炼焦煤焦化特性评价指标探讨

炼焦煤焦化特性评价指标探讨

何副杰

新疆中泰金晖能源股份有限公司 新疆阿克苏 842300

摘要：我国是焦炭产量居首位的国家，同时也是一大批焦炭消耗国，在钢铁工业中使用了大量的焦炭，它既可以作为热源，又可以作为还原剂，被广泛地用于高炉冶炼。随着我国钢铁工业的不断进步，对焦炭的质量要求越来越高，文章着重讨论了炼焦煤焦化性能的评估指标，并对常用的焦化过程中焦炭的性能进行了评估，并对各指标在实际生产中的适用性进行了阐述。

关键词：炼焦煤；焦化特性；评价指

引言

煤是一类复杂的有机物，受成煤时代、原生植物种类和成煤环境等因素的影响，其外部形貌、理化性质及过程特性均存在较大差异。目前，人们对焦炭半焦性质的研究主要是从20世纪20-40年代开始的。19世纪末20世纪初期，英、法、德等国为了获得高强度的焦炭，对其进行了大量的基础性研究，并把显微技术引入到煤的岩石组成及变质作用的研究中，获得了丰富的成果。申请人前期研究表明，焦化煤的变质程度、粘结性、膨胀性及热膨胀性是影响其转化性能的重要因素，并建立了相应的评价体系。文章对炼焦煤的焦化性能进行了评价，并对其作了讨论。

一、炼焦煤资源分析

所谓的焦炭，其实就是一种能够提炼出焦炭的烟煤。研究结果显示，全球可采储量为9090亿吨，而其实际使用寿命为147年。根据目前我国煤炭资源的特点，炼焦煤不足1/10。肥煤、主焦煤、瘦煤等焦煤占全球焦煤总量的一半左右，具有超过5000亿吨的经济储量。其中，低灰分和低硫的焦煤储量只有六百亿吨。几乎一半的炼焦煤都集中在亚洲，四分之一的炼焦煤集中在北美洲这样的地方，剩下的四分之一在全世界。根据目前探明的炼焦煤资源，约占世界1/4。在实际情况下，我国炼焦煤资源非常紧缺，特别是优质炼焦煤的短缺。据相关数据显示，目前国内实际开采的炼焦煤只有2.8亿t，只有1/4左右。这里面，有14%是气煤，3.5%是肥煤，58%是主焦煤，4%是瘦煤。其中，1/3的主焦煤占45.73%，贫瘦煤占15.89%；除去灰份、硫份和炼焦部分，优质的炼焦煤在我国已有的资源中仅有6%左右，而优质的焦煤和优质肥煤非常稀缺。相对于国内丰富的煤炭资源而言，炼焦煤的储量仅占全国的25%，所以，炼焦煤的开发利用显得尤为重要。但是，近年来的勘查工作并没有发现新的炼焦矿井。

二、现有炼焦煤质量评价指标概述

（一）炼焦煤质量常用的控制指标

灰分是炼焦煤的重要指标之一，它的大部分灰分都来自于煤，因此，在炼焦煤的生产中，必须对灰分进行严格的控制，不然会对其产生很大的影响。如果灰分含量太高，就会使高炉的产量大大下降，同时也会使生产成本增加，造成原料焦比的增加，进而影响到焦炭的生产品质。中灰分过高时，焦炭活性增加，一定时期后，活性降低。灰份对焦炭的综合品质有很大的影响，对整个反应过程有多方面的影响。但是，灰渣中存在着许多金属氧化物，它们与焦炭发生反应时，易发生钝化。因此，在生产过程中，要对炼焦煤的灰分进行严格的控制，尽可能地减少灰份的含量。

（二）挥发分

挥发分的存在对炼焦煤的品质有很大的影响，因此需要加强对其重视度的研究。由于挥发分的存在，使得胶质的流速不断增大，使得颗粒间的接触速率加快，从而使焦炭内部产生孔洞。焦炭的孔隙率受炼焦煤气含量的影响。传统的煤的主要特征是以挥发分来表征煤的变质程度，但这一方法易受到煤的成分、煤中无机成分等外部因素的影响，目前已被镜质体的反射率所替代。

（三）硫分

硫分是炼焦煤中普遍存在的一种物质，同时也是一种重要的控制指标。在焦化的过程中，硫磺会发生变化，生成硫化氢和有机硫化物，一部分被排出，一部分则加入到焦炭中。硫是一种严重的有毒有害物，其中的硫含量会对其反应历程造成很大的影响，因此，在生产实践中必须对其进行合理的硫含量控制。

三、炼焦煤焦化特性评价指标的建立及应用

（一）奥阿膨胀度

奥氏膨胀指数是国际上对冶金煤进行分级的一项重要指标。1985年，国家制定了新的煤炭燃料国家标准，其中以Y值为燃料的肥煤指数。在我国的焦化企业中，这种指标很少被采用，而宝钢则是以b煤作为评价焦度的指标，并用于指导配煤。

（二）胶质层指数

苏联科学家于1932年提出了一种新的胶质指标测试方法，该方法是在模拟焦炉碳化室内进行的，通过对煤杯内的煤进行加热，使其在高温下形成等温面，从而将其划分为三个主要的区块：半焦层、角化层和未软层。加热时，将探头插入，根据探头测量的结果判定最大壁厚，计算结果即为Y值，实验完成后最后的缩缩量为X值，将X值与容积曲线相结合，可反映出煤的结焦程度。

胶质层指标在我国煤炭工业中得到了广泛的应用，它可以用来判别强粘重肥煤与气肥煤，在煤矿、炼焦煤等领域得到了广泛的应用，可以用来判别煤质的优劣，但目前很少有利用胶层曲线的方法。

（三）基氏流动度

德国学者于1934年提出基氏流动度理论，认为煤在干馏时会产生胶质体，根据胶质体的热敏性，可判定其粘度、透气性、流动性等指标。在试验时，把煤样按相关规范装入煤甄中，利用外力把它压实，根据规范使它持续加热，并用一定的扭矩使插入煤样的搅拌桨旋转。以基氏流体为研究对象，通过对搅拌桨旋转速度的观测，揭示其在不同条件下的运动规律，揭示其运动规律。但是由于基氏流变仪的造价比较高，国内对它的研究也比较晚，所以我们对它的研究还不够透彻。我国只有几个单位在使用。比如，近年来，武钢将基氏流动系数法用于气煤的煤质测定，以三份炼焦煤替代肥煤，达到了较好的经济效益。

（四）罗加指数

波兰的煤炭化学家于1932年首次提出了“罗加指数”这一概念。在进行试验之前，需要先将1 g的煤样与5 g的无烟煤混合，然后在特定的条件下进行焦化，焦化完成后，获得一部分焦渣，再在转磨装置中进行转磨，测量焦块的磨损程度，用罗加指标表示抗磨损强度，同时也可以用这个指标来表征粘结性能，其优点是试验费用低，工作效率高，但对于强胶结煤来说，其准确性一般，很难满足要求。

（五）黏结指数

近年来，随着煤炭工业的发展，基于罗加指标提出了粘合指数，经过国内科学家的共同努力，形成了粘合指数的测量标准和测量方法，并根据相关规范，制订了相应的标准，并随后制订了相应的国家标准。与罗加指数比较，粘结指数具有更高的精度和便捷性，极大地提高了对不同粘结性煤的鉴别能力。

（六）镜质组平均最大反射率

近年来，我国煤炭工业快速发展，对炼焦煤特征的评估指标也在不断改变，组前期研究发现，煤中镜质组的反射率基本不受煤、煤物组分的改变，可用于烟煤。这种煤化度指数在实际生产中得到了广泛的使用。镜质组平均最大反射率是煤的一种重要指标，其在煤的分级中具有广阔的应用前景。该模型在国内炼焦工业中得到了广泛的应用，其中镜质组平均最大反射率的优势非常明显，能够有效地判定炼焦煤的品质状况。

结语

在确定炼焦煤焦化特性评定指标时，必须保证检测设备的准确度，同时，对样品的制备也要有严格的操作规范，否则会严重影响检测结果。在我国，这方面的研究还处于起步阶段，尚有许多值得探讨的问题。要积极研究煤的分子结构及其加热后发生的物理化学反应，生产出高强度的焦炭。我国的煤炭资源十分丰富，煤炭在工业发展中也得到了广泛的运用，对于促进经济的发展具有十分重要的作用，只有促进炼焦煤产业的科技进步，才能提高焦炭的利用率。

参考文献

[1]安宇凤，刘洋，王明登，等.高硫煤热解过程中硫迁移规律及脱硫后焦炭特性研究[J].煤质技术，2023（1）：13-20.

[2]陈莉晴.煤基沥青特性对配煤原料及铸造焦指标的影响规律研究[D].中国矿业大学，2022.