破碎方式和粒度对低阶煤在炼焦配煤中的影响研究

收稿日期：２０２１０１?
１６作者简介：刘莹莹（１９８９－），女，北京人，助理工程师，研究方向为煤及煤制品评价。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２１．０４．０３６
破碎方式和粒度对低阶煤在炼焦配煤中的影响研究
刘莹莹
（１．煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院，北京　１０００１３；２．煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京　１０００１３；
３．煤炭工业节能监测中心，北京　１０００１３）
摘　要：我国优质炼焦煤资源日益短缺，是未来制约焦化行业发展的主要因素。

为了节约优质炼焦煤资源、降低企业成本，扩大炼焦煤种是可行且有效的方法之一。

文章选取了一种低阶煤进行配煤炼焦，通过对破碎方式、破碎粒度的改变，分析其应用于顶装和捣固两种不同炼焦工艺的配煤炼焦中对焦炭质量的影响。

关键词：低阶煤；破碎方式；粒度；炼焦配煤；焦炭质量
中图分类号：ＴＱ５２０ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５２７９８（２０２１）０４?００９８?
０３ 焦炭在炼钢过程中起支撑作用，在保持强度的
基础上热量越高越好［１］。

炼焦用煤的煤质特性和
炼焦工艺条件是影响焦炭品质的两大因素。

煤料的
粉碎是焦化备煤工艺中重要的一环，在配煤炼焦中
根据不同煤种的煤质特性控制其粉碎粒度［２］，通过
调节煤粒度得到适宜的煤岩组分，改善其黏结性，提高焦炭质量。

１　入炉煤粒度对焦炭强度的影响
１．１　炼焦煤粉碎性能
入炉煤煤质特性是影响炼焦过程及焦炭质量的最主要因素，同时备煤工艺条件也与之有着密切关系。

同一种煤的破碎细度不断增加，焦炭强度先增加后降低；不同煤种的最佳粉碎度取决于煤的黏结性，黏结性越好，与焦炭强度极大值对应的粉碎度越高。

对于配煤炼焦而言，确定粉碎粒度的依据是各单种煤的煤质、粉碎特性。

为了保持强黏结性煤的黏结性优势，应对其进行粗粉碎，如配加弱黏煤或不黏煤，细粉碎可以增加其配入量。

煤的黏结性不仅取决于煤质特性，亦受煤颗粒大小以及整体粒度分布的影响，因此为得到强度最好的焦炭，须对不同煤种进行粒度和粒度分布的调节，寻找最适宜的细
度［３］。

１．２　不同煤种的粒度组成对焦炭强度的影响
煤岩配煤理论将煤的岩相组成分为活性组分和
惰性组分［４］。

将气、肥、焦、瘦四种传统炼焦煤种破
碎至不同的粒度，粗粒度优于中、细粒度，说明活性组分多的煤颗粒粒度较大有利于提高黏结性；黏结
性较差的气煤和瘦煤则相反，尤其是瘦煤，表明惰性组分多的煤颗粒细粉碎对炼焦有利，适宜细粉
碎［
５］。

在炼焦过程中，当惰性组分较多且粗破碎时所得焦炭强度较差，粉碎粒度逐渐减小至小于３ｍｍ时，焦炭强度最好，若继续粉碎至小于０．５ｍｍ时焦炭强度又明显下降。

如过细粉碎是不利于黏结的。

细粉碎有利于活性组分较多的煤料炼焦，所得焦炭强度高，若进一步细粉碎，焦炭强度仍略有提高，虽然过细粉碎会在一定程度上降低黏结性，但与此同时也降低了收缩阶段的内应力，减小了龟裂，因此焦炭强度仍有所提高。

１．３　入炉煤的粒度分布原则
备煤工序中如何选择适宜的粉碎工艺、破碎设备是以入炉煤的粉碎粒度分布最优化为基础的，为
实现粒度分布最优化应遵循以下原则［
７］
：１）　入炉煤的细粒化和均匀化。

为了保证入
炉煤破碎后各组分煤颗粒混合均匀，入炉煤整体粒度组成中大部分颗粒的粒度应小于３ｍｍ。

２）　入炉煤的粉碎。

为了避免由于过细粉碎使表面积增大的煤颗粒过度吸附胶质体或者由于小
颗粒热解时内部气体容易析出减少胶质体的生成导致的黏结性降低，应对入炉煤中黏结性好的煤和活性组分粗粉碎，黏结性差的煤和惰性组分细粉碎，以减少裂纹中心。

３）　控制入炉煤粒度的上、下限。

入炉煤一般的破碎粒度下限为０．５ｍｍ，粒度上限与入炉煤堆密度密切相关，一般是随堆密度的增加而降低。

问题探讨
总第２６０期
４）　入炉煤粒度分布的堆密度最大原则。

入炉煤中各粒级的含量分布，应保证不同粒度的煤粒可相互填充，以实现入炉煤堆密度最大。

通过提高入炉煤的堆密度，改善其黏结性，保证焦炭质量。

２　低阶煤备煤处理方式及破碎粒度影响
备煤工艺中的煤粉碎大体分为配合粉碎和分别
粉碎两种工艺［８］
，不同煤和配合煤应采用与之相适应的备煤工艺。

为此，开展了低阶煤备煤处理方式及其粒度影响试验研究。

２．１　试验方案设计
结合强黏结性煤粗粉碎要优于细粉碎，本试验黏结性的基础煤破碎粒度组成、配煤方案及炼焦工艺条件均不发生变化，主要考虑配入的不同粒度的低阶煤，探索低阶煤的粒度和破碎方式在炼焦配煤中的影响。

本试验中设计低阶煤的粒度组成见表１。

在确定低阶煤的最佳粒度组成后，保持配煤方
案及其它炼焦工艺条件不变的前提下，采用配合粉碎的方式进行炼焦试验，并对两种备煤方式所得焦
炭质量进行对比。

表１　低阶煤的粒度组成 ％
编号＞３ｍｍ２～３ｍｍ１～２ｍｍ０．５～１ｍｍ＜０．５ｍｍ１１８．２４１３．５２１１．９７２１．７４３４．５３２６．６９１５．８５１６．７８２４．５８３６．１０３０．１８６．００１２．５３２８．４８５２．８１４０．０００．２５９．８９３９．３０５０．５６５０．０００．０００．１１４１．９１５７．９８６
０．００
０．００
０．００
０．００
１００．００
２．２　破碎粒度对顶装工艺所得焦炭质量的影响
在顶装配煤炼焦工艺条件下，考虑到低阶煤可能配入量不会太大，低阶煤粒度对焦炭质量影响可能较小。

因此，设计配煤方案中，低阶煤配入量为１５％，基础煤占８５％。

不同粒度组成的低阶煤（表１）与基础煤配合炼焦，所得焦炭质量见表２、表３。

表２　低阶煤配煤炼焦粒度试验焦炭粒度（顶装）
低阶煤粒度组成编号名称
粒度组成／％
＞８０ｍｍ６０～８０ｍｍ４０～６０ｍｍ２０～４０ｍｍ１０～２０ｍｍ＜１０ｍｍ１Ｓ－１
２３．６９４０．０７２８．２２３．８３０．７１３．４８２Ｓ－２３１．８８３７．０６２３．５４４．６８０．６７２．１７３Ｓ－３３５．４９３４．６０２３．６４４．１３０．５０１．６４４Ｓ－４３１．２２３６．４５２４．５１５．５６０．７３１．５３５Ｓ－５３２．２２３６．７８２３．２９４．７３０．７０２．２８６
Ｓ－６
３３．４３
３５．１３
２４．５２
４．８５
０．５５
１．５２
表３　低阶煤配煤炼焦粒度试验焦炭基本性质（顶装）
低阶煤
粒度组成编号名称
机械强度／％
Ｍ４０
Ｍ２５Ｍ１０反应
性／％ＣＲＩ反应后
强度／％ＣＳＲ１Ｓ－１
７９．２８９．４８．６３４．８４９．８２Ｓ－２８１．６９０．８７．８３３．３５３．８３Ｓ－３８１．２８７．８７．４３５．１５０．１４Ｓ－４８０．６８９．２８．４３４．１４８．９５Ｓ－５７９．４８８．６１０．２３５．７４８．６６
Ｓ－６
８０．８
８８．０
８．０
３４．５
５１．１
对焦炭的冷、热态强度与不同粒度的低阶煤作
图。

图１是不同粒度的低阶煤对焦炭冷强度的影响，图２
为不同粒度的低阶煤对焦炭热性质的影响。

图１　
不同粒度的低阶煤与焦炭机械强度关系
图２　不同粒度的低阶煤与焦炭热性质关系
由图１可以看出，随着低阶煤粒度组成逐渐变
细，并在低阶煤粒度３ｍｍ以下约８５％时，焦炭的冷态强度最佳；根据图２
知，随着低阶煤粒度组成逐渐变细，并在低阶煤粒度３ｍｍ以下约８５％时焦炭热性质最好。

综合考虑焦炭的冷、热态强度，可以认为
顶装炼焦工艺下，低阶煤粒度３ｍ
ｍ以下约８５％时，焦炭质量较好。

因此，粒度过细的低阶煤配煤炼焦所得焦炭质量较差。

２．３　破碎粒度对捣固工艺所得焦炭质量的影响
在捣固配煤炼焦工艺下，可以适当多配入高挥发分的低阶煤。

因此，设计配煤方案时，低阶煤配比
为２
０％，基础煤种占８０％。

同顶装工艺一样，基础煤种粒度组成保持不变，只按表１数据改变低阶煤粒度组成配合炼焦，得到的焦炭质量见表４、表５。

表４　低阶煤配煤炼焦粒度试验焦炭粒度（捣固）
低阶煤粒度组成编号名称
粒度组成／％
＞８０ｍｍ６０～８０ｍｍ４０～６０ｍｍ２０～４０ｍｍ１０～２０ｍｍ＜１０ｍｍ１Ｄ－１
２３．０７４０．２５３０．３４４．６４０．４６１．２４２Ｄ－２３５．７６３８．２４１９．６６４．４９０．４６１．３９３Ｄ－３３１．０１３８．２８２３．１５５．３００．６０１．６６４Ｄ－４３１．８８３５．５９２４．９６５．６４０．４８１．４５５Ｄ－５３４．７８３６．４９２２．９８３．７３０．４７１．５５６
Ｄ－６
３７．６２
３２．７６
２１．９４
６．２７
０．４７
０．９４
表５　低阶煤配煤炼焦粒度试验焦炭基本性质（捣固）
低阶煤
粒度组成编号名称
机械强度／％
Ｍ４０
Ｍ２５Ｍ１０反应
性／％ＣＲＩ反应后
强度／％ＣＳＲ１Ｄ－１
８５．４９３．２４．４３５．０５１．４２Ｄ－２８４．２９２．８４．８３２．５５６．９３Ｄ－３８３．４９４．０５．２３５．０５０．８４Ｄ－４８３．４９２．０６．４３４．５４８．９５Ｄ－５８１．２９０．４７．０３７．０４７．８６
Ｄ－６
８４．０
９３．２
５．２
３６．９
４９．８
对表中焦炭的冷、热态强度与不同粒度的低阶
煤作图。

图３是不同粒度的低阶煤对焦炭冷强度的影响，图４
为不同低阶煤粒度对焦炭热强度的影响。

图３　
不同粒度的低阶煤对机械强度影响
图４　不同粒度的低阶煤对热强度影响
由图３可知，焦炭的冷态强度随低阶煤粒度组成的变细呈下降趋势，观察图４，焦炭的热态强度在
低阶煤粒度３ｍｍ以下约８５％时最佳。

综合考虑，说明在捣固工艺条件下，低阶煤粒度３ｍｍ以下适宜的配煤炼焦工艺粒度占比约为８５％。

２．４　破碎方式对焦炭质量的影响
为研究何种备煤工艺更适合低阶煤配煤炼焦，特设计如下试验。

以粒度影响试验中确定的低阶煤最佳粒度配煤方案为对比对象，保持该方案的配比不变，分别在捣固和顶装两种炼焦工艺下，进行两种备煤工艺下的炼焦试验，所得焦炭质量见表６、表７。

表６　不同备煤工艺下焦炭粒度
炼焦工艺破碎方式粒度组成／％
＞８０ｍｍ６０～８０ｍｍ４０～６０ｍｍ２０～４０ｍｍ１０～２０ｍｍ＜１０ｍｍ顶装分别粉碎３１．８８３７．０６２３．５４４．６８０．６７２．１７顶装配合粉碎３１．００３９．０５２２．４２５．６００．５３１．４０捣固分别粉碎３５．７６３８．２４１９．６６４．４９０．４６１．３９捣固
配合粉碎
３９．３１
３５．２８
１８．２４
４．９７
０．４７
１．７３
表７　不同备煤工艺下焦炭基本性质
炼焦工艺破碎
方式机械强度／％Ｍ４０Ｍ２５Ｍ１０反应性／％ＣＲＩ反应后
强度／％ＣＳＲ顶装分别粉碎８１．６９０．８７．８３３．３５３．８顶装配合粉碎８０．４９０．８８．０３３．８５３．３捣固分别粉碎８４．２９２．８４．８３２．５５６．９捣固
配合粉碎
８２．８
９１．６
５．２
３３．２
５６．１
从表６和表７中数据可以得到：在顶装工艺下，
两种备煤工艺相比，分别粉碎所得焦炭的冷态强度
稍好，但差别不大；焦炭的Ｃ
ＳＲ配合粉碎下为５３．３％，而分别粉碎下为５３．８％，两者的差别在实验误差范围内。

综合分析说明，分别粉碎所得焦炭质
量稍好于配合粉碎所得焦炭质量，但两者差别不显著。

在捣固工艺下，分别粉碎与配合粉碎相比，焦炭质量稍好一些。

综合考虑，捣固工艺下，分别粉碎所得焦炭质量稍好于配合粉碎所得焦炭质量，但两者差别亦不显著。

综上所述，可以认为“分别粉碎”较“配合粉碎”时所得焦炭质量稍好，说明低阶煤配煤炼焦，选择何种备煤工艺，对焦炭质量影响不大。

（下转第１０８页）
图２　工作来压步距统计
４　结　语
综放开采一次性采出空间较大，其顶板活动规律与采场矿压显现规律相对复杂，理论计算了栖凤煤业５１４０８工作面直接顶和基本顶初次来压、周期来压步距及所需的支架强度，现场实测了支架受力情况，结果显示，煤层倾角导致工作面下部矿压显现相对严重，其初次和周期来压强度最大，动载系数最大，而工作面跨度较大导致工作面中部顶板岩层提前破断，来压步距较小。

参考文献：
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［４］　李军委．厚煤层综放采场矿压显现规律与支架适应性研究［Ｊ］．煤炭技术，２０２０，３９（１０）：５０－５２．
［５］　孔令海．特厚煤层大空间综放采场覆岩运动及其来压规律研究［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２０２０，３７（５）：
９４３－９５０．
［责任编辑：常丽芳］
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨
（上接第１００页）
３　结　语
基于对煤粉碎特性的分析，无论是入炉煤粒度的分布原则，还是不同煤种的适宜破碎粒度，均是为了保证入炉煤的黏结性最优。

本文选用了６种不同粒度组成的低阶煤进行配煤炼焦试验，分别研究了配加低阶煤在两种不同备煤方式、两种炼焦工艺下对焦炭质量的影响。

通过４０ｋｇ焦炉试验，无论是何种炼焦工艺，分别破碎所得焦炭的质量都略优于配合粉碎，但差距不明显。

无论是顶装工艺还是捣固工艺，低阶煤适宜的配煤炼焦工艺粒度为３ｍｍ以下占比８５％左右，所得焦炭的冷、热态强度最佳，遵循了入炉煤的粒度分布细粒化和均匀化的原则。

参考文献：
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（上接第７３页）
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社，２００７．
［３］　中华人民共和国建设部．ＧＢ５０１２７－２００７架空索道工程技术规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００７．
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［责任编辑：常丽芳］
２０２１年４月 王瑞杰：神达栖凤煤业综放面顶板运动特征与采场矿压规律分析 第３０卷第４期。