乌海煤的性质研究及应用
摘 要：为了掌握乌海煤的煤质及结焦特性，实验研究了乌海煤的常规煤质指标及煤岩参数，分析了乌海煤的奥亚膨胀度和基氏流动度等黏结性指标，研究了乌海煤小焦炉配煤炼焦试验和工业化应用效果。结果表明：乌海煤的煤岩均质镜质体含量较高，且在热态下呈现出较宽的胶质体塑性温度区间和较高的最大流动度；除其硫含量较高外，乌海煤在邯郸钢铁集团大型焦炉生产实践应用表明，用6%乌海煤替代6%南关肥煤，不但能有效降低焦炭生产成本，还能保证焦炭质量的稳定。
关键词：乌海煤；配煤炼焦；煤岩参数；焦炭质量
0 引 言
焦化企业降本增效的主要目标是降低焦炭生产成本，同时稳定和提高焦炭质量[1]。山西炼焦煤由于品种齐全，质量优良，得到了焦化行业的认同[2-4]。邯郸钢铁集团焦化厂配用山西煤达到50%以上，但价格普遍较高。目前，内蒙古煤炭已探明储藏量和开采量逐年增大，2010年的煤产量首次超过山西，成为我国第一大产煤省，而且每年增量显著[5]。但内蒙古乌海矿区炼焦煤占该地区的80%，且多为露天煤矿，煤层厚，地质构造简单、埋藏浅等，其炼焦煤质量与国内其他产煤省炼焦煤有一定差异性，煤质含硫高[6-8]。由于近几年环保对用煤企业的要求，高硫煤逐渐处于劣质资源，价格走低。但乌海煤依靠低价优势逐渐得到了国内钢铁冶金领域焦化行业的青睐[9]。国内各大焦化厂对高硫煤煤质的认识仍然不足，使焦化厂对高硫煤配煤炼焦的应用非常谨慎。因此，如何有效利用乌海煤进行配煤炼焦已经成为行业的关注点。
1 乌海煤的性质
1.1 乌海煤的工业分析和硫含量
表1为乌海煤的工业分析和全硫含量。从表1可看出，乌海煤的灰分偏高，挥发分为29.34%，固定碳含量为78.50%，属于1/3焦煤。乌海煤的全硫含量为1.69%，硫含量较高，为中高硫煤。
表1 乌海煤的工业分析及全硫
Table 1 Proximate analysis and total sulfur content of Wuhai coal %
1.2 乌海煤的镜质组反射率分析
测量了乌海煤的煤岩镜质组随机反射率分布。通过分析发现，乌海煤的平均最大反射率为1.19%，应属肥煤类，煤种随机反射率整体呈正态分布，且分布较宽，从0.5～2.0都有分布，其标准方差为0.266，说明该煤为复杂混煤。
1.3 乌海煤的黏结性分析
煤的黏结性能分析包括黏结指数、胶质层指数、奥亚膨胀度和基氏流动度[10-11]等指标，见表2。表2表明，乌海煤的黏结指数G值高达91，胶质层最大厚度为19 mm，体积曲线为山型，说明这种煤生成的胶质体数量大、质量高，且黏结性能好。
表2 乌海煤的黏结性分析
Table 2 Caking property analysis of Wuhai coal
注：奥亚膨胀度测量中，t1表示软化温度，t2表示表示最大膨胀温度，t3表示固化温度；基氏流动度测量中，t1表示初始软化温度，t2表示固化温度， ta表示最大流动度温度，tb表示最后流动温度，△T表示塑性温度区间，且△T = t2- t1，MF表示最大流动度(单位ddpm，表示分度每分钟)。
其次，乌海煤在360 ℃左右就开始软化熔融，生成胶质体，说明这种煤易于软化；且其奥亚膨胀度b值为100.6%，膨胀度很高，说明这种煤生产的胶质体数量较多且胶质体膨胀性较大[12]。
再者，在377 ℃左右，乌海煤生成的胶质体开始流动，且胶质体固化温度达到501 ℃，说明乌海煤的塑性温度期间很宽，达到124 ℃，非常适合炼焦配煤。同时，乌海煤的最大流动度为4809 ddpm，说明这种煤黏结性能很好，能生成质量较高的焦炭。
1.4 乌海煤的小焦炉试验研究
对乌海煤共进行了3组小焦炉平行试验，试验结果见表3。
表3 乌海煤的小焦炉试验结果
Table 3 The small coke-oven test results of Wuhai coal
注：M40表示抗碎强度，M25表示冶金强度，M10表示耐磨强度，CRI表示反应性，CSR表示反应后强度。
从表3可看出，炼焦所得焦炭的硫平均含量为1.43%，比原料煤1.69%的硫含量有所下降，说明煤中较多的硫在炼焦过程中转入荒煤气中，降低了高硫乌海煤在配煤炼焦过程中对焦炭硫分的影响。从小焦炉焦炭化验结果来看，M40平均高达83.33%，M10平均为9.78%，说明内蒙古焦炭的抗碎强度与焦煤炼焦的焦炭质量接近，高于一般肥煤和1/3焦煤炼焦的焦炭质量，而其焦炭热态性能和肥煤比较接近。
2 乌海煤在邯钢生产中的应用
2.1 乌海煤和南关肥煤的性质对比
表4为乌海煤和南关肥煤(以下简称NG肥煤)的化验分析数据。表4表明，相比NG肥煤来说，乌海煤的黏结指数更高一些，挥发分较低。
同时，为更好地说明乌海煤的性质，测量了乌海煤和NG肥煤的显微组分含量，结果见表5(在50倍油浸物镜下测量)。乌海煤的镜质组大多数为大块均质镜质体，惰质组主要由丝质体、半丝和粗、微粒体组成；煤中镜质组含量高，达到62.2%，矿物质含量较低，活惰比高，为1.73，说明这种煤在炼焦过程中生成的胶质体数量多。NG肥煤的镜质组含量只有50.2%，且多为基质镜质组，相比NG肥煤来说，乌海煤有利于配煤炼焦的使用。
表4 乌海煤和NG肥煤的化验分析
Table 4 Testing analysis of Wuhai coal and NG fat coal
表5 乌海煤和NG肥煤显微组分分析
Table 5 Microscopic components analysis of Wuhai coal and NG fat coal
注：活惰比=(V+E+1/3SV)/(I+2/3SV+SF+M)
通过显微镜观察，发现乌海煤的镜质组含量高，且多为大块均质镜质体，炼焦过程中会生成大量胶质体。NG肥煤的镜质组和惰质组交杂出现，且三合煤较多，活惰比为1.14，煤种质量较乌海煤相差很多。相比NG肥煤来说，乌海煤镜质组含量高，且多为均质镜质组，非常适合配煤炼焦使用，能生产出高质量的焦炭。
2.2 乌海煤配煤炼焦的工业化生产
综合考虑焦炭的硫分、热强度、冷强度、煤炭价格和试验结果等因素，用6%乌海煤替代6%NG肥煤作为焦炉工业化生产配比。配乌海煤的工业化生产情况见表6。
表7为乌海煤配煤炼焦工业化生产前后的配比。相比原配比，执行后的配比是用6%乌海煤代替6%NG肥煤。
表6 乌海煤工业化生产前后的配比
Table 6 The contrast of Wuhai coal blending ratio before and after industrial production
表7 乌海煤工业化生产前后的焦炭质量对比
Table 7 The contrast of coke quality before and after industrial production of Wuhai coal
乌海煤配入后，焦炭的成本下降10元/t以上，重点对焦炭各项指标，尤其是焦炭的热强度和焦炭硫分进行了关注，焦炭硫分2010年全年比2009年10—12月平均升高了0.07%，最高达到0.75%。在低成本配煤炼焦条件下，焦炭的热态性能得到稳定且略有改善，其中CRI降低0.02%，CSR提高0.03%，证明乌海煤的配入不仅能降低焦炭成本，而且能保持焦炭质量的稳定。
3 结 论
1)乌海煤镜质组含量高，且多为均质镜质组，非常适合配煤炼焦使用，能生产出高质量的焦炭。
2)乌海煤的奥亚膨胀度大，最大流动度较高，这种煤炼焦时生产的胶质体数量较多，且胶质体的结焦性能很好。在单独炼焦的焦炭热态性能和肥煤炼焦的焦炭质量接近。
3)乌海煤可部分替代肥煤炼焦，不仅能低焦炭成本，而且能保持焦炭质量稳定。
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Properties and utilization of Wuhai coal
Abstract:In order to understand the coal quality and coking characteristics of Wuhai coal,the traditional coal properties,coal petrologic parameters,Hoya expansion measurement and Gieseler fluidity measurement of Wuhai coal were studied.Its small coke oven test of blending and coking and industrial application effects were investigated.The results showed that Wuhai coal was high telocollinite relative content,and it showed wide plastic temperature range of colloid and high maximal flowing.The sulfur content of Wuhai coal was high.The practical application in big coke oven of Hansteel corporation showed that,the coke production cost reduce and the coke quality improved by replacing 6% Nanguan fat coal with 6% Wuhai coal.
Key words:Wuhai coal;coal blending and coking;coal petrologic parameters;coke quality
中图分类号：TQ520.62
文献标志码：A
文章编号：1006-6772(2016)01-0114-04
收稿日期：2015-04-29；责任编辑孙淑君
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2016.01.023
引用格式：黄世平，李立业，刘 需,等.乌海煤的性质研究及应用[J].洁净煤技术，2016，22(1)：114-117.
HUANG Shiping,LI Liye,LIU Xu,et al.Properties and utilization of Wuhai coal[J].Clean Coal Technology，2016，22(1)：114-117.
