煤焦显微岩相分析在冶金企业中的应用

煤焦显微岩相分析在冶金企业中的应用

李鹏 ,马娟妮 ,卫社彦

陕西龙门钢铁有限责任公司  陕西 韩城 715400

摘要：煤焦显微岩相分析是以显微镜为主要工具来研究煤或焦炭微观结构上的变化规律,广泛应用于与煤或炭有关的各个领域,比如:煤层勘探、煤成因研究、煤采选、煤焦化、煤液化、水煤浆、煤燃烧、研究炭材料等方面，在冶金企业也越来越得到有效的应用，主要应用在监督控制进厂煤——利用镜质组反射率分布鉴定混煤，按煤岩方法控制煤场分堆，利用煤岩系统研究块焦孔隙分布，利用煤岩系统研究煤岩组分组成和焦炭光学组成，用煤岩学的方法研究高炉喷吹燃烧后的残炭等方面，本文就煤焦显微岩相分析在冶金企业中的应用展开系统探讨。

关键词：煤焦显微岩相分析；冶金企业；应用

1、应用之一：监督控制进厂煤，利用镜质组反射率分布鉴定混煤，这是目前最常用到的一个功能。

1.1应用基本原理：一个单一的煤一定是个单峰正态分布，标准偏差<0.1。而不同变质程度煤混配在一起时，在镜质组反射率分布图上必然会出现多个峰，方差也随之增大。变质程度相近的煤混配在一起也可能只有一个峰，但一般会偏差略增大，但因煤质相近，可视作单一煤使用。

1.2监督控制进厂煤的方法。

1.2.1合同约束，尽量减少混煤入厂。

方法: S值法。

原则: 

A. 尽可能保证进厂煤为单一煤或性质接近单一煤的煤种；

B. 尽可能杜绝复杂混煤入厂。

1.2.2跟踪统计一个供煤点来煤稳定性：掌握各供煤点煤质变化幅度及频度。

1.2.3根据煤岩组分定量情况，分析来煤煤质变动原因。

1.3  S值法

1.3.1将煤岩参数作为采购合同的一项指标。当来煤混配了与其变质程度不同的煤，其标准偏差必然加大，煤质相差的越大，S值越大。根据S值大小可以将来煤化分为单一煤层煤（S<0.1）、简单混煤（S>0.1-0.2）和复杂混煤（>0.2)及几种带凹口的混煤类型。根据检测结果利用经济杠杆进行调整。比如：

S ≥ 0.10，罚50元/吨。（高变质例外Rmax≥1.7，但必须S＜0.12）

S ≥ 0.15，罚100元/吨。

S ≥ 0.20，罚150元/吨，等等。

1.3.2目前常见混煤现象如下：

①焦煤的混洗混配最为杂乱，可以长焰煤，1/3焦煤，一直到无烟煤，反射率分布范围从0.3到2.5以上。

② 1/3焦煤   高挥发分强粘结性煤配入长焰煤、不粘煤或弱粘煤，这种情况下，基本上还是一个峰，但峰变宽，S值变大。

③瘦煤的情况，主要是用贫煤等，配入少量粘结性煤，以提高总体的G值。

④肥煤也存在类似的情况，但较少见，因为配入后，Y值达不到要求。

⑤混配极其普遍，二手煤贩子即使能混入2%，都会去配。

1.4监督进厂煤操作方法：

自动扫描结合人工切取最大最小范围，以最大程度减少误差，发挥自动测定速度快的优点。如有争议时，务必以人工测定数据为准。哪怕点数少些。

1.4.1进厂煤特点：煤种多；供煤点杂；批次多。

1.4.2对煤岩设备的客观要求：

鉴别手段快速、准确；只能靠精准的全自动化设备；人工测定效率极低，易疲劳，无法满足进厂煤大批量检测需要；

应能提供混煤的掺混煤种及大致比例；对来煤煤质和如何配用有个大致评估。

2、应用之二：用煤岩方法指导煤场分堆

分堆原因: 来煤越来越杂而多，同时原有煤场有限。

常规方法：将相同牌号的煤混堆在一起，即将挥发分、粘结指数、胶质层厚度等指标相同（或相近）的来煤堆放在一个煤堆 。

存在问题:有时造成人为的二次混煤，导致焦炭质量无法稳定 。

3、应用之三：利用煤岩系统研究块焦孔隙分布

3.1焦炭冷强度常见影响因素分析：

3.1.1 M40：与焦炭显微裂纹关系较大，值过低除采样地点外，一般是惰性物不足或惰性物粒度过大所致。外加惰性物应细粉碎为好，比如：<0.5或<1。使其能增厚气孔壁而同时不成为裂纹中心。但过细也不行,比表面积太大要消耗过多的胶质体。

3.1.2 M10：与胶质体的质量直接相关，值过高一般是胶质体粘结性过剩或惰性物不足。

3.1.3 捣固炼焦对改善M10有好处，对M40有区别。粘结性太强反而不好。

3.1.4 配合煤料镜质组分布图忌强粘区出凹口。

3.2焦炭热强度一些常见影响因素分析：

3.2.1 1100℃时，碳与CO2反应是受反应动力学和扩散控制共同作用的。

3.2.2 一般焦炭气孔中，大孔多比孔径较小均匀分布的焦炭CRI高，CSR低。孔与配合煤料性质和炼焦工艺有关，采用捣固时，因堆密度大，孔径相对减小，有利于降低CRI，提高CSR。

3.2.3 再者，与焦炭孔壁的光学组织组成有很大直接关系。各向同性组分不加碱条件下，易反应。

3.2.4 与焦炭中灰成分也有一定关系，碱金属含量高则CRI高，CSR低。这与碱金属的催化作用和受热时膨胀系数与焦不同产生裂纹，扩大反应面积有关。

4、应用之四：利用煤岩系统研究煤岩组分组成和焦炭光学组成

4.1影响焦炭光学组织的因素：

4.1.1煤的变质程度；

4.1.2煤岩组成；

4.1.3加热条件；

提高加热速度会增强焦炭光学各向异性程度。影响显著的是较低变质程度、有粘结性的煤和有些中变质程度的煤。加热终温大于700度，焦炭光学组织不会再变，但反射率会增高。

4.1.4煤样氧化；

煤样氧化会使焦炭各向异性的结构单元尺寸变小,甚至完全消失各向异性,变成各向同性。

4.1.5添加物炼焦；

添加惰性物：焦炭各向异性的结构单元尺寸变小，甚至变成各向同性。

添加活性物：焦炭各向异性的光学结构单元尺寸增大，或增加镶嵌结构。

4.2焦炭光学组织的应用：

4.2.1用焦炭光学组织推断煤的炼焦性质：

不同变质煤炼得焦炭中存在与煤对应的光学组织。由焦炭光学组织含量可推断煤的变质程度和惰性成分含量，配合煤中牌号相同、产地不同煤的差异。

4.2.2从焦炭光学组织推断焦炭反应性：

焦炭反应性取决于焦炭光学组织、孔隙情况和所含灰分种类。

无碱：各向同性、破片、类丝炭＞细粒镶嵌＞粗粒镶嵌＞流动状＞片状。

有碱：片状＞流动状＞粗粒镶嵌＞细粒镶嵌＞类丝炭、破片、各向同性。

4.2.3从焦炭光学组织预测焦炭机械强度：

优质冶金焦的光学组织主要是由粗、中粒镶嵌、纤维状和少量片状以及适量丝质、破片组织构成。

可根据半焦或焦炭光学组织含量与焦炭机械强度之间的关系，建立相关方程预测焦炭机械强度。

4.2.4从焦炭光学组织推测煤的改质效果：

煤中加入沥青等改质剂炼焦时，可使焦炭中各向异性组织含量增加或使各向异性等色区尺寸增大。

可根据焦炭光学组织含量了解各类添加剂对劣质煤料的改质能力。

4.2.5从焦炭光学组织推测焦炭在高炉中的劣化过程、机理和程度：

通过高炉入炉焦和风口焦的光学定量对比分析，可推测出某座高炉中焦炭劣化的程度、机理。

还可推测出高炉内碱的种类、含量对焦炭的劣化影响，以及所喷吹煤粉对焦炭劣化的影响等。

5、应用之五：用煤岩学的方法研究高炉喷吹燃烧后的残炭

5.1理论基础：

长焰煤和无烟煤等不同变质程度的煤在高炉喷吹后的燃烧性状不同。

燃烧后所剩残炭类型与多少也不同。

5.2用途：

5.2.1评价喷吹后高炉对煤粉的消化能力。

5.2.2结合研究风口焦来研究炉内焦炭受保护程度等。

6 结语

煤岩学作为一个学科，不再将煤看作一个均一的物质，而是一个复杂的有机无机混合物，并且按加热过程中变化情况分成了活性、惰性两大类组分。这些已是大大向前推进了一步。但煤岩学还不很完善，还有许多问题没有解决，有些情况无法解释，这些都需要在生产实践应用中进一步研究解决。煤岩学是一种研究方法，不单单是几个指标的问题，更重要的是它的内涵、理念，要将煤岩学的理念贯穿于整个生产过程。总之，目前将煤岩学与煤化学方法结合可以有效进行互补，解决很多生产中的问题，为企业带来巨大的经济效益。

参考文献

[1] GBT 8899-2013 煤的显微组分组和矿物测定方法；

[2] GBT 6948-2008煤的镜质体反射率显微镜测定方法；