中灰低G值瘦煤資源的開發與利用

賀 佳，史永林，李昊堃，李 波

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（簡稱太鋼）先后于2006年8月、2007年11月和2013年11月建成投產了3×70孔7.63 m焦爐，其煉焦煤資源均來自山西省內，部分煤礦經過長期開采，或資源枯竭，或煤質劣化，其中瘦煤貧化的問題日益突出，長期來看瘦煤資源供應形勢嚴峻，亟需增加瘦煤資源儲備。同時，以4 350 m3高爐為代表的大型高爐對焦炭質量提出了更高的要求，使得優質煉焦煤資源價格持續攀升，配煤成本不斷升高。為此，太鋼從2020年開始進行瘦煤資源的研究與開發，以提高焦炭強度、降低配煤成本。

本文利用煤巖技術，結合300 kg焦爐煉焦試驗和工業試驗，研究中灰低G值瘦煤的煤質特性和結焦性能，及其對焦炭質量的影響，并給出了適宜的配用比例，現介紹如下。

1 在用單種煤煤質分析

太鋼現行配煤體系中在用的煉焦煤有6種，其中焦煤2種（1#JM、2#JM）、肥煤2種（1#FM、2#FM）、1/3焦煤（1/3JM）和瘦煤（SM）各1種，單種煤煤質指標見表1。由表1可知，現行配煤體系中，煉焦煤的灰分和硫分普遍偏高，大部分煉焦煤的灰分和硫分分別在10.0%和1.0%以上，只有2#JM和SM為低灰低硫煉焦煤資源；而SM的G值偏低（僅15），變質程度加深，出現貧化現象，根據GB/T 5751—2009《中國煤炭分類》劃分，其應為貧瘦煤，瘦煤的這種貧化現象不利于焦炭冷、熱態強度的穩定控制。為了給后工序大型高爐提供穩定優質的焦炭產品和降低配煤成本，亟需在煉焦煤市場尋求瘦煤資源。

表1 單種煤煤質指標

2 中灰低G值瘦煤的開發研究

2.1 單種煤煤質分析

2019年—2020年，太鋼共考察、研究了7種瘦煤資源：SM1、SM2、SM3、SM4、SM5、SM6、SM7，7種瘦煤的煤質指標見表2、反射率分布圖見圖1。

表2 7種瘦煤的煤質指標

圖1 SM與7種瘦煤的反射率分布圖

由表2和圖1可知，7種瘦煤的灰分大部分在10.0%以上，SM2灰分最低（在8.0%以下），SM3灰分最高（11.24%），7種瘦煤硫分均較低，在0.50%左右，但7種瘦煤的G值差異較大（在10～30），其中SM1、SM2和SM7的G值低于20，根據GB/T 5751—2009《中國煤炭分類》劃分，其應為貧瘦煤；7種瘦煤的鏡質體最大反射率均在1.70%～1.90%，變質階段均為Ⅶ瘦煤[1]，但SM1、SM2和SM3的鏡質體最大反射率明顯大于其他4種瘦煤，煤的變質程度有貧化傾向；7種瘦煤的鏡質體最大反射率分布圖均無凹口，其中SM1、SM2、SM6和SM7的反射率標準差均在0.1%以內，屬于單一煤層煤，SM3、SM4和SM5的反射率標準差均在0.1%～0.2%，屬于簡單無凹口的混煤[1]。綜合煤的工藝指標和煤巖反射率指標，SM1、SM2、SM3和SM7不宜作為研究開發資源，而SM4、SM5和SM6雖灰分略高于SM，屬中灰煤資源，但其G值和反射率適宜，故優選其作為替代資源進行下一步研究。

2.2 配合煤300 kg焦爐煉焦試驗

為考察SM4、SM5和SM6與現行配煤體系的適配性，進行了配合煤300 kg焦爐配煤煉焦試驗，鑒于SM4、SM5和SM6的G值存在差異，故按不同配比替代SM，配煤試驗方案見表3，配合煤煤質指標見表4，所煉焦炭質量指標見表5。

表3 配煤試驗方案%

表4 配合煤煤質指標

表5 配煤試驗所煉焦炭質量指標%

由表4可知，使用中灰的SM4、SM5和SM6分別替代SM后，由于SM4、SM5和SM6灰分略高于SM，所煉焦炭灰分略有增加、硫分基本保持不變。由表5可知，配用低G值的瘦煤后，焦炭抗碎強度M40均有不同程度的提高，方案3#所煉焦炭抗碎強度M40提高了近3個百分點，方案2#和方案3#所煉焦炭耐磨強度M10與基礎方案所煉焦炭處于同一水平，方案1#和方案4#所煉焦炭耐磨強度M10較基礎方案所煉焦炭有所下降。對比分別配入SM4、SM5、SM6的配合煤所煉焦炭可知，方案1#SM4配比為13%時，所煉焦炭耐磨強度M10和反應性CRI較基礎方案所煉焦炭均有所下降，方案4#SM6配比為17%時，所煉焦炭耐磨強度M10、熱態強度CSR較基礎方案所煉焦炭均有所下降，同時考慮SM4的灰分高于SM5和SM6，故選取SM5和SM6以配比15%開展下一步研究工作。

3 工業化試驗及生產實踐

3.1 工業化試驗

為確保工業生產焦炭質量的穩定，在7.63 m焦爐不同時間段以配煤試驗方案2#按15%分別配用SM5、SM6進行工業化試驗。兩次工業化試驗時間均為2個班次，每個班次8 h。工業化試驗期間7.63 m焦爐的工藝條件為：結焦時間27.5 h，標準溫度1 290℃。SM5和SM6的煤質指標見表6、煤巖反射率見表7、工業試驗期間配合煤煤質指標見表8、所煉焦炭質量指標見表9。

表7 SM5和SM6的煤巖反射率

表8 工業試驗期間配合煤煤質指標

由表6～表9可知，與煤質考察研究階段（表2）相比，工業化試驗期間采購的SM5的灰分略有下降，G值略有升高，SM6灰分有所升高，G值卻有所降低，其硫分無較大變化，均在0.5%以內；與配入SM（試驗前）相比，以配煤試驗方案2#按15%分別配用SM5、SM6后，配合煤灰分總體呈上升趨勢，配合煤硫分略有下降，配合煤膠質層厚度Y值基本保持不變，G值有小幅下降；雖然在配煤試驗方案2#中使用3% SM5和SM6替代了1#JM和2#JM，但由于配合煤的黏結指數G值與單種煤的黏結指數G值不具有加和性，所以配合煤的黏結指數G值并未大幅下降；以配煤試驗方案2#使用SM5或SM6替代SM后，所煉焦炭灰分、硫分變化較小，焦炭耐磨強度M10與試驗前保持同水平，焦炭抗碎強度M40有小幅提高，焦炭熱態強度CRI、CSR有較大幅度提高。

表6 SM5和SM6的煤質指標

表9 工業試驗期間所煉焦炭質量指標%

3.2 生產實踐

考慮到焦爐生產節奏變動及煤源煤質的波動情況，為確保配用新資源后焦炭質量的穩定性，在生產實踐中調整配煤結構時采取梯級遞增的調整方式。2020年8月—11月，在工業生產中SM5或SM6分別按13%和15%進行配用，所煉焦炭質量指標分別見表10和表11。

表10 配用13% SM5或SM6工業生產期間的焦炭質量指標%

表11 配用15% SM5或SM6工業生產期間的焦炭質量指標%

表10 、表11表明，2020年8月—11月，在現有配煤體系中配入SM5或SM6后，焦炭灰分較7月升高了近0.07個百分點，但可以控制在12.10%以內，硫分與7月保持同等水平，在0.73%左右，焦炭冷、熱態強度均有小幅度提高。

4 經濟效益

2020年8月—11月，SM、SM5和SM6的市場采購價格分別為1 027元/t、1 012元/t和1 021元/t，SM5較SM采購價格低15元/t，SM5較SM6具有明顯的價格優勢，故引進SM5替代SM。配入15% SM5后，配煤成本降低7.38元/t，具有較高的經濟效益，同時還可以擴大中灰低G值瘦煤資源的利用市場。