专嗣技 ＣＩＳＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 焦炭光学组织在煤质评价中的研究 徐丹曾涛黄可 （重钢股份公司焦化厂） 摘要本文通过对青海煤、肥煤、焦煤、１／３焦煤和气煤进行煤岩分析、黏结性分析，并测定各单种煤所 炼焦炭的光学组织组成和焦炭冷态强度，主要利用光学组织评价了青海煤的性质。研究结果表明：青海煤变 质程度与肥煤接近，但是其黏结性较肥煤要差。青海煤所炼焦炭冷态强度较肥煤和焦煤所炼焦炭要差，略好 于１／３焦煤所炼焦炭。青海煤所炼焦炭光学组织与细粒镶嵌和丝炭与破片为主，中粒和粗粒镶嵌含量较少。 而肥煤和焦煤所炼焦炭光学组织以中粒和粗粒镶嵌为主，细粒镶嵌的含量较少。青海煤的性质与１／３焦煤更 加接近，故在配煤炼焦中青海煤视作ｌ／３焦煤使用更为合理。 关键词青海煤变质程度黏结性焦炭质量光学组织 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｅｖａｌｕａｔｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｂｙ ｃｏｋｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｘｔｕ ｒｅ Ｘｕ Ｄａｎ Ｚｅｎｇ Ｔａｏ Ｈｕａｎｇ Ｗｅｎｌｉａｎｇ （Ｃｏｋｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｉｎ ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｉｒｏｎ＆ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｐａｎｙ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｃａｋｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ，ｇａｓ ｃｏａｌ，１／３ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ，ｆａｔ ｃｏａｌ ａｎｄ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｘｔｕｒｅｓ ｏｆ ｃｏｋｅｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏａｌｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｉｔｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｘｔｕｒｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ：Ｔｈｅ ｒａｎｋ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｃｌｏｓｅｄ ｗｉｔｈ ｆａｔ ｃｏａｌ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｃａｋｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｗｅｒｅ ｗｏｒｓｅ ｔｈａｎ ａｆｔ ｃｏａ１．Ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｋｅ ｍａｄｅ ｒｆｏｍ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｗｅｒｅ ｗｏｒｓｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｋｅｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ａｔｆ ｃｏａｌ ａｎｄ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ，ｂｕｔ ｉｔｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｋｅ ｍａｄｅ ｒｏｍ １／ｆ３ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａ１．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｘｔｕｒｅ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｍａｉｎｌｙ ａｒｅ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ，ｆｕｓｉｔ ｌｉｋｅ ａｎｄ ｆｒａｇｍｅｎｔｌａ ｔｅｘｔｕｒｅｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｍｏｓａｉｃ ａｎｄ ｃｏａｒｓｅ ｍｏｓａｉｃ ｔｅｘｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｌｏｗ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｘｔｕｒｅ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ａｔｆ ｃｏａｌ ａｎｄ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ ｍａｉｎｌｙ ｒｅ ｍｅｄｉａｕｍ ｍｏｓａｉｃ ａｎｄ ｃｏａｒｓｅ ｍｏｓａｉｃ ｔｅｘｔｕｒｅｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｓ ｌｏｗ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｗａｓ ｃｌｏｓｅｄ ｗｉｔｈ １／３ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｗａｓ ｔｒｅａｔｅｄ ａｓ １／３ ｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ ｉｎ ｃｏａｌ ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｉｓ ｍｏｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｑｉｎｇｈａｉ ｃｏａｌ ｃｏａｌ ｒａｎｋ ｃａｋｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｃｏｋｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｘｔｕｒｅｓ １前言 黏结性是炼焦煤最重要的工艺性质之一，在冶金 工业中煤的黏结性是评价炼焦煤性质的主要指标 。但 是，部分变质程度接近或相同煤，其黏结性有时候 却有很大的差异闭。因较难以掌握这些较为特殊的煤 组织组成来判断变质程度接近但性质不同的煤之间 的差异。因此焦炭光学组织在评价煤质方面有着较 为广泛的前景。 本文以主要以煤质较为特殊的青海煤作为研究 对象，为综合评价青海煤的性质，特选取了典型的 气煤（代号Ｄ１）、１／３焦煤（代号Ｂ４）、肥煤（代号 ｃ２）和焦煤（代号Ａ３）作为参照。通过对各单种煤 进行工业分析、煤岩分析、黏结性分析，并测定各 的性质，因此会制约这些煤在配煤炼焦中的使用。 当炼焦操作条件相同时，所炼焦炭的光学组织是与 原料煤的煤质紧密相关的口 。因此可以从焦炭光学 ・１１・ 《焦炭光学组织在煤质评价中的研究》 单种煤所炼焦炭的冷态机械强度和光学组织组成。 主要通过青海煤所炼焦炭光学组织组成来评价、推 断其性质，使其在配煤炼焦中能够得到合理的使用。 ２试验研究 ×ｌｃｍ，总测定点数ｌ万点。 ２．３单种煤小焦炉炼焦试验 单种煤小焦炉炼焦试验在４０ｋｇ试验焦炉上进 行，该试验焦炉采用电加热，煤饼两面受热，其余 加热面采用石棉板保护。基本尺寸：４１０ｍｍ×５６０ｍｍ ×５００ｍｍ。试验操作条件为：实际装煤量为３６ｋｇ（干 基），装炉煤水分为１０％，装炉煤细度＜３ｒａｍ占８５％； 装煤温度８００℃，结焦时间１７ｈ，焦饼温度为９５０～１０５０ ２．１工业分析及黏结指数的测定 各单种煤的工业分析参见国家标准ＧＢ／Ｔ ２１２— ２００１《煤的工业分析方法》进行测定；各单种煤的 黏结指数Ｇ值参见国家标准ＧＢｆＩ＇５４４７—１９９７《烟煤 黏结指数测定方法》进行测定；各单种煤的胶质层 最大厚度Ｙ值参见国家标准ＧＢ／Ｔ ４７９－－２０００《烟煤 胶质层指数测定方法》进行测定；各单种煤的基氏 流动度参见国家标准ＧＢ／Ｔ ２５２１３－－２０１０《煤的塑性 测定恒力矩吉氏塑性仪法》进行测定。 ２．２镜质组平均最大反射率 粉煤光片的制作参见国家标准ＧＢ／Ｔ １６７７３— ２００８《煤岩分析样品制备方法》进行制作。利用ＨＤ 型全自动显微光度计测定各单种煤煤样镜质组平均 最大反射率和镜质组反射率分布。样品测定面积ｌｃｍ ℃，火道温度为ｌ１５０℃。炼焦速度为２４．１ ｍｍ／ｈ。 ２．４焦炭冷态机械强度的测定 焦炭冷态机械强度包括抗碎强度（Ｍ柏）和耐磨 —强度（Ｍ，ｏ）。焦炭冷态强度参加国家标准ＧＢ／Ｔ ２００６ ２００８《焦炭机械强度的测定方法》进行测定。 各单种煤干燥无灰基挥发份（Ｖａ ）、镜质组平均 最大反射率（Ｒ一）、黏结指数Ｇ值、胶质层最大厚度 Ｙ、最大流动度、塑性温度区间和所炼焦炭的冷态机 械强度如表１所示。青海煤和Ｃ２肥煤的镜质组反射 率分布图分别如图１和图２所示。 表１单种煤性质及所炼焦炭质量 注：Ｄ１为气煤、Ｂ４为１／３焦煤、Ｃ２为肥煤、Ａ３为焦煤，在此均用作数据对比。 图１青海煤镜质组反射率分布图 图２ Ｃ２肥煤镜质组反射率分布图 ２．５焦炭光学组织组成的测定 粉焦光片的制作参见国家标准ＧＢ／Ｔ １６７７３一 ２００８《煤岩分析样品制备方法》进行制作。焦炭光 学组织组成按照冶金行业标准ＹＢｆＦ ０７７－１９９５进行 ・１２・ 《焦炭光学组织在煤质评价中的研究》 测定，试验设备为德国Ｌｅｉｃａ双目偏反光显微镜，白 采用计点统计法测定焦炭光学组织。测定时，样品 测定面积１．４ｃｍ×１．４ｅｒａ，点行间距４００￣ｔｍ，总测定 点数１２００点。各单种煤所炼焦炭的光学组织组成的 光入射，插入起偏镜和检偏镜，调节起偏镜与检偏 镜之间的夹角为９０。，形成正交偏光，在正交偏光 下插入石膏补偿板，选用×５０油浸物镜和×１０目镜， 测定结果如表２所示。 表２单种煤所炼焦炭光学组织组成 ３结果与讨论 度与肥煤接近，但是其黏结性与肥煤有很大差距， 这正是青海煤性质较为特殊之处。因此在配煤炼焦 ３．１单种煤煤质分析 从表ｌ中所列数据可知，青海煤、Ａ３、Ｂ４、Ｃ２ 和Ｄｌ煤的镜质组平均最大反射率分别为１．０５１％、 １．２２０％、０．８３５％、１．１０６％和０．７４７％。根据文献 提 供的烟煤镜质组平均最大反射率与煤种的对应关 系，可判断青海煤、Ａ３、Ｂ４、Ｃ２和Ｄｌ煤分别属于 肥煤、焦煤、１／３焦煤、肥煤和气煤。因此从煤岩分 析结果来看，青海煤不仅镜质组平均最大反射率Ｒｍ 与ｃ２肥煤接近，而且镜质组反射率分布图与ｃ２肥煤 也基本一致（如图１和图２所示，青海煤和Ｃ２肥煤 中将青海煤视作肥煤或焦煤进行使用没有合理依 据。故可考虑通过单种煤所炼焦炭的光学组织来评 价青海煤的性质。 ３．２单种煤所炼焦炭光学组织及冷态强度分析 从表２中所列单种煤所炼焦炭光学组织组成可 知，Ａ３焦煤和ｃ２肥煤所炼焦炭光学组织中都是以 中粒镶嵌和粗粒镶嵌组织为主（中粒镶嵌和粗粒镶 嵌组织之和超过６０％），细粒镶嵌组织的含量都低于 １０％，基本无各向同性组织。而青海煤所炼焦炭光学 组织中，细粒镶嵌组织含量超过５０％，同时还含有 约５％的各向同性组织，中粒镶嵌和粗粒镶嵌组织的 镜质组反射率分布图中各反射率区间所占比例非常 接近）。且工业分析结果表明，青海煤干燥无灰基挥 发分（Ｖａ ）为３１．５％，其Ｖ 与ｃ２肥煤也非常接近。 但是，青海煤的黏结性与Ｃ２肥煤有很大的差距（ｃ２ 肥煤Ｇ值为９５，Ｙ值为２１．９ｍｍ）。从表１中基氏流动 度的测定结果可知，青海煤的流动度（ＬｏｇＭＦ）远小 于Ｃ２肥煤的流动度，且青海煤的塑性温度区间明显 小于Ｃ２肥煤的塑性温度区间。根据煤炭分类标准 含量极少。以上结果表明，青海煤所炼焦炭的光学 组织组成与典型的肥煤和焦煤所炼焦炭的光学组织 组成有很大的差异。 为了进一步确认青海煤的性质，表２中同时也 （ＧＢ／Ｔ ５７５ｌ一２ｏ０９），青海煤属于１／３焦煤。 从黏结性的测定结果来看，青海煤的黏结指数Ｇ 值为７５，胶质层最大厚度Ｙ值为１０ｍｍ，该煤与Ｄ１ 气煤的黏结性非常接近，但从基氏流动度的测定结 果可知，青海煤的最大流动度（ＬｏｇＭＦ为３．１５）大 于Ｄ１气煤，说明青海煤热解过程中胶质体的质量均 好于Ｄｌ气煤，故青海煤的性质好于Ｄ１气煤。 列出了Ｂ４煤（１／３焦煤）和Ｄ１煤（气煤）所炼焦炭 的光学组织组成。Ｂ４煤所炼焦炭光学组织中，各向 同性和细粒镶嵌组织的含量与青海煤所炼焦炭的接 近，但中粒镶嵌和粗粒镶嵌含量较青海煤所炼焦炭 的要高，而丝炭与破片含量要低。Ｄ ｌ煤所炼焦炭光 学组织中，各向同性的含量高达３９．６％，细粒镶嵌组 织含量为３２．９％，中粒和粗粒镶嵌组织含量之和仅占 ５％。也就是说，与青海煤所炼焦炭的光学组织组成 相比较，Ｄｌ煤所炼焦炭光学组织中各向同性组织含 量较高，细粒镶嵌组织含量较低。 通过表１中所列单种煤所炼焦炭的冷态机械强 度的测定结果可以看出，青海煤所炼焦炭的抗碎强 虽然青海煤的黏结指数Ｇ值和胶质层最大厚度 Ｙ值明显较Ｂ４煤（１／３焦煤）要差，但是青海煤的 流动度和塑性温度区间与Ｂ４煤接近。青海煤变质程 ・１３・ 《焦炭光学组织在煤质评价中的研究》 度Ｍ∞和耐磨强度Ｍ ｏ分别为６４．０和ｌ２，其冷态强度 均较Ｃ２肥煤和Ａ３焦煤所炼焦炭的Ｍ加和Ｍ ｏ要差；青 海煤所炼焦炭的冷态强度略好于１／３焦煤（Ｂ４煤） 所炼焦炭的冷态强度；在本研究所选单种煤煤样中， Ｄ １气煤所炼焦炭的冷态的冷态强度相对最差。 由此可知，青海煤所炼光学组织组成与典型肥 煤、焦煤和气煤所炼焦炭的光学组织组成有很大的 差异，青海煤所炼光学组织组成与１／３焦煤所炼焦炭 光学组织组成更接近。且青海煤所炼焦炭的冷态强 度较肥煤和焦煤所炼焦炭要差，但青海煤所炼焦炭 的冷态强度又较气煤所炼焦炭强度要好。 ３－３青海煤煤质特殊性的探析 青海煤所炼焦炭光学组织中丝炭与破片含量为 ３８．５％，说明青海煤中镜质组含量偏低，而惰质组含 量偏高，这可能是由于青海煤在成煤过程中的泥炭 化阶段，经历了一定程度的氧化作用，生成了大量 富碳贫氢的惰质组。青海煤中镜质组的变质程度接 近肥煤，但是青海煤的镜质组的活性明显低于肥煤 镜质组的活性，这可能由以下两个方面的原因造成 的：（１）变质程度接近的镜质组的活性差异主要与 煤的还原程度有关 。目前认为，煤的还原程度主要 取决于泥炭沼泽中的氧化还原电位，酸碱度和盐类 成分等因素 。例如，成煤植物在氧化还原电位较高， 并具酸性，少盐类的弱还原环境下，成煤植物中的 有机质倾向于转变成有结构的贫氢镜质组，则形成 的煤的还原程度较低 。在变质程度相同时，还原程 度越低，黏结性越差，青海煤可能属于这种情况。（２） 青海煤在成煤过程中的变质阶段，可能受到地壳中 岩浆的作用，其变质程度在短时间内显著增加，使 其镜质组反射率与肥煤相当，但是其镜质组的活性 依然达不到肥煤镜质组的活性。 ３．４在配煤炼焦中青海煤的使用建议 虽然青海煤镜质组平均最大反射率与肥煤接 近，镜质组反射率分布也属于典型的肥煤分布，但 ・ｌ４・ 是无论从煤的黏结性指标还是单种煤所炼焦炭光学 组织组成和焦炭的冷态强度来看，青海煤与肥煤和 焦煤的性质均有很大的差距。因此在炼焦生产中把 青海煤当做肥煤和焦煤使用时，该煤不能够起到肥 煤和焦煤的作用。虽然青海煤的黏结指数和Ｙ值均 与气煤较接近，但是其流动度、塑性温度区间和所 炼焦炭的光学组织组成和冷态强度均较气煤要好， 故青海煤的性质明显好于气煤。由于青海煤所炼焦 炭光学组织组成与１／３焦煤更加接近，且青海煤所炼 焦炭质量略好于１／３焦煤所炼焦炭质量，因此在配煤 炼焦过程中把青海煤当做１／３焦煤使用更为合理。 ４结论 （１）青海煤变质程度与肥煤接近，但是其黏结 性较肥煤要差。 （２）青海煤所炼焦炭冷态强度较肥煤和焦煤所 炼焦炭要差，略好于１／３焦煤所炼焦炭。 （３）青海煤所炼焦炭光学组织与细粒镶嵌和丝 炭与破片为主，中粒和粗粒镶嵌含量较少。而肥煤 和焦煤所炼焦炭光学组织以中粒和粗粒镶嵌为主， 细粒镶嵌的含量较少。 （４）在配煤炼焦中，青海煤视作１／３焦煤使用 更为合理。 参考文献 ［１】虞继舜．煤化学【Ｍ】．北京：冶金工业出版社，２０００． 【２】陈鹏．，中国煤炭性质、分类和利用［Ｍ】．北京：化学工业 出版社，２００７． ［３姚昭章．炼焦学【３】Ｍ】．北京：冶金工业出版社，１９９５． ［４］何选明．煤化学【Ｍ】．北京：冶金工业出版社，２０１０． ［５］李文华，白向飞，杨金和等．烟煤镜质组平均最大反射率 与煤种之间的关系ｆＪ１．煤炭学报，２００６，３１（３）：３４２—３４５． 【６】周师庸，赵俊国．炼焦煤性质与高炉焦炭质量【Ｍ】．北京：冶 金工业出版社，２００５． 【７】张亚云．应用煤岩学基础［Ｍ Ｅ京：冶金工业出版社，１９９０．