CN108664450A - 一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法，包括：1)确定炼焦配合煤条件；2)建立回归方程Y＝b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃，并进行回归方程显著性检验；2)根据生产要求确定阀值Y₀；3)测定炼焦用配合煤的灰分含量、灰分中Na₂O含量和K₂O的含量，分别代入回归方程，计算出Y值；4)当Y≥Y₀，认为配煤灰分及碱金属含量对焦炭质量影响在可控范围内；当Y＜Y₀，认为该配煤方案不能满足生产需求，需调整高钾、钠煤配比，直至计算Y值≥阀值Y₀。本发明在满足大型高炉生产用焦需求的同时，有效提高高钾、钠煤的配入比例，降低炼焦生产成本，填补了高钾、钠煤在冶金焦应用技术领域存在的空白。

Description

一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法

技术领域

本发明涉及冶金焦生产中的配煤技术领域，特别是涉及到一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法。

背景技术

焦炭是高炉必不可少的原燃料，焦炭在高炉中作为还原剂并提供热量，起到料柱骨架的作用。近年来，炼焦用优质原料焦煤的供应日趋紧张，同时钢铁行业对原料成本的压力，促使各焦化企业都在积极寻找其他廉价煤种来取代价格较高的炼焦煤。

煤中的钾、钠在高温环境下会加速焦炭的碳熔反应，以钾为例，其化学反应式如下：K₂CO₃+2C—2K+3CO，2K+CO₂—K₂O+CO，K₂O+CO₂—K₂CO₃。钾、钠能破坏碳原子间的网状结构，降低焦炭的熔损反应开始温度，劣化焦炭的质量。煤中的钾、钠随焦炭进入高炉后，高温环境下会发生固相反应，生成低熔点的化合物，从焦炭的内部软化，与焦炭中层片排列有序化程度较高的结构形成层间化合物，使层间距离增大，体积膨胀，迅速降低和破坏焦炭的热态强度和结构，进而阻碍高炉的透气性，降低高炉运行的稳定性。钾、钠还容易在高炉中循环富集，侵蚀破坏高炉炉衬，造成高炉内部结瘤，阻碍炉料的传质、传热及炉料的顺利下降，使炉况不顺。

高钾、钠煤在澳大利亚、印度尼西亚、我国部分地区都有一定的储量，且价格低廉。目前，由于钾、钠对焦炭和高炉存在诸多的负面影响，高钾、钠煤主要应用于锅炉燃烧领域，应用于配煤炼焦领域较少。

利用现有配煤技术结合灰成分分析技术，在保证冶金焦炭质量前提下，可有效利用高钾、钠煤，从而实现充分利用廉价煤种炼焦。

专利号为CN 104312609 A的发明专利公开了一种“控制炼焦煤碱度指数的配煤方法”，通过对炼焦煤的煤化度、焦炭光学组织结构和碱度指数进行分类，通过控制配合煤的煤化度、焦炭光学组织结构和碱度指数来评价煤质。但是，该专利中没有明确碱度指数的计算依据，根据其他参考资料显示，碱度指数MBI＝(Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+CaO)/(SiO₂+Al₂O₃)。其次，碱度指数是个比值，只能定性，不能定量，不能明显地体现出钾、钠的实际含量。因此，利用碱度指数作为分类指标，弱化了钾、钠含量对焦炭劣化、高炉操作的影响；因为，在碱度指数的计算过程中，其他碱性物质的含量是钾、钠的几倍，而在高炉操作中，钾、钠对焦炭的劣化作用明显、对高炉操作的影响较大，而其他碱性物质对焦炭劣化作用、高炉操作的影响要弱得多。该专利包括碱度指数在内的几个指标对煤进行分类，根据不同类别，要求不同的碱度指数，操作较为复杂，而且分类是人为指定的，另外，该专利中未提及应用高碱度指数煤对焦炭质量的影响，未进行预测，未与高炉应用相联系，因此，具有很大的主观性，不利于推广应用。

文献“在碱金属催化作用下煤焦与CO2的气化反应”[动力工程，2006年第1期]中，明确提出钾对焦炭质量的影响，但未提及配煤中如何应用高钾炼焦煤，更未涉及到对焦炭质量进行预测。

总之，在配煤方案合理的情况下，应用高钾、钠煤生产焦炭，煤中灰分含量、钾、钠含量是影响焦炭质量的主要因素。因此，有必要在应用高钾、钠煤时，提前对焦炭质量进行预测，以便在将其应用于高炉之前做好应对措施，以保证高炉操作的顺行。

发明内容

本发明提供了一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法，以焦炭热态强度指标为目标函数，以配合煤的灰分含量、灰分中Na₂O和K₂O的含量为影响因素进行回归分析，预测焦炭质量并判断高钾、钠煤的配入比例是否合适；从而在满足大型高炉生产用焦需求的同时，有效提高高钾、钠煤的配入比例，降低炼焦生产成本，填补了高钾、钠煤在冶金焦应用技术领域存在的空白。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法，包括如下步骤：

1)炼焦配合煤条件：配合煤灰分中K₂O含量≥1.0％，Na₂O含量≥0.5％，配合煤镜质组反射率在0.8％～1.5％范围内连续分布；配合煤挥发分为20.0％～30.0％，黏结指数为70～95，焦质层厚度值12～25mm；

2)回归方程为Y＝b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃；

其中：Y为焦炭热态强度指标，％；

X₁为配合煤的灰分含量，％；

X₂为灰分中的K₂O的含量，％；

X₃为灰分中Na₂O含量，％；

b₀、b₁、b₂、b₃为常数；

设：灰分含量序列X_1i＝{X₁₁，X₁₂，X₁₃……X_1i，X_1i+1}

Na₂O含量序列X_2i＝{X₂₁，X₂₂，X₂₃……X_2i，X_2i+1}

K₂O含量序列X_3i＝{X₃₁，X₃₂，X₃₃……X_3i，X_3i+1}

将灰分含量序列、Na₂O含量序列、K₂O含量序列带入回归方程进行回归分析，计算出各常数项，建立回归方程，并进行回归方程显著性检验；

2)根据生产要求确定阀值Y₀；

3)测定炼焦用配合煤的灰分含量、灰分中Na₂O含量和K₂O的含量，将以上数据分别代入回归方程，计算出Y值；

4)进行判断：

当Y≥Y₀，认为配煤灰分及碱金属含量对焦炭质量影响在可控范围内；

当Y＜Y₀，认为该配煤方案不能满足生产需求，需调整高钾、钠煤配比，直至计算Y值≥阀值Y₀。

所述煤灰含量按GB/T 212-2008标准进行测定，灰分中的Na₂O含量和K₂O含量利用原子吸收光谱仪进行分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)针对现行配煤技术中大量使用炼焦煤与我国炼焦煤储量结构之间的矛盾和各企业较高配煤成本的实际问题，建立一种利用高钾、钠煤的炼焦煤配入方法，并进行焦炭质量预测；

2)在满足大型高炉生产用焦需求的同时，可有效提高高钾、钠煤的配入比例，降低炼焦生产成本，提前为高炉的顺行做好准备；

3)在保证焦炭质量及高炉顺行情况下，扩大了炼焦用煤的选择范围，打破了高钾、钠煤的应用瓶颈，填补高钾、钠煤在冶金焦应用技术领域存在的空白；

4)操作简单，易于实现。

具体实施方式

本发明所述一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法，包括如下步骤：

1)炼焦配合煤条件：配合煤灰分中K₂O含量≥1.0％，Na₂O含量≥0.5％，配合煤镜质组反射率在0.8％～1.5％范围内连续分布；配合煤挥发分为20.0％～30.0％，黏结指数为70～95，焦质层厚度值12～25mm；

2)回归方程为Y＝b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃；

其中：Y为焦炭热态强度指标，％；

X₁为配合煤的灰分含量，％；

X₂为灰分中的K₂O的含量，％；

X₃为灰分中Na₂O含量，％；

b₀、b₁、b₂、b₃为常数；

设：灰分含量序列X_1i＝{X₁₁，X₁₂，X₁₃……X_1i，X_1i+1}

Na₂O含量序列X_2i＝{X₂₁，X₂₂，X₂₃……X_2i，X_2i+1}

K₂O含量序列X_3i＝{X₃₁，X₃₂，X₃₃……X_3i，X_3i+1}

将灰分含量序列、Na₂O含量序列、K₂O含量序列带入回归方程进行回归分析，计算出各常数项，建立回归方程，并进行回归方程显著性检验；

2)根据生产要求确定阀值Y₀；

3)测定炼焦用配合煤的灰分含量、灰分中Na₂O含量和K₂O的含量，将以上数据分别代入回归方程，计算出Y值；

4)进行判断：

当Y≥Y₀，认为配煤灰分及碱金属含量对焦炭质量影响在可控范围内；

当Y＜Y₀，认为该配煤方案不能满足生产需求，需调整高钾、钠煤配比，直至计算Y值≥阀值Y₀。

所述煤灰含量按GB/T 212-2008标准进行测定，灰分中的Na₂O含量和K₂O含量利用原子吸收光谱仪进行分析。

本发明的原理是在实际应用中根据本单位对焦炭热强度指标的要求设置阀值，当回归值大于等于阀值，认为配煤灰分及钾、钠含量对焦炭质量影响在可控范围内，当回归值小于阀值，系统报警，认为该配煤方案不能满足生产需求，需调整高钾、钠煤的配比。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

[实施例]

本实施例以某厂7米焦炉及所对应的3200m³高炉为例。

1)高钾、钠煤的配比为20％，K₂O含量和Na₂O的含量分别为1.5％和0.7％，各配煤方案中配合煤灰分中K₂O含量均≥1.0％，Na₂O含量均≥0.5％；

2)焦炉所用配合煤镜质组反射率在0.8％～1.5％内连续分布；

3)配合煤挥发分在24.0％～30.0％之间，黏结指数在70～95之间，焦质层厚度值12mm～25mm；具体数值如表1所示：

表1 配合煤方案相关指标数据表

4)回归方程为Y＝b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃，

其中，Y是焦炭热态强度指标，％；

X₁、X₂、X₃分别配合煤的灰分含量、灰分中Na₂O和K₂O的含量，％；

按GB/T 212-2008测定煤灰含量，利用原子吸收光谱仪分析Na₂O和K₂O含量；

b₀、b₁、b₂、b₃为常数；

5)配合煤灰分含量序列X_1i＝{X₁₁，X₁₂，X₁₃……X_1i，X_1i+1}

Na₂O含量序列X_2i＝{X₂₁，X₂₂，X₂₃……X_2i，X_2i+1}

K₂O含量序列X_3i＝{X₃₁，X₃₂，X₃₃……X_3i，X_3i+1}

本实施例中i为59；

6)将灰分含量序列、Na₂O含量序列、K₂O含量序列带入回归方程进行回归分析，计算出各常数项，建立回归方程；

本实施例中各常数项b₀、b₁、b₂、b₃分别为：187.42、-9.07、-2.01、-15.77。

采用F检验法对所建立的多元线性回归方程进行显著性检验，F值为39.19，在给定的显著性水平0.01下，查表F_0.01＝12.06，则所建立的回归方程具有十分显著性。

7)根据生产要求确定阀值Y₀，本例中的阀值Y₀为55.0％；

8)对影响因素进行回归分析，预测焦炭质量、判断高钾、钠煤的配入比例是否合适。

本发明提出的配煤方案在某厂焦炉、高炉中实施后，未出现因焦炭质量问题而使高炉不顺的情况，取得了较好的应用效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)炼焦配合煤条件：配合煤灰分中K₂O含量≥1.0％，Na₂O含量≥0.5％，配合煤镜质组反射率在0.8％～1.5％范围内连续分布；配合煤挥发分为20.0％～30.0％，黏结指数为70～95，焦质层厚度值12～25mm；

2)回归方程为Y＝b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃；

其中：Y为焦炭热态强度指标，％；

X₁为配合煤的灰分含量，％；

X₂为灰分中的K₂O的含量，％；

X₃为灰分中Na₂O含量，％；

b₀、b₁、b₂、b₃为常数；

设：灰分含量序列X_1i＝{X₁₁，X₁₂，X₁₃……X_1i，X_1i+1}

Na₂O含量序列X_2i＝{X₂₁，X₂₂，X₂₃……X_2i，X_2i+1}

K₂O含量序列X_3i＝{X₃₁，X₃₂，X₃₃……X_3i，X_3i+1}

将灰分含量序列、Na₂O含量序列、K₂O含量序列带入回归方程进行回归分析，计算出各常数项，建立回归方程，并进行回归方程显著性检验；

2)根据生产要求确定阀值Y₀；

3)测定炼焦用配合煤的灰分含量、灰分中Na₂O含量和K₂O的含量，将以上数据分别代入回归方程，计算出Y值；

4)进行判断：

当Y≥Y₀，认为配煤灰分及碱金属含量对焦炭质量影响在可控范围内；

当Y＜Y₀，认为该配煤方案不能满足生产需求，需调整高钾、钠煤配比，直至计算Y值≥阀值Y₀。

2.根据权利要求1所述的一种基于煤灰高钾、钠含量的焦炭质量预报方法，其特征在于，所述煤灰含量按GB/T 212-2008标准进行测定，灰分中的Na₂O含量和K₂O含量利用原子吸收光谱仪进行分析。