利用新型煤粉改性剂优化炼焦配煤
第35卷增刊煤炭学报
Vol．35Sup．2010年
8月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Aug．
2010
文章编号：0253－9993（2010）S0－0194－05
利用新型煤粉改性剂优化炼焦配煤
朱子宗1，#廖占平1，杨舫1，刁岳川2，王鑫海2，盛建文
2
（1.重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044；2．南京钢铁股份有限公司，江苏南京210035）
摘
要：开展无烟煤和不黏煤配煤炼焦试验，研究新型煤粉改性剂（ZBS ）对配合煤及焦炭质量的影
响。试验结果表明，最佳方案为添加81%生产配合煤、5%无烟煤、10%不黏煤和4%肥煤，在0.08%的ZBS 改性下，配合煤的G 值和y 值升高，焦炭M 40、M 10、CRI 和CSR 指标均得到改善。ZBS 增加焦炭的气孔壁厚度，降低气孔率，改善气孔直径分布，有利于提高焦炭质量。ZBS 对添加非炼
焦煤后的配合煤和焦炭质量有明显的改善效果。关键词：煤粉改性剂；优化配煤炼焦；非炼焦煤；焦炭质量中图分类号：TQ522.1文献标志码：A
收稿日期：2010－03－23责任编辑：许书阁
基金项目：科技部科技型中小企业技术创新基金资助项目（07C26215110851）
作者简介：朱子宗（1966—），男，河南淮阳人，教授，博士。Tel ：023－65102824，
E －mail ：zhuzizong@https://www.wendangku.net/doc/4a3080837.html, Optimization of coal blending by using of a new coal modifying addition
ZHU Zi-zong 1，LIAO Zhan-ping 1，YANG Fang 1，DIAO Yue-chuan 2，WANG Xin-hai 2，SHENG Jian-wen 2
（1.College of Material Science and Engineering ，Chongqing University ，Chongqing 400044，China ；2.Nanjing Iron and Steel （Group ）Co．，Nanjing
210035，China ）
Abstract ：The coking test of blending anthracite and un-coking coal was carried out ，and the influence of coal modif-ying additive （ZBS ）on the blended coal and coke ’s quality was studied．Experimental results show that the optimal scheme is blending 81%original blended coal ，5%anthracite ，10%un-coking coal ，4%fat coal and 0.08%ZBS．Compared with that without adding ZBS ，the blended coal ’s G and y increase ，and the coke ’s M 40、M 10、CRI and CSR improve．ZBS improves thickness of pore wall and pore sizes distribute ，and decreases pore porosity．ZBS is available to improve the blended coal and coke ’s quality that added non-coking coal．
Key words ：coal modifying addition ；optimize blending coal ；non-coking coal ；coke quality 我国煤炭资源总量丰富，但存在经济可采储量少、优质环保型资源少、优质炼焦用煤短缺、勘探程度低［1］
，
而且强黏结性煤稀缺，在这些强黏结性煤储量中还包括相当数量的难选、高硫煤资源，它们不能作
为炼焦原料使用［2－3］
。随着钢铁产量的逐年增加，对
焦炭的需求量加大，炼焦煤供应紧张，研究应用非炼焦煤配煤炼焦，降低炼焦成本十分必要。国内有不少
无烟煤
［4－10］、不黏煤［11－12］
用于炼焦的研究，也有一些应用于工业生产的成功实例，但其用量普遍不高。笔者长期从事非炼焦煤改性配煤炼焦研究，研制的一种粉状煤粉改性剂对无烟煤、不黏煤有改性效果，能提高配合煤中的非炼焦煤用量，冶炼出合格焦炭。该技术对降低主焦煤用量，优化我国炼焦用煤资
源有重要意义。
1试验研究
针对南京钢铁股份有限公司配煤炼焦，前期已完
成一系列2kg 和40kg 小焦炉试验，确定了无烟煤添加粒度、无烟煤和不黏煤的用量、改性剂（ZBS ）的添加方式和适宜添加量范围（0.08% 0.12%）等［13－14］
。本次试验，结合生产实际，设计80kg 铁箱
扩大性试验，其目的在于验证ZBS 的效果。试验根据最大装煤量、加工和操作方便、生产实际装煤堆密度等因素，设计铁箱的尺寸为600mm ?300mm ?600mm ，由6mm 厚的打孔钢板焊制，实际装煤量为80kg 。
增刊朱子宗等：利用新型煤粉改性剂优化炼焦配煤
1.1试验方法及结果
试验在前期研究的基础上设计6个配煤方案
（表1），每个方案做重复试验，试验结果重合数据有
效。每个炉次配煤85kg，其中5kg做煤质分析，
80kg用于炼焦试验。混煤方式为先将ZBS同无烟煤
和不黏煤充分混匀，再将其与生产配合煤混合均匀。
在装入配合煤后，将铁箱顶面焊接，推入焦炉中央，再
对焦炉进行加煤。在出焦、熄焦后，将铁箱吊出，切开
顶面，喷水冷却。焦炭自然晾干后通过2000mm落
下台下落两次并筛分，用四分法从粒度＞60mm的焦
炭中选取两份11.5kg的试样，每份装入0.25m库
姆库转鼓转100转，转后的焦炭筛分，计算M40和
M
10。两份试样的平均值为该炉焦炭的M
40
和M10。
试验煤质分析数据见表2。
表1试验方案
Table1Experimental schemes%
方案
配比
生产配合煤无烟煤不黏煤肥煤ZBS
11000000
28151040
38151040.08
48151040.10
58151040.12
表2试验煤质分析和焦炭质量
Table2Experimental record of coal analysis
and coke’s quality
方案V/%A/%w（S）/%G b/%x/mm y/mm 129.619.400.88779.433.419.7 229.769.100.7662－1.332.817.0 329.248.820.7278－13.732.118.1 428.269.130.7969－12.332.617.2 528.519.020.7767－12.634.320.8
1.2ZBS对配合煤质量的影响
1.2.1无烟煤、不黏煤和ZBS对配合煤灰分、硫分
的影响
添加无烟煤、不黏煤和ZBS之后，配合煤灰分和硫分的变化趋势如图1所示。从图1可以看出，方案2添加5%无烟煤和10%不黏煤，配合煤灰分和硫分下降。在灰分和硫分控制不变的情况下，添加非炼焦煤，可放宽对黏结性较好的主焦煤的灰分和硫分的限制，而加入黏结性较好的煤，又有利于提高非炼焦煤的用量。添加ZBS后配合煤的灰分和硫分波动，但变化不大，ZBS不会对配合煤的灰分和硫分带来不利影响
。
图1配合煤灰分和硫分的变化趋势
Fig.1Variation tendency of blended coal’s ash
and coal’s sulfur
1.2.2无烟煤、不黏煤和ZBS对配合煤黏结性的影
响
添加无烟煤、不黏煤和ZBS之后，配合煤的G值和y值的变化趋势如图2所示
。
煤炭学报2010年第35卷
的G和y与未添加ZBS（方案2）相比，分别提高了16和1.1mm，配合煤的黏结性改善，胶质层厚度增加。随着ZBS用量（方案4和5）的进一步增加，配合煤的黏结性改善趋势变弱，而胶质层厚度有增加趋势。1.3ZBS对焦炭气孔的影响
焦炭是多孔体材料，其气孔系列参数与机械强度和CO
2
反应性均有一定的关系。焦炭的气孔率越高，气孔平均直径越大，平均气孔壁厚越小，焦炭反应性越高，反应后强度下降，热态性能恶化［15－18］。随着焦炭平均气孔壁厚度的增加，反应性降低，反应后强度提高。
在对焦炭进行转鼓检测后，对方案1、2和3的焦炭取样，研究添加无烟煤、不黏煤和ZBS对焦炭气孔的影响。
1.3.1ZBS对焦炭气孔率的影响
利用HY－4型全自动显微光度计对焦炭气孔率进行检测，结果见表3。由表3可以看出，添加无烟煤和不黏煤之后，焦炭气孔率升高6.4%，气孔壁平均厚度降低24.27μm，焦炭＞180μm的气孔比例大幅增加，达到27.14%，势必使焦炭反应性升高，反应后强度降低，焦炭热态强度劣化。
表3焦炭气孔率分布
Table3Pore sizes distribution of coke
方案气孔壁厚
度/μm
气孔率/%
气孔直径分布/%
0 60μm61 120μm121 180μm181 240μm241 300μm＞300μm
1169.9339.851.3719.629.758.81 6.10 4.35 2145.6646.248.8717.37 6.6210.237.809.11 3168.8440.349.6521.8912.219.16 2.45 4.64
通过添加0.08%的ZBS进行改性，焦炭的气孔率下降了5.9%，气孔壁厚度增加23.18μm，＞180μm的气孔比例下降至16.25%，焦炭质量将会显著提高。添加ZBS能提高配加无烟煤和不黏煤改性炼焦炼制的焦炭气孔壁平均厚度，降低气孔率，改善气孔分布，有利于提高焦炭质量。
1.3.2焦炭电镜扫描分析
对焦炭进行制样，进行电镜扫描，观测ZBS对焦炭的气孔分布、气孔壁质量的影响。在放大200倍的情况下，每个试样观测100个点，其典型照片如图3所示。观测结果显示：方案1中100 200μm气孔较少，多数气孔较小，气孔壁光滑致密、裂纹少；方案2中气孔较多，200μm以上气孔较多，50μm左右的气孔分布密集，焦炭气孔壁粗糙、存在许多裂纹；方案3中100 200μm气孔较多，＞200μm的气孔较少，气孔壁光滑致密、裂纹少。
通过研究添加非炼焦煤和ZBS后焦炭的气孔变化情况可知，直接添加无烟煤和不黏煤，焦炭气孔壁平均厚度下降，气孔率升高，大气孔比例增加，焦炭微观裂纹比例增加；添加0.08%的ZBS之后，焦炭的气孔率减少，气孔直径分布改善，气孔壁变得致密、光滑，微观裂纹降低，有利于提高焦炭的强度。
1.4ZBS对焦炭质量的影响
对炼制的焦炭进行分析，主要质量指标见表4。焦炭和配合煤的灰分、硫分变化趋势一致，添加无烟煤和不黏煤有利于降低焦炭的灰分和硫分，ZBS不会对焦炭的灰分和硫分带来不利影响
。
图3焦炭微观结构对比（?200）
Fig.3Comparison of microstructure of the
coke from different tests（?200）
691
增刊朱子宗等：利用新型煤粉改性剂优化炼焦配煤
表4第2次铁箱试验焦炭分析数据
Table4The analysis data of coke in second steel box test%方案V A w（S）w（C）M40M10CRI CSR
1 1.5613.040.6984.5063.56 6.4328.3965.63
2 1.7612.540.6485.9256.139.6136.2253.73
3 1.1312.500.6386.5162.09 6.5228.5163.07
4 1.3312.630.6686.2162.097.4832.1059.04
5 1.3212.360.6286.3260.5710.0028.5963.32 1.4.1ZBS对焦炭冷态强度的影响
焦炭冷态强度的变化趋势如图4所示，直接添加
无烟煤和不黏煤之后，焦炭的M40降低，M10升高，焦
炭冷态强度劣化。添加ZBS对无烟煤和不黏煤进行
改性后，焦炭M40升高，M10降低，焦炭冷态强度得到
改善。当ZBS用量为0.08%时，焦炭冷态强度提高
最明显，与没有添加ZBS相比，M40提高5.96%，M10
降低3.09%，达到生产配合煤炼制的焦炭质量水平。
煤炭学报2010年第35卷
此外，ZBS中部分元素与碳原子结合，形成碳化物，主要从两个方面影响焦炭热态强度：一方面该碳化物填充焦炭晶格空隙，堵塞二氧化碳流动通道，阻止二氧化碳在焦炭中的扩散；另一方面该物质对焦炭与二氧化碳的反应有负催化作用，抑制焦炭与二氧化碳的反应，焦炭反应性降低，反应后强度提高，焦炭热态强度改善。
3结论
（1）在生产配合煤中添加低灰、低硫的无烟煤和不黏煤改性炼焦，能降低焦炭灰分和硫分。
（2）在生产配合煤中直接添加无烟煤和不黏煤配煤炼焦，焦炭质量明显劣化。通过添加ZBS改性后，配合煤的黏结性指数提升，焦炭的气孔分布改善，气孔率下降，气孔壁厚度增加、裂纹减少，焦炭反应性降低，反应后强度提高，焦炭质量明显改善。
（3）无烟煤和不黏煤改性炼焦最佳配煤方案：81%的生产配合煤，5%无烟煤，10%不黏煤，4%肥煤和0.08%的ZBS，炼出的焦炭质量达到生产要求。
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