科技新进展：基于功能分解的炼焦煤应用性分类体系及配煤技术开发和应用

一、研究的背景与问题

炼焦配煤技术的研发，可以扩大炼焦煤资源，满足高炉大型化需求，降低企业生产成本。目前炼焦配煤技术可分为传统配煤、煤岩学配煤和配入添加剂配煤等三类。传统配煤技术通过挥发分、灰分、全硫、粘结指数、胶质层最大厚度等指标的互补性、加和性来指导配煤，但对煤质的辨识度具有局限性。煤岩学配煤研究更微观，但局限于煤岩分析指标与焦炭质量的建立，对煤质指标有所忽略。添加剂配煤是在炼焦配合煤中加入某种物质（煤系和非煤系），改善焦炭质量，降低优质炼焦煤配入比例。鞍钢炼焦总厂作为年产750万吨焦炭的世界焦炭产量最大单体一地炼焦企业，年耗煤量约1010万吨，仍采用传统的配煤方法，因此需要深入研发建立炼焦煤评价体系及开发炼焦配煤优化技术。

我国适合炼焦的煤炭资源储量低，优质资源稀缺，品种结构不合理，主焦煤占总储量的23.6%，肥煤、气肥煤占 12.8 %，气煤和 1/3 焦煤占 45.7 %，贫煤、贫瘦煤占 15.7 %，结构矛盾十分突出。炼焦总厂以国产炼焦煤为主、进口炼焦煤（以焦煤为主）为辅，炼焦煤资源复杂多变，常用煤种达二十种以上，全厂共66个筒仓，64个斗槽进行炼焦煤的储存和配送，对鞍钢配煤技术的要求不断提高，因此需要积极开展炼焦煤细化分组储配技术，保障鞍钢焦炭生产的质量稳定和成本可控。

当前，国内已经开展劣质煤炼焦配煤优化技术研究工作。例如宝武集团宝山基地通过储运精细化管理，对1/3 焦煤、瘦煤开展了相关研究，将低质焦煤资源成功应用于炼焦生产。炼焦总厂用煤以山西炼焦煤为最多，以肥、焦、瘦煤为主，煤质粘结性和结焦性指标均较好，但都存在硫含量偏高问题；黑龙江地区的龙煤次之，硫含量相对很低，其他地区煤种较少。因此需要开发基于炼焦煤综合评价的低成本配煤炼焦应用技术，配入瘦焦煤、提高焦炭粒级、改善焦炭热态性能，控制配煤成本。

二、解决问题的思路与技术方案

我国炼焦用原料相对复杂，高炉大型化、焦炉大型化发展较快，仅凭原有分类和评价方法指导配煤无法满足中大型高炉对焦炭质量的要求。鞍钢股份有限公司与中钢集团鞍山热能研究院有限公司合作开发了基于功能分解的炼焦煤应用性分类体系并将成果进行实践应用，技术路线如图1所示。

通过煤的显微特征分析，找出影响炼焦煤结焦特性的关键因素，探索结焦过程中炼焦煤化学结构和显微结构的演变速率，分析其对焦炭性质的影响。开发炼焦煤特性评价新指标，结合传统指标，建立炼焦煤质量分级方法，分析各种原料的成焦特性及其在配煤中的作用和功能，全面、客观的将不同炼焦煤指标数据进行关联，建立数值化配煤方法，形成炼焦煤综合评价体系。

以成焦理论研究和炼焦煤综合评价体系为基础，以低成本炼焦为目标，创建筒仓联合配煤斗槽的炼焦煤细化分组储配技术。在配煤炼焦中引入瘦焦煤，结合煤岩分析方法，优化中、高硫肥煤配入比例，满足新型大高炉用焦需求，形成低成本炼焦配煤优化技术。

图1 技术路线图

三、主要创新性成果

1.开发炼焦煤结焦性新指标光学异性组织结构形成率P，首次利用傅里叶红外、核磁共振、拉曼、X射线衍射仪等分析手段，揭示了分子特征参数与炼焦特性的关系，建立了炼焦煤性能分级方法，增加小焦炉试验焦炭的机械强度、反应性和反应后强度指标，以炼焦生产与配煤数据为基础，通过分析焦炭质量、配合煤质量、单种煤质量及炼焦工况数据，引领焦化行业常规焦炉炼焦配煤优化技术。

2.首次从炼焦煤指标对焦炭性能的贡献度，将炼焦煤进行功能性、多层面评价。将炼焦煤各指标与其炼焦得到固态产物质量指标优化为三个单项指标，进行应用性分类，系统建立了炼焦煤的性价比评价方法，从而扩大炼焦煤资源，增加优质低价炼焦煤种。

3.自主创建室式筒仓联合配煤斗槽细化分组储配煤技术及低成本炼焦提质技术的应用。①创建筒仓联合配煤斗槽的炼焦煤细化分组储配技术，解决煤源复杂引起的配煤指标波动，从而导致影响焦炭质量的行业共性问题。对全厂66个筒仓、64个斗槽进行细化分组，将单一煤种单独存放，协调各上游工序，保证各“送煤系统”煤种单一，实现配煤盘单煤种配煤。②中、高硫肥煤在炼焦配煤中的应用。中、高硫肥煤具有硫含量高的显著特点，其硫分在1.0％～3.0％之间价格相对低廉，利用此煤种可以最大限度的开发肥煤资源，降低企业的生产成本，具有显著的社会效益和经济效益。③在炼焦厂配煤炼焦方案中引入瘦焦煤，在配合煤中配入瘦焦煤比例10%，使焦炭粒径平均提高2.9mm，确保焦炭在高炉中反应稳定。④优化配煤，改善焦炭热态性能。通过单种煤对焦炭热态性能的影响因素研究，优化生成配煤方案，实现生产焦炭反应性降低1.45%，反应后强度提高2.65%。

四、应用情况与效果

该技术成果可广泛应用于炼焦配煤领域，扩大炼焦煤资源，增加优质低价炼焦煤种。

该项目已在鞍钢炼焦总厂全部生产线应用，并在鞍钢鲅鱼圈炼焦部、朝阳钢铁焦化厂推广，具有广阔的应用前景。通过该项目研究，建立了炼焦煤综合评价体系，确定了基于鞍钢炼焦用煤的单种煤煤质与焦炭热态强度量化关系，开发了低价炼焦煤配煤的提质降本应用技术，通过优化生成配煤方案，实现生产配煤炼焦所得焦炭质量焦炭反应性CRI由24.25%降低到22.88%，降低1.45%，焦炭反应后强度由63.41%提高到66.06%，提高2.65%，冶金焦率提高1.5%，焦炭粒径提高1.9mm。

信息来源：鞍钢股份有限公司