一种炼焦煤的分类方法、炼焦配煤方法和应用与流程

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1.本发明属于冶金炼焦配煤技术领域，尤其涉及一种炼焦煤的分类方法、炼焦配煤方法和应用。

背景技术：

2.中国煤炭种类丰富、煤质情况复杂多样。根据文献报道，我国炼焦煤资源的分布格局具有下列三个特点：
①
在所有煤种的资源总量中，四种炼焦煤(气、肥、焦、瘦)所占比例仅约1/4。
②
在四种炼焦煤资源量中，气煤超过一半，肥煤、焦煤和瘦煤属稀缺煤种。
③
炼焦煤资源的地理分布严重不均。虽然在29个省(自治区、直辖市)赋存有炼焦煤，可是炼焦煤资源主要集中分布在山西省等为数不多的地区。
3.在炼焦配煤技术中，需要根据实际情况延伸出多种配煤方案。现阶段，行业中配煤用的主要煤种是运用国家颁布的标准(中国煤炭分类gb/t5751-2009)来进行原料煤种分类判定，但是实际上分类方法中使用的指标不能全面地反应煤炭黏结成焦性质，在焦煤参与炼焦配煤过程无法提供精准有效的指导，比如：针对其中关键性煤种分类方式与实际生产存在脱节：焦煤细分类不完全适用于炼焦配煤等。
4.因此，按现有分类指标获得的炼焦煤在煤炭利用过程中，难以精准表征在炼焦过程中煤的基础性质、矿物质对焦炭质量的影响，需要引入相关的指标来更好指导炼焦配煤。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种炼焦煤的分类方法，根据镜质体随机反射率和矿物质催化指数对焦煤进行细分。该分类方法能够更合理、充分利用珍贵的煤种资源，也能保证在实际生产过程中遇到原料煤发生变化等情况时便捷调整配煤方案，保证焦炭质量稳定。
6.本发明的另一个目的在于提出一种炼焦配煤方法。
7.本发明的又一个目的在于提出炼焦配煤方法的应用。
8.为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种炼焦煤的分类方法，包括：
9.将炼焦煤分为瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤；
10.获取所述焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数，根据所述焦煤的镜质体随机反射率和所述矿物质催化指数对所述焦煤进行分类。
11.本发明实施例的炼焦煤的分类方法，根据镜质体随机反射率和矿物质催化指数对焦煤进行细分。该分类方法能够更合理、充分利用珍贵的炼焦煤资源，也能保证在实际生产过程中遇到原料煤煤质发生变化等情况时便捷调整配煤方案，保证焦炭质量稳定。
12.在本发明的一些实施例中，根据所述焦煤的镜质体随机反射率和所述矿物质催化指数对所述焦煤进行分类的方法为：
13.当所述焦煤的镜质体随机反射率≥1.39％，所述矿物质催化指数《2.70时，记为焦煤1#；
14.当所述焦煤的镜质体随机反射率≤1.33％，所述矿物质催化指数≥2.70时，记为焦煤3#；
15.所述焦煤类别中，除所述焦煤1#和所述焦煤3#以外的所述焦煤，记为焦煤2#。
16.在本发明的一些实施例中，所述矿物质催化指数按式(1)计算：
[0017][0018]
式中：mci为矿物质催化指数，无单位；ad为煤的干基灰分，单位为％；vd为煤的干基挥发分，单位为％；fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、bao、mno2、sio2、al2o3、tio2为灰分中各物质的质量分数，单位为％。
[0019]
在本发明的一些实施例中，所述瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤按中国煤炭分类的国家标准进行分类；可选的，所述国家标准为《gb/t 5751-2009中国煤炭分类》。
[0020]
为达到上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种炼焦配煤方法，包括：
[0021]
按如上所述的炼焦煤的分类方法分类对炼焦煤进行分类，并对分类获得的炼焦煤的各单种煤进行混配。
[0022]
在本发明的一些实施例中，各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#5～25％，焦煤2#10～30％，焦煤3#5～30％，焦煤1#、焦煤2#和焦煤3#三者的含量之和≤50％。
[0023]
在本发明的一些实施例中，各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#25～30％，焦煤3#15～25％，焦煤1#和焦煤3#二者的含量之和≤50％。
[0024]
在本发明的一些实施例中，各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#10～30％，焦煤2#10～35％，焦煤1#和焦煤2#二者的含量之和≤50％。
[0025]
为达到上述目的，本发明第三方面的实施例提出了如上所述的炼焦配煤方法在存在炼焦煤资源分散、储量有限或煤种混杂问题的地区炼焦配煤中的应用。
[0026]
本发明实施例的炼焦配煤方法、炼焦配煤方法的应用的有益效果与本发明实施例的炼焦煤的分类方法的有益效果基本相同，在此不再赘述。
[0027]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0028]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]
图1为炼焦煤镜质体随机反射率与焦炭抗碎强度(m
40
)的关系图。
[0030]
图2为炼焦煤镜质体随机反射率与焦炭耐磨强度的关系图。
[0031]
图3为炼焦煤矿物质催化指数与焦炭反应性的关系图。
[0032]
图4为炼焦煤矿物质催化指数与焦炭反应后强度的关系图。
[0033]
图5为本发明实施例的炼焦煤的分类方法的分类思路图。
具体实施方式
[0034]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0035]
本发明实施例的炼焦煤的分类方法，基于以下分类指标进行：干燥无灰基挥发分(v
daf
)；镜质体随机反射率(r
ran
)；黏结指数(g
r.i
)；矿物质催化指数(mci)。
[0036]
其中，干燥无灰基挥发分(v
daf
)和黏结指数(g
r.i
)按照国标方法测试，具体的：干燥无灰基挥发分(v
daf
)测试按照国标《gb/t212-2008煤的工业分析方法》进行；黏结指数(g
r.i
)测试按照国标《gb/t 5447-2014烟煤黏结指数测定方法》进行。
[0037]
其中，镜质体随机反射率(r
ran
)测试按照国标《gb/t6948-2008煤的镜质体反射率显微镜测定方法》或《gb/t40485-2021煤的镜质体随机反射率自动测定图像分析法》进行。
[0038]
常规炼焦用煤几个煤种的镜质体反射率变化范围有一定的规律，可以参与到煤种判别中，表1为文献中根据全国600余个煤样统计结果部分展示。
[0039]
表1镜质体平均最大反射率可能对应的炼焦煤种
[0040]
最大反射率可能煤种最大反射率可能煤种《0.8气煤、气肥煤1.1-1.31/3焦煤、焦煤、肥煤0.8-1.01/3焦煤、气煤、肥煤、气肥煤1.3-1.4焦煤、肥煤1.0-1.11/3焦煤、肥煤》1.4焦煤
[0041]
备注：表1中数据来自李文华,白向飞,杨金和,陈文敏,马伟伟.烟煤镜质组平均最大反射率与煤种之间的关系[j].煤炭学报,2006,(03):342-345。
[0042]
根据部分数据显示，镜质体随机反射率对于单种煤在工业生产捣固焦炉中炼制的焦炭质量(抗碎强度和耐磨强度)上也能反应出明显的关系，如图1和图2所示。
[0043]
其中，矿物质催化指数(mci)：
[0044]
由于煤中的矿物质绝大部分会转入焦炭中，对煤的成焦过程及所得焦炭的热性质具有重要影响。对焦炭反应性具有正催化作用的矿物质如k2o、na2o、cao、mgo和fe2o3等，主要为碱金属、碱土金属以及过渡金属等，可以催化焦炭的溶损反应；对焦炭反应性具有负催化作用的矿物质主要包括硼系矿物质、钛系矿物质等，可以降低焦炭的co2气化反应，改善其热性质；此外还有无明显催化作用的惰性矿物质。针对矿物质对焦炭cri和csr的影响，众多学者进行了大量的研究，总结出预测灰分对反应性影响的mci指数。这里采用的是杨俊和博士建立的经典矿物质对焦炭气化反应的影响指数计算式(式(1))计算矿物质催化指数(杨俊和,冯安祖,杜鹤桂.矿物质催化指数与焦炭反应性关系[j].钢铁,2001,(06):5-9)：
[0045][0046]
式中：mci为矿物质催化指数，无单位；ad为煤的干基灰分，单位为％；vd为煤的干基挥发分，单位为％；fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、bao、mno2、sio2、al2o3、tio2为灰分中各物质的质量分数，单位为％。
[0047]
煤中存在的碱性矿物质会对热解过程及所得焦炭的热性质产生重要影响，不同的赋存状态在热转化过程中的迁移以及对焦炭性质的影响存在差异。煤中碱性矿物质的含量较少，但其是焦炭反应性良好的催化剂，会导致焦炭的热性质劣化。根据一些样品数据，矿物质催化指数(mci)与焦炭的反应性和反应后强度存在相关性，如图3和图4所示。
[0048]
本发明实施例的炼焦煤的分类方法包括：
[0049]
根据《gb/t 5751-2009中国煤炭分类》将炼焦煤分为瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤；
[0050]
获取焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数，根据焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数对焦煤进行分类。
[0051]
其中，根据焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数对焦煤进行分类的方法为：
[0052]
当焦煤的镜质体随机反射率≤1.33％，矿物质催化指数》2.70时，记为焦煤1#；
[0053]
当焦煤的镜质体随机反射率≥1.39％，矿物质催化指数≤2.70时，记为焦煤2#；
[0054]
焦煤类别中，除焦煤1#和焦煤2#以外的焦煤，记为焦煤3#。
[0055]
本发明实施例的炼焦煤的分类方法，其分类思路为：如图5所示，在煤的成因特征和工艺要求的指标选定之后，如何依据煤的自然本性和煤在热加工过程中的表观特性进行划界，是分类方案制定中的一项重要工作。本发明依据最优分割法，采用逐次对样品集合进行先分割，然后再归并的方法，对样品进行分类。
[0056]
最优分割法：把常用炼焦煤先后作一个集合，根据煤的变质程度或黏结性等特性值的数值顺序，对有序的样品进行分割。分割的位置要求达到使分割后各类内部样品之间的差异尽可能的小，而类与类之间差异尽可能的大，以此作为衡量最优分割的标准。在数学上，对有序样品总能到一个分割点满足上述要求，将样品分类。据此推广，对已分出两类中的其中一类，再寻分割该类中的另一个分割点，如此继续确定最佳类别k，就能到k-1个分割点。最终能对n个样品分成n-1类。
[0057]
分类计算方法：据此方法，本发明的实施例在中国煤炭分类标准的基础上，对单煤的镜质体反射率、黏结指数、煤岩显微组分及矿物质催化指数等指标，进行整理、统计和分类。
[0058]
焦煤是保证焦炭质量的主要煤种，因此有必要对其进行进一步的细分，以保证同一应用性分类煤种间的相互可替代性。由前文可知，挥发分不能很好的区分高挥发分煤的煤阶，而镜质体反射率不受煤岩显微组分的影响，是表征煤化程度、度量煤阶的重要指标。因此在中国煤炭分类的基础上，本发明实施例的炼焦煤的分类方法，选定镜质体反射率作为区分炼焦煤的煤阶的最主要指标。首先按照煤的变质程度寻求焦煤的最优分割点，对焦化常用焦煤的镜质体反射率进行最优分割。针对本次发明，选择焦煤样品进行统计分析，发现镜质体反射率变化范围为1.17％～1.57％，在分割类别k＝3时，焦煤镜质体反射率出现最优分割点，因此当焦煤分为3类时，误差函数变化率较小，对于分割点的稳定性进行考察后，发现焦煤的镜质体反射率分割点为1.30％～1.33％和1.39％～1.45％时，分割结果有较好的稳定性。
[0059]
需要说明的是，本发明实施例的炼焦煤的分类方法，在实际操作时，需按照国标方法测定单种煤中的煤质指标，包括干燥无灰基挥发分(v
daf
)、黏结指数(g
r.i
)、镜质体随机反射率(r
ran
)和灰成分。最后再根据测定结果，在依据国家煤炭分类标准《gb/t 5751-2009中国煤炭分类》确定煤种大类(将炼焦煤分为瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤)基础上，按照本发明实施例的炼焦煤的分类方法对焦煤作进一步细分。
[0060]
根据本发明实施例的炼焦煤的分类方法分类获得的炼焦煤可用于焦炭生产。
[0061]
本发明实施例的炼焦配煤方法，包括：按本发明实施例的炼焦煤的分类方法对炼
焦煤进行分类，并对分类获得的炼焦煤的各单种煤进行混配，其配煤方案有三种：
[0062]
第一种，各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#5～25％，焦煤2#10～30％，焦煤3#5～30％，焦煤1#、焦煤2#和焦煤3#三者的含量之和≤50％。
[0063]
第二种，各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#25～30％，焦煤3#15～25％，焦煤1#和焦煤3#二者的含量之和≤50％。
[0064]
第三种，各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#10～30％，焦煤2#10～35％，焦煤1#和焦煤2#二者的含量之和≤50％。
[0065]
需要说明的是，三种配煤方案中各单种煤混配的重量百分比之和均为100％。
[0066]
本发明实施例的炼焦配煤方法，适用于存在炼焦煤资源分散、储量有限或煤种混杂等问题的地区进行炼焦配煤应用。
[0067]
下面结合具体的实施方式来说明本发明实施例的炼焦煤的分类方法。
[0068]
实施例1
[0069]
本实施例的炼焦煤的分类方法为：先根据《gb/t 5751-2009中国煤炭分类》将炼焦煤分为瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤；再根据焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数对焦煤进行分类：
[0070]
当焦煤的镜质体随机反射率≥1.39％，矿物质催化指数《2.70时，记为焦煤1#；
[0071]
当焦煤的镜质体随机反射率≤1.33％，矿物质催化指数≥2.70时，记为焦煤3#；
[0072]
焦煤类别中，除焦煤1#和焦煤3#以外的焦煤，记为焦煤2#。
[0073]
按本实施例的炼焦煤的分类方法对某厂的6种炼焦煤进行分类，具体方法为：将该厂的6种炼焦煤分别编号为a煤、b煤、c煤、d煤、e煤、f煤，另外再外购两种煤编号为h煤和i煤。首先，根据本发明涉及的国家相关标准测定所有煤样干燥无灰基挥发分(v
daf
)和黏结指数(g
r.i
)，各单种煤煤质指标对应国家煤炭分类标准(《gb/t 5751-2009中国煤炭分类》)，确定a煤煤种为1/3焦煤(1/3jm)，b煤、c煤、d煤、h煤和i煤煤种为焦煤(jm)，e煤煤种为瘦煤(sm)，f煤煤种为气煤(qm)。其次，测定所有焦煤煤样的镜质体随机反射率(r
ran
)，测定b煤、c煤、d煤、h煤和i煤样品的灰成分含量，然后按照式(1)计算b煤、c煤、d煤、h煤和i煤的矿物质催化指数，根据本实施例中分类方法对焦煤(jm)进行分类，确定a煤为1/3焦煤(1/3jm)，b煤和h煤为焦煤1#(jm1#)，c煤和i煤均为焦煤2#(jm2#)，d煤为焦煤3#(jm3#)。a煤、b煤、c煤、d煤、e煤、f煤、h煤、i煤各指标检测数据分类结果见表2。
[0074]
表2 a煤～i煤各指标检测数据分类结果
[0075][0076][0077]
根据炼焦煤参与的炼焦配煤方法中的配煤方案规则，可以矿区煤样煤质特征为基础，综合考虑储量、价格等问题，灵活采用不同配煤方案进行工业捣固焦炉炼焦生产，这里用a煤、b煤、c煤、d煤、e煤、f煤展示3种配煤案例，具体见表3。为更好地说明方案可行性，将h煤替换c煤(方案2中对应煤种)、i煤替换d煤(方案3中对应煤种)进行验证试验，替换后的配煤方案具体内容见表3中方案4和方案5。
[0078]
表3 a煤～g煤的3种配煤方案及h煤、i煤的替换配煤方案
[0079][0080]
备注，表3中“wt％”表示重量百分比。
[0081]
对表3中的按照三种配煤方案以及两种替换方案炼制的焦炭进行质量检测，测试结果见表4。与中国家标准《gb/t1996-2017冶金焦炭》不同级别的焦炭质量要求对比发现，示例中三种配煤方案所得焦炭产品质量高，能够达到二级焦以上标准，说明配煤方式合理。同时，按照两种替换方案所炼制所得焦炭的质量与原方案相比差异较小，说明配煤方案有很强的实际操作性，对于稳定焦炭产品质量效果显著。
[0082]
表4工业生产捣固焦炉试验焦炭质量
[0083][0084]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0085]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
[0086]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种炼焦煤的分类方法，其特征在于，包括：将炼焦煤分为瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤；获取所述焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数，根据所述焦煤的镜质体随机反射率和所述矿物质催化指数对所述焦煤进行分类。2.根据权利要求1所述的炼焦煤的分类方法，其特征在于，根据所述焦煤的镜质体随机反射率和所述矿物质催化指数对所述焦煤进行分类的方法为：当所述焦煤的镜质体随机反射率≥1.39％，所述矿物质催化指数<2.70时，记为焦煤1#；当所述焦煤的镜质体随机反射率≤1.33％，所述矿物质催化指数≥2.70时，记为焦煤3#；所述焦煤类别中，除所述焦煤1#和所述焦煤3#以外的所述焦煤，记为焦煤2#。3.根据权利要求1或2所述的炼焦煤的分类方法，其特征在于，所述矿物质催化指数按式(1)计算：式中：mci为矿物质催化指数，无单位；a
d
为煤的干基灰分，单位为％；v
d
为煤的干基挥发分，单位为％；fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、bao、mno2、sio2、al2o3、tio2为灰分中各物质的质量分数，单位为％。4.根据权利要求1所述的炼焦煤的分类方法，其特征在于，所述瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤按中国煤炭分类的国家标准进行分类。5.根据权利要求4所述的炼焦煤的分类方法，其特征在于，所述国家标准为《gb/t5751-2009中国煤炭分类》。6.一种炼焦配煤方法，其特征在于，包括：按如权利要求2所述的炼焦煤的分类方法对炼焦煤进行分类，并对分类获得的炼焦煤的各单种煤进行混配。7.根据权利要求6所述的炼焦配煤方法，其特征在于：各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20～25％，焦煤1#5～25％，焦煤2#10～30％，焦煤3#5～30％，焦煤1#、焦煤2#和焦煤3#三者的含量之和≤50％。8.根据权利要求6所述的炼焦配煤方法，其特征在于：各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#25～30％，焦煤3#15～25％，焦煤1#和焦煤3#二者的含量之和≤50％。9.根据权利要求6所述的炼焦配煤方法，其特征在于：各单种煤混配的重量百分比为：气煤5～20％，瘦煤5～20％，1/3焦煤20％～25％，焦煤1#10～30％，焦煤2#10～35％，焦煤1#和焦煤2#二者的含量之和≤50％。10.如权利要求6至9任意一项所述的炼焦配煤方法在存在炼焦煤资源分散、储量有限或煤种混杂问题的地区炼焦配煤中的应用。

技术总结

本发明公开了一种炼焦煤的分类方法、炼焦配煤方法和应用，其中炼焦煤的分类方法包括：将炼焦煤分为瘦煤、焦煤、1/3焦煤和气煤；获取焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数，根据焦煤的镜质体随机反射率和矿物质催化指数对焦煤进行分类。本发明所述的炼焦煤的分类方法，能够更合理、充分利用珍贵的炼焦煤资源，也能保证在实际生产过程中遇到原料煤发生变化等情况时便捷调整配煤方案，保证焦炭质量稳定。定。