王丰岩，张永强，，王春霞，郝刚，张冬冬

（1盛隆化工有限公司，山东滕州 277519；2江苏沙钢集团有限公司，江苏张家港 215625）

试验研究

盛隆化工焦炭质量预测

王丰岩1，张永强1，2，王春霞2，郝刚1，张冬冬1

（1盛隆化工有限公司，山东滕州 277519；2江苏沙钢集团有限公司，江苏张家港 215625）

介绍了采用煤岩学的方法预测焦炭质量的基本原理，用配煤指标预测焦炭质量并科学指导配煤是可行的。结合盛隆化工煤焦车间的实际实验数据，建立了焦炭质量预测模型，误差分析表明，焦炭各项质量指标相对误差均在6%以内，完全满足实际生产需要。

焦炭质量；预测模型；配煤；相对误差

在高炉炼铁过程中，焦炭起着还原剂、热源和骨架的重要作用，对焦炭质量的要求高，要求焦炭灰分低、含硫量少、强度大、各向异性程度高，且随着高炉工艺的发展，对焦炭质量的要求逐渐升高。对于自动化操作的大型高炉，焦炭质量稳定与否，直接关系到高炉的经济效益。焦炭反应性（CRI）和反应后强度（CSR）是表征焦炭热态强度的重要指标。用传统的小焦炉进行配煤炼焦试验，存在试验周期长、工作量大等不足，采用焦炭预测模型公式来指导配煤则具有较好的效果。

1 焦炭质量预测基本原理

经过长期的生产实践总结，焦炭质量主要取决于煤质与炼焦工艺条件。焦炭质量是用煤化度指标、黏结性指标、灰成分指标及煤岩学指标等来预测的。用煤岩学的方法来预测焦炭质量并指导配煤是可行的［1-5］。煤岩配煤的基本原理如下：

1）煤是不均一的物质。自然界每一种煤都是天然的配煤，但是大多数不是恰到好处的配比，无法达到理想的要求。为此，煤岩工作者通过显微镜观察煤在加热过程中的动态变化，把加热过程中能熔融并产生活性键的成分划为有黏结性的活性组分；加热不能熔融、不产生活性键的划为无黏结性的惰性组分。镜质组和壳质组是活性组分，丝质组是惰性组分，半镜质组是两性组分。显微组分定量结果，可提供煤中惰性成分含量或活性成分含量，用于指导配煤炼焦。

2）煤中各活性组分的质量是不均一的。混煤更是如此，即使是纯单一煤的镜质组的质量也是不均一的，这可用反射率分布图解来表征。对于我国大多数煤，平均最大反射率在1.1%左右的镜质组黏结性最强，两侧低于或高于1.1%的镜质组黏结性减弱。＜0.8%或＞1.4%之后的镜质组黏结性很弱，＜0.6%或＞1.6%之后的镜质组甚至已没有黏结性。活性成分的反射率分布图是决定炼焦煤性质的首要指标。

3）惰性成分与活性成分一样，同是配煤不可缺少的成分，缺少或过剩都对配煤炼焦不利。好的焦炭质量实际上是不同活性成分与适量惰性成分的最佳组合。从煤岩角度确定一种煤的性质，主要看镜质组反射率分布和惰性成分含量，和现行煤分类无关。

4）炼焦过程。炼焦过程不是煤粒相互熔融成均一焦炭的过程，煤粒间是通过界面反应，键合而连结起来的，其中有化学反应，也有物理结合，分解产物沿着煤粒的接触表面相互扩散，经进一步缩聚作用形成了焦块。

本研究结合盛隆化工有限公司煤焦车间2013年1—10月相关试验数据，用煤岩学的方法来预测焦炭质量，总结出了焦炭质量预测模型［1-5］，并对相关数据进行分析。

2 建立焦炭质量预测模型

1）焦炭灰分Ad.j。影响焦炭灰分的主要因素是配合煤中的灰分Ad.m。不考虑成焦率，选择焦炭中灰分与煤中灰分的关系，利用Excel对灰分进行4次一元一次线性回归分析。

得出的焦炭灰分预测模型为：

Ad.j=0.834 124Ad.m+5.236 549，R2=0.992 857。（1）

2）焦炭硫分Sj。影响焦炭灰分的主要因素是配合煤中的硫分Sm。不考虑煤中的灰分和成焦率，选择焦炭与煤中硫分的关系。利用Excel对硫分进行4次一元一次线性回归分析。

得出的焦炭硫分预测模型为：

Sj=0.511 069Sm+0.252 944，R2=0.992 161。（2）

3）焦炭冷态强度（抗碎强度M25、耐磨强度M10）。前苏联用挥发分和最大胶质层厚度预测焦炭质量。中国采用挥发分和最大胶质层厚度，或挥发分和黏结指数G来预测焦炭质量。根据生产实际，选用干燥无灰基挥发分Vdaf、灰分Ad、黏结指数G这3个自变量，利用Excel进行4次三元一次线性回归分析。三元一次线性回归模型为：

X=a0+a1Ad+a2Vdaf+a3G。

得出的焦炭冷态强度预测模型为：

M25=92.943 52+0.050 302Ad-0.132 42Vdaf-0.012 56G，R2=0.907 492；（3）

M10=3.437 063+0.180 482Ad+0.036 111Vdaf+0.030 455G，R2=0.975 064。（4）

4）焦炭热态强度热反应性CRI、反应后强度CSR。影响焦炭热态强度的因素很多，主要为煤的变质程度、煤的黏结性、炼焦工艺和煤的灰分组成。煤的变质程度可以通过干燥无灰基挥发分来表征。当煤的黏结性位于合适的范围内时，才能获得满足高炉生产要求的冶金焦炭。随着结焦时间的增加，焦炭的粒度、CRI和CSR均有所改善，焦炭的微观结构也有明显变化，各向异性结构的增加导致焦炭热态强度的提高。适当提高炼焦温度，可以改善焦炭热性能。原料煤中的矿物组分如K、Na盐等对焦炭在高炉中的反应有正催化作用。但在实际生产中，没有测定原料煤中的矿物组分所需的电感耦合等离子体发射光谱仪，采用Ad代替催化指数（MCI），从实际的回归效果来看，是可行的。

预测CRI和CSR选取的变量为Vdaf、Ad、G这3个自变量，利用Excel进行4次三元一次线性回归分析。回归模型为：

Y=b0+b1Ad+b2Vdaf+b3G。

得出的焦炭热态强度预测模型为：

CRI=28.004 49-0.872 12Ad+0.231 424Vdaf+ 0.073 326G，R2=0.892 465；（5）

CSR=94.688 91-0.441 63Ad-0.513 31Vdaf-0.275 62G，R2=0.879 49。（6）

3 误差分析

根据盛隆化工有限公司煤焦一车间2013年1—10月的19组试验数据，对焦炭质量的实测值和根据预测模型做出的预测值进行相对误差（RE）比较分析，结果见表1。

表1 盛隆化工焦炭质量实测值与预测值误差分析%

由表1可以看出，焦炭质量实测值与预测值相对误差的平均值如下：Ad为1.555%，St为0.205%，M25为5.369%，M10为4.397%，CRI为2.007%，CSR为1.349%。所有相对误差均在6%以内，因此，建立的焦炭质量预测模型完全满足实际生产需要。

［1］张振才，刘建清.包钢焦炭质量预测方法的探讨［J］.内蒙古科技与经济，1999（5）：52-55.

［2］杨秀华，丁玉献.运用回归分析对炼焦生产的预测与控制［J］.煤质技术，2004（6）：25-26.

［3］姚昭章.炼焦学［M］.北京：冶金工业出版社，2004.

［4］王光辉，范程，田文中.焦炭热态性质预测模型的研究［J］.燃料与化工，2009，1（1）：1-3.

［5］范程.大容积焦炉对配合煤质量指标要求的研究［D］.武汉：武汉科技大学，2008：9-10.

CokeQuality Prediction in Shenglong Chemical Industry

WANG Fengyan1,ZHANG Yongqiang1，2,WANG Chunxia2,HAO Gang1,ZHANG Dongdong1
（1 Shenglong Chemical Industry Co.,Ltd.,Tengzhou 277519,China; 2 Jiangsu Shagang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang 215625,China）

This article introduced the basic principle of forecasting coke quality by the methods of coal petrology.It is feasible that forecasting the coke quality by the indexes of mixing coal and guiding blending.Combining with actual test data from the Coke Plant of Shenglong Chemical Industry,the coke quality prediction model was established.The error analysis showed that the relative errors of the coke quality indexes are all within 6%,fully meeting the actual needs of production.

coke quality;prediction model;mixing coal;relative error

TQ520

：A

：1004-4620（2014）01-0036-02

2013-12-30

王丰岩，男，1980年生，2003年毕业于安徽工业大学化学工程与工艺专业。现为盛隆化工有限公司煤焦一车间技术主管、工程师，天津大学在职工程硕士，从事配煤、炼焦技术管理与研究工作。