.9％，从而以低成本实现常用高炉焦炭的质量目标，使本发明混配煤的上述研究结论得到了实验和工业生产的验证。
为配合组份改进，进一步提高本发明混配煤良好加工性能及质量性能，本发明混配煤还包括如下粒度组合改进：
所述混配煤中，粒度≤3mm粒级的部分占全部混配煤的重量百分比Wt％为72-85。
所述混配煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为30-55。
为从理化指标检测上进一步提高和保证本发明混配煤良好加工性能及后续产品质量性能，本发明混配煤还包括如下改进：
所述混配煤的吉氏流动度≥400DDPM，奥阿膨胀度即b值≥30％，粘结指数即G值≥80，灰分即Ad值≤9.7％。
相应地，本发明的另一技术解决方案是一种如上所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，是采用国内外的45号气煤作为原料之一，按照如下各原料煤种的重量百分比Wt％进行混配：45号气煤7-20，肥煤7-22，1/3焦煤5-20，焦煤30-55，瘦煤5-12，混配的同时或随后进行破碎操作，直至混配的煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55，即得所述炼焦混配煤。
本发明炼焦混配煤的配制方法，在本发明独到的机理研究基础上，配合混配煤独到的组份配方和粒度比例，在炼焦混配煤中配入7％～20％重量比的45号气煤条件下，进而以省略单独破碎、煤调湿、型煤、捣固等预处理工艺的低成本，确保采用4.3米焦炉或6米高度的焦炉，即能生产出各项质量指标达到炉容二千-三千立方米高炉所需的焦炭。
为进一步提高本发明方法在常规焦化企业中的广泛适应性和加工效率，本发明方法还包括对焦化企业常规破碎设备的如下优化调整：
所述破碎操作包括：把45号气煤与其它各煤种置于同一破碎装置中，根据掺配气煤的比率大小，相应地增大破碎的力度和/或转速。
所述破碎装置包括可调节数量、分布半径和/或转速的锤头，所述破碎操作包括：根据掺配气煤的比率大小，相应地增大锤头的数量、半径分布、转速其中之一或以上。
为从微观指标检测、理化指标检测上进一步提高和保证本发明方法的生产效率及后续产品质量性能，本发明方法还包括如下改进：
所述各原料煤种按照如下指标控制：所述45号气煤的镜质体平均最大反射率在0.65％-0.80％，标准偏差S≤0.15；所述1/3焦煤的镜质体平均最大反射率
在0.80％-1.15％，标准偏差S≤0.21；肥煤的的镜质体平均最大反射率
在0.90％-1.20％，标准偏差S≤0.20；焦煤的镜质体平均最大反射率
在1.10％-1.50％，标准偏差S≤0.28，Re在1.00％-1.40％之间的占比达到65％以上；瘦煤的镜质体平均最大反射率
在1.40％-1.90％，标准偏差S≤0.26；各原料煤种的灰分Ad≤11％。
所述配制方法包括检测并控制所述混配煤的指标如下：吉氏流动度≥400DDPM，奥阿膨胀度即b值≥30％，粘结指数即G值≥80，灰分即Ad值≤9.7％。
所述配制方法包括检测并控制所述混配煤中，粒度≤3mm粒级的部分占全部混配煤的重量百分比Wt％为72-85％，所述气煤的挥发份Vdaf＞37％，气煤的粘结指数即G值＞65。
总而言之：
本发明的社会效益：在于有效利用45号气煤资源，具有扩大炼焦煤资源，降低配煤成本，优化焦炭质量等特点；与此同时，本发明能减少炼焦煤预处理工艺投资，减少运行费用，避免预处理生产过程的粉尘排放。
本发明的经济效益：国内炼焦煤类中，45号气煤灰分较低，即使有灰分稍高的也是更廉价。大比例配入45号气煤，是降低焦炭灰分，满足大高炉生产的重要途径；与此同时，由于45号气煤储量大、廉价的特点，对降低冶金焦配煤成本极其有利，按照2011年度的炼焦煤价格计算，以焦炭产能180万吨的中等规模焦化厂计算，每年耗煤约230万吨，相比传统的配煤方法，仅采用4％的45号气煤每年就可降低配煤成本4025万元，10％的45号气煤每年可降低配煤成本8510万元，15％的45号气煤每年可降低配煤成本1.196亿元，20％的45号气煤每年可降低配煤成本近1.5亿元。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明以下所有实施例，均在煤的混配阶段、同时进行混合破碎，混合破碎过程中，控制混配煤中：粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55，和/或控制混配煤中：粒度≤3mm粒级的部分占全部混配煤的重量百分比Wt％为72-85。(注：本文件中所有符号及其单位均依据《中国煤炭分类》GB/T5751-2009及相应国标、部标文件规定)。
实施例1：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表1
| 编号 | 单种煤样 | G | Y | Vdaf | Ad | Rmax | 标准偏差S |
| 1 | 肥煤 | 93.0 | 25.2 | 32.1 | 10.5 | 1.15 | 0.128 |
| 2 | 印尼焦煤 | 98.0 | 19.5 | 28.2 | 6.05 | 1.30 | 0.082 |
| 3 | 焦煤1# | 88.0 | 17.3 | 25.6 | 10.3 | 1.323 | 0.24 |
| 4 | 焦煤2# | 85.0 | 14.5 | 24.3 | 10.2 | 1.376 | 0.168 |
| 5 | 1/3焦 | 87.0 | 17.2 | 31.5 | 10.4 | 0.895 | 0.086 |
| 6 | 瘦煤 | 30.0 | 5.0 | 17.5 | 10.0 | 1.821 | 0.192 |
| 7 | 45号气煤 | 75.0 | 12.0 | 37.3 | 7.5 | 0.742 | 0.08 |
原料煤比例：表2
混配煤参数：表3
6米焦炉产焦炭参数 表4
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表5
注：焦炭灰分或其中单一参数略超标时，高炉是可以用的，不过对焦比、炉况稍有影响，但可以通过其它较高的如强度CSR，M40指标来弥补，所以判断为合格(下同)。
实施例2：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表6
| 编号 | 单种煤样 | G | Y | Vdaf | Ad | Rmax | 标准偏差S |
| 1 | 肥煤 | 95.3 | 26.0 | 33.1 | 10.2 | 1.13 | 0.124 |
| 2 | 印尼焦煤 | 98.3 | 20 | 28.2 | 6.15 | 1.302 | 0.080 |
| 3 | 焦煤1# | 88.0 | 16.8 | 25.7 | 10.6 | 1.317 | 0.226 |
| 4 | 焦煤2# | 84.7 | 14.0 | 24.6 | 10.2 | 1.326 | 0.186 |
| 5 | 1/3焦 | 88.0 | 17.8 | 32.0 | 10.0 | 0.846 | 0.085 |
| 6 | 瘦煤 | 30.4 | 6.0 | 17.5 | 10.5 | 1.828 | 0.239 |
| 7 | 45号气煤 | 75.0 | 12.0 | 37.1 | 7.5 | 0.731 | 0.09 |
原料煤比例：表7
混配煤参数：表8
4.3米焦炉产焦炭参数：表9
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表10
实施例3：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表11
| 编号 | 单种煤样 | G | Y | Vdaf | Ad | Rmax | 标准偏差S |
| 1 | 肥煤 | 95.5 | 25.6 | 31.5 | 10.3 | 1.19 | 0.139 |
| 2 | 印尼焦煤 | 98.8 | 19.9 | 28 | 6.1 | 1.313 | 0.082 |
| 3 | 焦煤1# | 90.7 | 17.6 | 26.5 | 10.4 | 1.332 | 0.23 |
| 4 | 焦煤2# | 84.8 | 14.5 | 24.8 | 10.2 | 1.326 | 0.196 |
| 5 | 1/3焦 | 88.0 | 17.2 | 31.3 | 10.0 | 0.865 | 0.081 |
| 6 | 瘦煤 | 30.0 | 6.0 | 17.5 | 10.1 | 1.815 | 0.209 |
| 7 | 45号气煤 | 75.0 | 12.0 | 37.1 | 7.5 | 0.741 | 0.08 |
原料煤比例：表12
混配煤参数：表13
6米焦炉产焦炭参数：表14
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表15
实施例4：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表16
原料煤比例：表17
混配煤参数：表18
4.3米焦炉产焦炭参数：表19
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表20
实施例5：
各单种炼焦煤的性质分析如下：
表21
| 编号 | 单种煤样 | G | Y | Vdaf | Ad | Rmax | 标准偏差S |
| 1 | 肥煤 | 96.0 | 26.0 | 32.5 | 10.1 | 1.14 | 0.121 |
| 2 | 印尼焦煤 | 98.8 | 19.9 | 28 | 6.1 | 1.313 | 0.082 |
| 3 | 焦煤1# | 90.5 | 17.6 | 26.5 | 10.2 | 1.312 | 0.213 |
| 4 | 焦煤2# | 84.6 | 14.8 | 24.4 | 10.3 | 1.356 | 0.146 |
| 5 | 1/3焦 | 87.0 | 17.7 | 32.0 | 9.97 | 0.866 | 0.086 |
| 6 | 瘦煤 | 40.0 | 6.5 | 17.8 | 10.1 | 1.788 | 0.187 |
| 7 | 45号气煤 | 95.0 | 14.0 | 38.4 | 7.9 | 0.759 | 0.07 |
原料煤比例：表22
混配煤参数：表23
4.3米焦炉产焦炭参数：表24
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表25
实施例6：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表26
原料煤比例：表27
混配煤参数：表28
4.3米焦炉产焦炭参数：表29
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表30
6米焦炉产焦炭参数：表31
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表32
实施例7：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表33
原料煤比例：表34
混配煤参数：表35
4.3米焦炉产焦炭参数：表36
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表37
6米焦炉产焦炭参数：表38
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表39
实施例8：
各单种炼焦煤的性质分析如下：表40
原料煤比例：表41
混配煤参数：表42
6米焦炉产焦炭参数：表43
根据GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》不同容积高炉对焦炭质量的需求表的评价：表44
由上系列实施例可见：
本发明的45号气煤高配比参与炼焦配煤及其方法，经应用于常规冶金焦化行业的4.3米、6.0米高度的焦炉的炼焦生产，证明能以低成本制得质量无明显劣化的焦炭，按照GB50427-2008《高炉炼铁工艺设计规范》对焦炭质量的要求，可满足2000m3、3200m3高炉生产需要。
Claims (10)
1.一种掺配气煤的炼焦混配煤，该混配煤是由如下原料煤种破碎后所得，所述原料煤种的重量百分比Wt％如下：45号气煤7-20，肥煤7-22，1/3焦煤5-20，焦煤30-55，瘦煤5-12；所得混配煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55。
2.如权利要求1所述掺配气煤的炼焦混配煤，其特征在于：所述混配煤中，粒度≤3mm粒级的部分占全部混配煤的重量百分比Wt％为72-85。
3.如权利要求1所述掺配气煤的炼焦混配煤，其特征在于：所述混配煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为30-55。
4.如权利要求1所述掺配气煤的炼焦混配煤，其特征在于：所述混配煤的吉氏流动度≥400DDPM，奥阿膨胀度即b值≥30％，粘结指数即G值≥80，灰分即Ad值≤9.7％。
5.一种如权利要求1-4之一所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，是采用国内外的45号气煤作为原料之一，按照如下各原料煤种的重量百分比Wt％进行混配：45号气煤7-20，肥煤7-22，1/3焦煤5-20，焦煤30-55，瘦煤5-12，混配的同时或随后进行破碎操作，直至混配的煤中，粒度≥3mm粒级的45号气煤占全部气煤的重量百分比Wt％为≤55，即得所述炼焦混配煤。
6.如权利要求5所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，其特征在于：所述破碎操作包括：把45号气煤与其它各煤种置于同一破碎装置中，根据掺配气煤的比率大小，相应地增大破碎的力度和/或转速。
7.如权利要求6所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，其特征在于：所述破碎装置包括可调节数量、分布半径和/或转速的锤头，所述破碎操作包括：根据掺配气煤的比率大小，相应地增大锤头的数量、半径分布、转速其中之一或以上。
8.如权利要求5所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，其特征在于：所述各原料煤种按照如下指标控制：所述45号气煤的镜质体平均最大反射率
在0.65％-0.80％，标准偏差S≤0.15；所述1/3焦煤的镜质体平均最大反射率
在0.80％-1.15％，标准偏差S≤0.21；肥煤的镜质体平均最大反射率
在0.90％-1.20％，标准偏差S≤0.20；焦煤的镜质体平均最大反射率
在1.10％-1.50％，标准偏差S≤0.28，Re在1.00％-1.40％之间的占比达到65％以上；瘦煤的镜质体平均最大反射率
在1.40％-1.90％，标准偏差S≤0.26；各原料煤种的灰分Ad≤11％。
9.如权利要求5所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，其特征在于：所述配制方法包括检测并控制所述混配煤的指标如下：吉氏流动度≥400DDPM，奥阿膨胀度即b值≥30％，粘结指数即G值≥80，灰分即Ad值≤9.7％。
10.如权利要求5所述掺配气煤的炼焦混配煤的配制方法，其特征在于：所述配制方法包括检测并控制所述混配煤中，粒度≤3mm粒级的部分占全部混配煤的重量百分比Wt％为72-85，所述气煤的挥发份Vdaf＞37％，气煤的粘结指数即G值＞65。
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