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1 前言

高爐大型化、噴吹煤粉等技術的應用，使焦比大幅度下降，焦炭在高爐中停留時間加長，其料柱骨架作用更加突出，這對焦炭質量提出了更高的要求。增加煉焦配煤中優質煉焦煤的配入比例是提高焦炭質量的有效和通常做法。我國國民經濟的持續高速發展極大地拉動了鋼鐵生產的高速增長，因而強力帶動了煉焦生產的高速度發展，焦化行業連續數年快速發展，2006年焦炭產量達到29768萬噸，同比增長17．14％，機焦26279萬噸，同比增長19．44％，占88．28％，焦炭出口1450萬噸。焦炭產能的快速擴張導致煉焦煤供應緊張，煉焦煤價格大幅度升高，優質煉焦煤供應更加緊張。同時，由于焦炭產能過剩，焦炭價格低迷。焦化行業面臨著煤炭資源供應緊張和經濟效益低下的雙重壓力，如何合理利用煤炭資源，提高焦炭質量，降低生產成本，提高企業經濟效益，滿足鋼鐵工業持續發展是擺在焦化企業面前的緊迫任務，也是長期任務。

選擇合適的備煤工藝及煉焦新技術、以煤巖學理論和實踐為基礎，通過合理選擇原料煤、優化煉焦配煤，以期達到合理利用煤炭資源，降低主焦煤和肥煤的配入量，降低生產成本和提高焦炭質量，是焦化企業實現長期發展與資源利用相協調和提高企業經濟效益的重要途徑。

2 噴吹煤粉的大型高爐對焦炭質量的要求

隨著我國鋼鐵行業的發展，高爐大型化、噴吹煤粉技術和精料技術應用，使焦比大幅度下降，焦炭在高爐中停留時間加長，其料柱骨架作用更加突出，這要求焦炭的化學指標、冷態機械強度和熱態性能均應提高。尤其是反映熱態性能的反應性(CRI)、反應后強度(CSR)應達到較高指標，以彌補焦炭在高爐中停留時間延長帶來的碳溶反應加劇的問題。同時，對于大型高爐，可考慮適當加大入爐冶金焦的平均粒度，以抵消碳溶反應帶來的粒度減小，使高爐風口焦保持合適的粒度，確保高爐的透氣性。

我國鋼鐵企業眾多，高爐容積從數百立方米到四、五千立方米，高爐噴吹煤粉量從幾十千克到二百千克不等，對焦炭質量的要求不同。各鋼鐵企業應根據各自高爐實際設定焦炭質量指標，不宜盲目追求高的焦炭質量指標，以節省優質煉焦煤、降低生產成本。

我國幾家大型鋼鐵企業的大型高爐焦炭質量達到以下指標：Aad≤12．5、St,d≤0．7、M40≥82、M10≤7、CRI≤30、CSR≥57。有些企業的焦炭質量遠高于以上指標。

3 采用備煤新工藝新技術。穩定、提高焦炭質量

3．1 搗固煉焦技術

將煉焦煤料在爐外搗固成煤餅再裝爐煉焦，使裝爐煤堆積密度提高到950～1150kg／m3，一般可使焦炭機械強度M40提高1%～6％，M10降低2%～4%，反應后強度CSR提高1％～6％。搗固煉焦工藝可以多配氣煤、l／3焦煤、肥氣煤，合理利用我國煤炭資源。近年來，我國搗固煉焦技術得到了長足發展，炭化室高4．3米搗固焦爐已推廣應用，5．5米搗固焦爐也已成功用于生產。根據中國煉焦行業協會焦炭煤資源專業委員會的調研(見表l，表2)，搗固焦爐可以大量配用價格較低的氣煤、1／3焦煤、瘦煤，明顯降低了煉焦配煤成本，合理利用了煤炭資源，為企業帶來了明顯的經濟效益并產生了良好的社會效益。

3．2 配型煤煉焦技術

將煉焦裝爐煤的一部分從備煤系統切出配加粘結劑后壓制成型煤，再與其余散狀煤料混合裝爐煉焦，由于煤料堆積密度的提高和粘結劑對煤料的改質作用，可顯著改善焦炭質量。

中鋼集團鞍山熱能研究院與包鋼、鞍鋼合作進行的配型煤煉焦工業爐孔試驗表明，在型煤配比30％時，取得了可以多配入弱粘結煤8～12％，M40提高2～3％，M10改善0．5～1．0％的明顯效果。該工藝可提高焦炭質量和多配入弱粘結性煤，擴大煉焦煤資源。

寶鋼一期工程和三期工程從日本引進了配型煤技術，應用至今，型煤配人量15％～30％。

3．3 煤調濕工藝

煤調濕工藝是新日鐵于上個世紀80年代開發的技術。旨在降低裝爐煤水分，減少由于洗煤廠脫水工藝及氣候影響造成的裝爐煤水分波動。經煤調濕后，配煤水分控制在6％左右。用此工藝技術有助于提高焦炭質量(包括冷態強度和熱態強度)、增加焦爐生產能力、降低煉焦耗能、穩定焦爐操作、減少煉焦污水、延長焦爐壽命。其缺點是運煤過程易揚塵、炭化室易結石墨、焦油渣量增大。

如某廠采用煤調濕技術，煤的水分由11％左右降至6．5%，焦爐生產能力提高7～8％，焦爐加熱煤氣消耗減少500kJ／kg，剩余氨水減少30％，焦炭機械強度相應提高。

目前，日本煤調濕多采用干熄焦所產蒸汽直接加熱的工藝設備或用煙道氣直接流化干燥的流化床干燥器。我國也有多家單位在開發該項技術和相關設備并已取得明顯進展，建議相關單位加強合作、加大對該技術的開發力度，爭取該技術早日應用于生產。

3．4 配合煤選擇粉碎工藝

該工藝是先將配合煤送入流化床風選機內進行分級。細粒煤被風帶出作為產品，而比重大的、粒子粗的、灰份高的煤粒沉于床底，用刮板機運出進行兩次粉碎后再進入風選機風選，如此循環操作。由于該工藝將<3mm的細粒煤先從配合煤中分離出來，大顆粒煤進入粉碎機粉碎，降低了粉碎機的負荷節省了電力。比重大的、粒子粗的、灰份高的煤粒經過重復粉碎和風選也達到合理的粒度，使不同粒級煤料性質更接近，使裝爐煤的粒度分布和細度合理，提高了煤料堆密度，從而提高了焦爐產量，改善了焦炭質量。酒泉鋼鐵公司焦化廠引進俄羅斯風動選擇粉碎工藝技術，并已生產應用。該工藝提高焦爐生產能力2％，焦炭M40提高1．46％、M10改善0．5％。

風動選擇粉碎工藝對入選煤水分有嚴格控制要求，即必須小于9．0％。由于中國煉焦精煤中滲入煤泥，故水分偏高。特別是南方地區，因雨季長，水分就更大一些，難以達到要求。因此，該工藝的直接推廣受到了限制。

3．5 風選調濕工藝

中鋼集團鞍山熱能研究院根據國內外相關工藝技術研究開發的煉焦煤風動選擇粉碎和水分控制技術(簡稱風選調濕技術)，針對我國煉焦煤水分大的特點，采用流化床技術，利用焦爐煙道氣等代替空氣作為沸騰介質，將煤料風動選擇粉碎和水分控制結合為一體。其主要特點：(1)在煉焦配煤中可多用氣煤和1／3焦煤，少用焦煤和肥煤；(2)提高焦炭強度，改善焦炭質量；(3)可降低焦爐耗熱量5％，焦爐生產能力提高5～l0％；(4)投資少，回收期短，回收期約2～3年。

中鋼集團鞍山熱能研究院與本鋼合作建成了我國第一套處理能力為1000kg／h風選調濕試驗裝置。對鞍鋼、本鋼、寶鋼煉焦煤進行了風選調濕試驗，并進行了半工業性煉焦試驗，取得了提高焦炭質量等明顯效果：

(1)改善煉焦煤的粒度組成，各粒級煤質變化趨于均勻；

(2)裝爐煤堆積密度提高4．0％-6%；

(3)提高焦炭強度：M40提高0．5～2．5個百分點，M10改善0．5～1．5個百分點；

(4)焦炭反應性降低0．7～2．6個百分點，反應后強度提高0．2～2．4個百分點；

(5)在保持焦炭質量不變或略有提高的情況下，可多配用弱粘結性煤10～12％。

該項技術已獲得國家發明專利，擁有自主知識產權，已進入工業化應用推廣階段。

4 推廣干熄焦技術，提高焦炭質量

干熄焦是采用惰性循環氣體熄焦的技術，具有節能、環保和提高焦炭質量三大優點。

干熄焦與濕熄焦相比，焦炭的M40提高3％～8%，M10降低0．3%～1％，反應后強度CSR提高1％～6%。干熄焦炭用于高爐冶煉可以降低高爐焦比，提高高爐的生產能力，對于采用富氧噴吹煤粉的大型高爐效果更加顯著。國外文獻認為大型高爐采用干熄焦炭冶煉可降低焦比2％，提高高爐生產能力1％。日本采用干熄焦炭高爐焦比降低約20kg／t鐵。保持焦炭質量不變，采用干熄焦技術可降低資源緊張的焦煤和肥煤的配入量，合理利用煤炭資源，降低煉焦成本。

干熄焦可回收80%～83％的紅焦顯熱，平均1噸焦炭可回收3．9Mpa，450℃蒸汽0.5～0.59噸。對于100萬t／a焦化廠而言相當于減少了8～l0萬噸動力煤的消耗，從而減少了燃煤而產生的溫室氣體CO2及SO2的排放量，還減少了濕熄焦所產生的有害物和粉塵對大氣的污染。可見干熄焦技術還有節能、環保、減排的作用。

鞍山華泰干熄焦工程技術有限公司在國家產業政策的支持下，實現了干熄焦技術的國產化，使投資明顯下降，國內大中型鋼鐵企業建設熱情高漲，獨立焦化企業也已開始建設干熄焦項目進行溫室氣體減排交易。目前我國干熄焦產能已達4600萬噸，相對于30000萬噸的產能還有相當大的發展空間，國家應進一步在產業政策和稅收等方面出臺相應鼓勵政策和措施，促進干熄焦技術在焦化企業的廣泛應用，為我國溫室氣體減排、節約資源作出貢獻。

5 推動配煤技術進步，穩定、提高焦炭質量

近年來，通過增加優質煉焦煤的配用量，我國的焦炭質量有了明顯的提高一一焦炭的冷、熱態強度提高，灰分、硫分降低。但在原料煤配比選擇和焦炭質量控制上主要仍是延用多年來傳統的技術方式，仍根據生產經驗以揮發分(Vdaf)、膠質層厚度(y)及粘結指數(G)為主要控制指標開展配煤工作，配煤技術較多停留在定性的、經驗的階段。

隨著高爐冶煉技術的提高，要求焦炭質量——灰、硫、冷強度和熱強度穩定和提高。傳統的經驗配煤由于不能很好地實現從定性到定量的轉化，尤其是對熱強度的控制難以奏效，企業只好多配用優質煉焦煤來保證焦炭各項質量指標不低于目標值，使企業的配煤成本增加且浪費了寶貴的優質煉焦煤。采用煤巖學配煤是解決這一問題的有效方法。

5．1 采用煤巖配煤技術開展科學配煤

5．1．1 煤巖配煤技術的概念

煤巖配煤技術是根據煤巖學的原理，利用煤巖學的檢測方法和煤巖參數，指導煉焦原料煤管理、配合及其它煤焦工藝參數的調整，預測、控制焦炭質量，以達到穩定、提高焦炭質量、合理利用煤炭資源、降低生產成本的技術理論和技術方法。煤巖配煤的發展已經形成幾條公認的基本原理：

(1)煤是不均一的物質，煤是一種復雜的有機物質和無機物質的混合體。煤中有機物質的性質不同，在配煤中的作用不同。因此，可以說每種煤都是天然的配煤。根據煤在加熱過程中的變化，把煤的有機物質按其在加熱過程中能熔融并產生活性鍵的成分，視作有粘結性的活性成分;加熱不能熔融的、不產生活性鍵的為沒有粘結性的惰性成分。

(2)一種煤的活性成分的質量不是均一的，這可用反射率分布圖來說明。活性成分的質量差別可以很大，不但不同變質程度煤差別大，而且即使同一種煤，所含的活性成分的質量也可有相當的差別。如果以反射率表示一種單種煤中所含不同性質的活性成分(指鏡質組)的組成，則每一種煤的活性成分反射率圖都大體成正態分布。這使得煤鏡質組反射率分布成為鑒別混煤的唯一有效方法。

(3)惰性組分與活性成分一樣，同是配煤中不可缺少的成分，其含量的多少是決定配煤性質的又一重要指標。任何一種合理的煉焦配煤方案，都是不同質量不同數量的活性成分與適量惰性成分的組合。

(4)成焦過程中，不是煤粒相互熔融成均一焦炭的過程，而是通過煤粒間的界面反應、鍵合而連接成為焦塊。

5．1．2 煤巖學在煉焦煤采購和日常管理中的應用

(1)煤巖學在煉焦煤采購管理中的應用

目前，各焦化廠選擇供煤基地時，除考慮各煤種間相互的配合外，主要考慮其粘結性、揮發分、灰分、硫分的高低。而實際上，粘結性好壞、揮發分產率高低主要決定于煤變質程度和巖相組成，有時煤的還原程度也能引起粘結性異常。煤中灰分主要來自煤中礦物質，煤可選性大小取決于礦物質與有機組分之間不同的共生關系。另外，來自同一供煤基地的煤，由于產自不同煤層，其性質可以有非常顯著的差別。運用煤巖學手段，結合供煤點煤田地質特性，有利于找到煤種適宜、煤質穩定并可保障供應的供煤基地。

(2)煤巖學在煉焦煤日常管理中的應用

目前很多供煤廠家是汽車送煤或站臺發煤，其煤源本身就很復雜。同一廠家不同批次來煤，有時盡管常規檢測屬同一種煤，但煤巖特征差異較大，在配煤中所起的作用并不相同，把這樣的煤作為單種煤，對配煤煉焦質量會產生非常不利的影響。

對人廠原料煤進行顯微組分定量統計及鏡質組反射率測定，運用這兩個指標可以判別每次來煤是否穩定、正常。其中，鏡質組反射率直方圖可以非常直觀地反映出混煤現象，并可從圖中求出非正常煤的大致混入量；從顯微組分定量統計結果的變化也可以看出來煤煤源發生的變化。

5．1．3 煤巖學在煤場管理中的應用

由于焦炭產能的大幅度增加，煉焦煤供應緊張，一家焦化企業用幾十種煤的情況非常普遍。由于煤分類的局限性和煤的復雜性，再采用簡單的按煤分類牌號堆放煉焦煤的方法就會出現配煤比沒變，但焦炭質量明顯變化的現象，為確保煉鐵生產穩定，只能按焦炭質量下限進行生產，煉鐵焦比高，配煤成本高，煤資源利用不合理。解決的方法是：按照單種煤的鏡質組反射率基本一致，反射率分布圖圍成的面積絕大部分重疊，粘結性能和煉焦特性相近分類的原則進行堆放，就能使焦炭質量穩定，從而合理利用煤資源，降低了配煤成本

5．1．4 煤巖學在優化配煤中的應用

研究表明，配合煤中單種煤的煤種結構不同，最佳配煤的反射率分布圖的特征也不同。因此，應把配合煤反射率分布圖特征也作為控制配煤的一個指標。

具體做法：按配煤方案中各單種煤鏡質組反射率分布，通過加權平均得出配煤的反射率分布，并力求調整到理想的配合煤的反射率分布圖。應避免有明顯凹口的配合煤反射率分布圖出現，因為這樣可使配合煤在結焦過程中保證塑性狀態的良好銜接和合適的焦炭光學顯微組織組成的形成，保證焦炭在結焦過程中和形成焦炭的微觀結構得到優化。這種方法的應用使許多企業提高了配煤的水平，穩定了焦炭質量，減少了優質煉焦煤的配入量。

5．2 應用煤巖學進行焦炭質量預測

由于煤巖指標、數據眾多和處理的復雜性以及煤質與焦炭質量之間的非線性關系，采用傳統的經驗配煤、經驗公式和線性模型很難適應當前配煤工作的需要。采用人工神經網絡及遺傳算法結合計算機技術，通過采集大量配煤煉焦試驗數據，運用這些新型數據處理方法來建立焦炭質量預測模型是近年來煤巖配煤工作的主要特點。這種綜合了煤巖配煤理論、現代數學處理方法和計算機技術的配煤方法使配煤技術從經驗的和定性的階段進入科學的和數值化定量的新階段。由于煤巖指標的采用，使配煤水平和焦炭質量指標預測精度明顯提高，中鋼集團鞍山熱能研究院所做的研究工作證明了以上觀點，見表3、4、5、6．

5．3 建立配煤專家系統

信息技術、計算機技術和自動化技術使建立配煤專家系統成為可能。在建立了焦炭質量數值預測模型的基礎上結合專家經驗、煤焦數據庫、生產管理流程可以建立針對具體焦化廠的配煤專家系統。該系統包括：數據庫模塊、煤場管理模塊、焦炭質量預測模型模塊、配煤優化系統模塊四部分。

配煤專家系統的應用將煤資源、煤質指標、煤炭價格、焦炭質量要求、專家經驗、煤焦歷史數據等諸多因素相互關聯，采用現代數學方法進行數值預測和方案優化，達到少用優質焦、肥煤，合理利用煤炭資源，降低配煤成本，提高配煤技術水平、管理水平和自動化水平等目的。

配煤專家系統作為一種智能控制系統，充分吸收了焦化領域專家在配煤煉焦領域的知識與經驗，綜合了煤巖學應用領域中的預測焦炭質量、煤場單種煤的日常檢測及分類、配煤優化等功能。專家經驗、煤巖配煤理論和現代科技的緊密結合使配煤專家系統具有了強大的綜合性功能。中鋼集團鞍山熱能研究院長期從事此項目的研究工作，目前已開始為廣大焦化企業提供相關的技術服務。

5．4 重視煤灰成份對焦炭質量的影響

焦炭的機械強度和熱強度都與煤階、煤的粘結性及焦炭光學顯微組織、氣孔結構密切相關，焦炭的反應性和反應后強度還與煉焦煤中灰成分有很大關系。煤灰成分中的堿金屬、堿土金屬和金屬氧化物對焦炭與CO2反應具有明顯的催化作用，致使焦炭反應性增大、反應后強度下降。因此，焦化企業應將煤灰成分作為焦炭的反應性和反應后強度的預測參數，并作為煉焦煤日常采購、管理和配煤的控制指標。

6 拓展煉焦煤資源

6．1 充分利用國外優質煉焦煤資源

我國煉焦煤中優質焦煤和肥煤十分缺乏，開采和使用比例嚴重失調。為解決我國焦化企業長期穩定發展與煉焦煤資源供應的協調問題，東部沿海省份應考慮多從國外進口優質焦、肥煤，各邊境省份可從臨近國家進口煉焦煤，減輕國內資源和運輸壓力，保護我國的煉焦煤資源。目前我國主要從澳大利亞和加拿大等國進口煉焦煤。政府應制定政策鼓勵進口優質煉焦煤，同時限制煉焦煤出口。

6．2 添加添加劑和非煉焦煤煉焦

煤瀝青、焦油渣加入配煤中可提高配合煤的粘結性，減少強粘結性煤的配人量或增加弱粘結性煤的配入量。該方法適于配煤粘結性偏低、強粘結性煤缺乏或煤瀝青銷路不暢的企業應用。隨著我國焦炭產量的激增及煤焦油加工能力的提高，焦油渣和煤瀝青產量大幅度提高，為煉焦配煤配加提供了物質基礎。配加煤瀝青或焦油渣煉焦會帶來裝煤困難和上升管結石墨等問題，可采用與煤料壓塊裝爐一即型塊配煤方式解決。

對于配煤粘結性較高的企業，可以考慮配加優質的不粘煤、無煙煤、延遲焦、焦粉等，既可以針對性地改善焦炭質量，又可以節省煉焦煤資源。

7 結語

推動備煤煉焦技術進步、拓展煉焦煤資源、以煤巖學理論和實踐為基礎，通過合理選擇原料煤、優化煉焦配煤，可以合理利用煤炭資源，穩定和提高焦炭質量。實現我國煉焦行業可持續發展，從而保障我國鋼鐵行業發展，進而保證我國經濟的持續高速發展，實現國家倡導的節約資源、節能減排的目標。

• [責任編輯：Puyunyun]