第二章室式炼焦过程与配煤工艺

1、第二章 室式炼焦过程与配煤工艺 第一节 煤在焦炉炭化室内的结焦过程一、炭化室内炉料的动态变化 焦炉的炭化室是一个带锥度的窄长空间，煤料受两侧炉墙传递的热量加热，下面我们分析炼焦过程及其特点，并由此分析炭化室内各部位焦炭质量与特征。1、成层结焦与温度变化在煤化学中我们知道，粘结性煤加热过程中，经历了干燥、热分解、形成塑性体、转化为半焦和焦炭的过程。过程所需要的热量，由两侧炉墙提供。绘出图（表明两侧加热），因煤和塑性层导热系数低，因此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室内与炉墙垂直方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料因所受到的温度不同

2、而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙附近的煤先结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是常指的“成层结焦”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低，因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。如图2-2所示，由于各层炉料距炉墙的距离不同，传热条件也就各不相同，最靠近炉墙的煤料升温速度最快，约5min以上，而位于炭化室中心部位的炉料升温速度最慢，约2 min以下，这种温度变化的差别必然导致焦炭质量的差异。常规炼焦采用湿煤装炉，结焦过程中湿煤层被夹在两个塑性层之间，这样湿煤层内的水汽不易透过塑性层向两层外流

3、出，致使大部水汽窜入内层湿煤中，并因内层温度低而冷凝下来，这样内层湿煤水分增加，加之煤的导热系数小，使得炭化室内中心煤料升温速度缓慢，长时间停留在水的蒸发温度以下，煤料水分愈多，结焦时间就愈长，炼焦的耗热量也就愈大。 2、炭化室内膨胀压力焦炉炭化室内产生膨胀压力的原因是成层结焦的结果，两个大体上平行于两侧炉墙面的塑性层从两侧向炭化室中心移动，炭化室底面温度和顶部温度也很高，在炭化室内煤料的上层和下层同样也形成塑性层，围绕中心煤料形成的塑性层如同一个膜袋（见图2-3），膜袋内的煤热解产生气体由于塑性层的不透气性使得膜袋产生膨胀的趋势，塑性层又通过外侧的半焦层和焦炭层将压力施加于炭化室的炉墙，这种

4、压力称之为膨胀压力。膨胀压力的大小在结焦过程中随时间而变化，当两个塑性层面在炭化室中心处会合时，由于外侧焦炭和半焦层传热好、需热少，致使塑性层内的温度升高加快，气态产物迅速增加使得此时的膨胀压力值最大，通常的膨胀压力是指其最大值。 对于常规炼焦的焦炉来讲，受炭化室炉墙结构强度的制约，应控制膨胀压力的大小，这必须通过：选择煤料进行控制，这是炼焦备煤(配煤)的一项重要任务。由于炼焦炉相邻两个炭化室总是处于不同的结焦阶段，所以相邻两个炭化室炉料施加于炉墙的压力的差值是炉墙所受的侧向负荷。炼焦生产中，在制定推焦串序时，对膨胀压力要进行合理的考虑。3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系炭化室内位置与质量

5、的关系有关焦炭性质指标的变化参见图2-4。靠近炭化室墙面的焦炭，由于煤料的升温速度快，煤热分解产生的塑性体的流动性能好，塑性温度间隔宽，塑性体内煤热解产物之间相互作用改善，因而焦炭熔融良好，结构致密，质量优于内侧的焦炭。但从炭化室墙面到炭化室中心面处，温度梯度逐渐减小，因而靠墙面处的焦炭粒度相对小于中心处的焦炭粒度，这样就产生了相同的煤料在相同的炼焦条件下结焦，其焦炭质量由于上述原因，不同的块度具有不同的质量。炭化室内，接近炉墙的煤层在形成塑性层之后，面向炉墙的焦面扭曲“鼓泡”，外形如同菜花，称为“焦花”。而在炭化室中心处，由于膨胀压力最终将两侧的焦饼推向两侧，从而沿炭化室中心面形成焦饼中心裂

6、缝，在炭化室推焦前打开炉门时，可以清楚地看到焦饼中心裂缝。煤的性质与焦炭质量焦炭的块度取决于焦炭的裂纹性质，而焦炭中产生裂纹主要受半焦收缩特别是半焦收缩阶段内第一次收缩峰区间内半焦的收缩系数的影响。如图2-5所示，挥发分高的煤料收缩系数大，此外从煤化学知它的塑性温度间隔窄，因而固化时半焦层较薄，半焦气孔率大，半焦层的强度低，这样，当半焦产生收缩差时，本层内拉应力超过半焦层的许可应力，则半焦层开裂，这种裂纹垂直于墙面，故气煤焦炭多呈细条状。对于肥煤等强粘结性煤，由于塑性温度间隔宽，半焦层厚且强度高，本层层内拉应力的破坏作用居次要地位，此时，相邻层之间因温度梯度差存在，产生的收缩导致层间发生开裂。

7、这种焦饼中以平行于炭化室墙面的横裂纹居多。但是相比之下，强粘结煤的焦炭块度要大于气煤焦块度。二、炼焦过程中化学产品的生成煤高温干馏得到的炼焦化学产品的组成与煤的性质和炼焦条件有关，煤热解生成的一次化学品还要受到焦炉内炼焦条件的影响，有关内容详见第五章内容。第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件工业炼焦生产一般不采用单种煤炼焦，而通常采用多种煤配合后炼焦。常规炼焦方法是将多种炼焦煤按适宜的比例配合，然后再装炉炼焦，故又称为配煤炼焦。一、配煤的意义与配煤质量要求1、炼焦配煤的意义 配煤的目的或意义：生产出满足质量要求的优质焦炭，实现煤炭资源的合理利用增加炼焦化学产品的产量。 必要性：配煤炼焦高炉焦或

8、铸造焦的质量要求是：灰分低、硫分少、强度高、各向异性程度大，为满足上述要求，在常规炼焦方法条件下，用单种煤炼焦很难满足上述要求煤炭资源也无法满足单种煤炼焦的需求（优质炼焦煤资源有限储量、分布和开采能力的制约），工业上必须采用配煤炼焦，以确保焦炭质量和合理利用煤炭资源。在我国炼焦煤资源中，气煤比例最大，因此在炼焦配煤中应尽可能多配用高挥发气煤，这样既可增加了煤气产量和化学产品的产量，又充分利用了占我国炼焦煤种比例最大的气煤资源。2、配煤的一般原则 配煤方案？它是焦化厂规划的重要组成部分，是焦化厂设计的基础，焦化生产的重要控制参数。炼焦配煤应遵循如下一般原则： 1）配煤质量应与煤料的预处理工艺及炼

9、焦条件相适应，使焦炭的质量达到规定的指标。 2）符合本区域内煤炭资源条件，有利于扩大炼焦煤源。 3）有利于增加化学产品（多配气煤）；防止侧膨胀压力超限（炉墙损坏或推焦困难）。 4）缩短煤源平均运距，便于调配车皮（煤车对流），在特殊情况下有调节余地。5）来煤数量可靠、质量稳定。6）在上述前提下，尽量降低生产成本，以期提高经济效益。3、炼焦配煤的质量要求 配合煤质量指标大体上可以分为两类，即化学性质，如灰分、硫分、矿物质组成；工艺性质，如煤化度、粘结性、细度、膨胀压力等。配煤质量要求是由焦炭质量的要求和炼焦条件共同确定的。（1）配合煤的灰分和硫分 成焦过程中，煤料中的矿物质以灰分形式全部转入焦炭，

10、而煤料中的硫分一部分残留在焦炭中，另一部分转化为气态硫化物进入煤气，极少量进入液体产物。煤中的灰分与焦炭中的灰分关系如下： A煤 = K A焦 (2-1) S煤 = K S焦/S (2-2)式中A煤、A焦 分别为煤中和焦炭中的灰分(干基)，；K -成焦率，；一般取75%S -煤料硫分转入焦炭中的百分数，。一般S6070，其值大小受煤源和炼焦温度的影响，在确定的生产条件下，可取其统计值代入公式。利用式(2-1)和式(2-2)，可以根据焦炭灰分、硫分的要求，计算出配合煤的灰分和硫分。例如：一级冶金焦的灰分不大于12，按成焦率75计算，配合煤料的灰分应不大于9（干基）。一级冶金焦的硫分不大于0.60

11、，若按S=70计算，配合煤料的硫分应该控制在0.7以下。配合煤料的灰分和硫分可以直接测定，也可以按煤种配合比例加权平均进行计算。（2）煤化度煤化度指标是用来控制焦炭强度和块度的重要配煤参数。表征煤化度的指标可用挥发分Vdaf和镜质组分平均最大反射率。挥发分指标的测定方法简便，应用普遍，而镜质组分的平均最大反射率则能更准确地反映煤的性质，在一定范围的煤化度区域内两者之间具有较好的相关性，据我国鞍山热能所对中国148种煤作的回归分析，得如下回归方程： = 2.35 0.41Vdaf (相关系数 = - 0.947) (2-3) 配合煤的挥发分指标可以直接测定，也可以按加和性来进行计算，但二者之间有

12、一定的差异（热解过程中各种煤的热解产物之间存在相互作用）。配合煤的平均最大反射率同样可以直接测定或按加和性进行计算（由于不涉及热解过程，两种结果差异性不大）。（需要解释说明）需要指出的是，配合后煤料的煤化度指标的数值所反映的煤的性质与煤化度指标数值相同的单种煤的性质是不一样的。例如将气煤与瘦煤按适当比例配合后，其煤化度指标数值可能与焦煤或肥煤的煤化度指标相同，但是配合煤料的性质与后者的性质是不同的，这可以从反射率分布曲线上明显地看出。正因为这种原因，焦化厂在运输和储存洗精煤时，应防止不同煤种混杂，造成挥发分煤化度指标失灵。 对于常规配煤炼焦，合适的煤化度指标要求是：=1.21.3，相当于Vda

13、f =2628，煤化度过低，焦炭的平均粒度小，抗碎强度低，而且焦炭的气孔率高，各向异性程度低，焦炭质量不好。煤化度过高时，虽然焦炭的各向异性程度可以提高，但是，由于煤料的粘结性变差，成焦过程中熔融不好，焦炭的耐磨强度降低，另外还可能导致焦炉推焦困难。 （3） 配合煤的粘结性指标煤具有粘结性是煤结焦的前提条件，评价煤粘结性指标较多，有粘结指数G、最大胶质层厚度Y、最大流动度MF以及总膨胀度bt，这些指标都从不同的角度表征了煤在热解过程中生成的塑性体的性质。 我国过去一直采用最大胶质层厚度Y作为粘结性指标，其合适的范围是：Y1722mm。1975年以后，煤化所提了粘结指数G指标，推荐采用该指标指导

14、配煤，其合适范围是：G5872。当以最大流动度MF为粘结性指标时，其合适范围为701000ddpm；以总膨胀度bt为指标时，bt50%。（4）配合煤的膨胀压力煤在炭化室内膨胀压力是由多种因素所决定，膨胀压力的大小目前没有可靠的理论计算的方法，配合煤料中煤组分之间存在相互作用，因此配合煤的膨胀压力不具有加和性，只能用试验的方法加以测定。可以采用试验焦炉测定膨胀压力大小。对于新建焦化厂，在进行炼焦煤种的选择时，可在实际生产焦炉上对配煤方案做单孔试验，以便得到更加可靠的试验数据。对配合煤膨胀压力的要求是：焦炉炭化室炉墙两侧的膨胀压力差值必须小于炉墙的最大承受负荷。炼焦生产中，煤料的膨胀压力呈现以下规

15、律：第一是在常规炼焦配煤范围内，煤料煤化度增加，则膨胀压力增大；第二是对同一种煤料，增加堆密度，其膨胀压力相应增加。实际生产中，应根据这两条规律，掌握膨胀压力变化的趋势，适时调整配煤方案与配煤比例。二、备煤炼焦工艺条件 备煤炼焦工艺条件是指煤料粉碎的细度、装炉煤的水分和堆密度、炼焦速度、炼焦温度和焖炉时间等，这些炼焦条件对焦炭的质量有较大的影响。 1、堆密度提高装炉煤的堆密度，有利于提高焦炭的质量（尤其对弱粘结煤），同时还可以提高焦炉的生产能力。采用煤捣固、煤干燥、配型煤等炼焦方法，都在不同程度上实现了提高堆密度，增加焦炭强度的目的。在常规炼焦条件下，装炉煤的堆密度主要受煤料水分（如图26）、

16、细度（与图26相反，即开口向下，存在最佳细度）以及加煤方法的影响。2、煤料细度 炼焦配煤的细度是指煤料粉碎后小于3mm的煤料重量占总重量的百分比。常规炼焦条件下要求细度在80左右。捣固炼焦细度要求更高，一般大于95。细度不够，配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，导致强度降低。细度过高，不仅粉碎设备动力消耗增大，设备的处理能力降低，更重要的是细度过高时，装炉煤的堆密度下降，使焦炭质量受影响。因此炼焦生产中对煤料细度必须加以控制。研究表明，不但细度影响焦炭质量，既便是在同样的细度条件下，调节煤料中不同组分的粒级组成，对焦炭质量的改善同样具有意义。一般要求煤中活性组分粗粉碎，非活性成分宜细粉碎。但

17、是含活性组分多，粘结性好的煤容易粉碎，粘结性差的煤却难粉碎，若煤料混合后集中粉碎则加剧了这一矛盾，为此在备煤生产工艺中提出了选择性粉碎的工艺以解决这一矛盾。关于细度对焦炭质量的影响，攀枝花钢铁有限公司煤化工厂在200kg焦炉上进行试验，其结果见表2-1。可以看出，在试验范围内，细度增加M40 增加（大于40毫米的量增加），M10 下降（小于10mm的量下降），CRI降低（反应性降低），CSR增加（反应后强度增加）表2-1 不同细度煤所得焦炭质量对比细度%转鼓强度，%反应性能，%M40M10CRICSR91.460.713.351.334.084.458.214.450.334.374.353.

18、718.054.027.43、水分 在炼焦生产中，控制好煤料的水分很重要。国内大多数焦化厂的装炉煤水分一般控制在10%-11%。先说稳定水分，可以稳定加热制度。为什么在10%-11%呢？水分小时，堆密度增加（图2-6）、结焦时间缩短、炼焦的耗热量减少、剩余氨水量减少（通常水分每增加1%，结焦时间大约延长20分钟，炼焦耗热量和剩余氨水量也随水分含量增加而上升。）和减少墙砌体影响（由于新装炉内的煤料与墙面直接接触，煤料中水分的蒸发使得墙面温度急剧下降，对焦炉炉墙砌体影响很大。）。但水分过小时在装炉时冒烟冒火严重，必须采用专门的装炉工艺，进行消烟除尘。4、炼焦速度 现代焦炉的炭化室的宽度有多种规格，

19、可以想象宽炭化室内煤料的总体升温速度必然低于窄炭化室内的煤料升温速度，这种差别可用炭化室内平均宽度与其对应的结焦时间的比值来进行衡量，该比值称为炼焦速度。例如焦炉炭化室的平均宽度为550 mm、500 mm、450mm、407mm，对应的结焦时间分别为23.5 h、20 h、17h、15h，则炼焦速度分别为：23.4 mm/h、25mm/h 、26.5mm/h和27.1mm/h。 实际生产中对炼焦速度几乎无法改变。尽管宽的炭化室炼焦速度慢，但人们更多的考虑生产能力，因此去选择大型焦炉。（通过煤源来适应它）5、炼焦温度与焖炉时间焖炉是指煤料到达炼焦温度后，延长焦炭在炭化室内的停留时间，使焦炭继续

20、受高温作用。提高炼焦最终温度或延长焖炉时间，可以提高煤的干馏程度，使焦炭的结构更加致密，碳结构中氢含量减少、石墨化程度增加、各向异性程度加大，焦炭的耐磨强度和反应后强度均得到相应提高，但抗碎强度稍有下降(参见表2-2，图2-7)。第三节 配煤原理与焦炭质量的预测配煤原理是将焦炭质量（一般是小焦炉试验结果）与煤的性质相关联的理论。成功的配煤理论可以正确指导配煤工作，且预测焦炭质量，从而确定经济合理的配煤比（对焦化厂来说非常重要）。从配煤参数上来看，主要有传统的单纯依靠煤化学参数配煤（以Vdaf与y、G、MF的组合）和近代发展起来的煤岩学参数配煤。由于煤岩参数能更准确地反应炼焦煤的性质，从而生产出

21、更优质的焦炭，煤岩配煤技术正在逐步取代传统的经验配煤。由于煤的非均相性和结构的复杂性，要提出一个普遍适应的配煤理论和方法比较困难，目前已知的各种配煤理论或方法都是在一定的区域内或煤源条件下得到采用。所以不具有一般意义，每个地区、厂才有自己的习惯和方法，书上介绍的都是特例。利用煤和配合煤的各种实验室测定的性质指标预测焦炭质量，可以用次数较少的配煤试验，确定经济和合理的配煤比。随着煤质指标检测的自动化，以及计算机技术的应用，使焦炭质量预测技术直接用于配煤作业的日常管理，因此焦炭质量预测技术得到世界各国普遍重视。焦炭质量预测从广义上讲，包括焦炭的灰分、硫分等化学性质指标，冷态强度指标以及热态性质指标

22、。一、焦炭灰分、硫分预测如前所述，焦炭的灰分、硫分与配合煤的灰分、硫分有直接的关系，在生产状况稳定的条件下，两者存在较好的线性关系。因此，不同的企业依据炼焦生产历史数据，建立了焦炭灰分、硫分预测模型。并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及调整单种煤使用的比例和为选择煤源提供参考。预测模型中考虑焦炭的成焦率k、配合煤干基挥发分、焦炭的干基挥发分等。二、焦炭冷强度的预测预测方法基本可以分为三类：第一类以煤的工艺指标为参数，如Vdaf与C.I.、MF、G、Y的组合；第二类是以煤岩指标为参数；第三类在考虑配合煤指标的同时，也考虑炼焦煤准备和炼焦工艺条件。以下择有代表性的予以介绍。1挥发分粘结性参数预测法都

23、是以Vdaf与C.I.、MF、G、Y的组合作为配煤参数，并以此为参数通过试验建立它们与焦炭强度的关系。(1)VdafC.I.法(Caking Index)，是以1g空气干燥粉煤样与9g无水焦粉混合后，在95020下炭化7min后，以炭化产物中大于297m的筛上物占原料(10g)的百分率。(2)VdafMF法（基氏最大流动度）(3)VdafG法北京煤化研究所在进行中国烟煤分类方案研究的基础上，提出用教结指数G作为粘结性指标，并得出了VdafG配煤图，图中标出了最佳配煤区的Vdaf：2832，G：5872。以VdafG预测焦炭强度(M40和M10)的等强度曲线。鞍钢通过对多年生产数据的统计分析得出

24、了用物和G值预测焦炭强度的回归方程：包头钢铁公司根据1997年的生产数据，也建立了同样的焦炭质量预测模型并在95的信度下显著相关：在预测配合煤的焦炭强度时，配合煤的挥发分可以近似用单种煤的挥发分以加和性确定。但配合煤的实测G值和由单种煤G值按加和性计算所得的配合煤G值有一定偏差，鞍钢的试验表明，煤的粘结性差别不太大时，G值有加和性，粘结性差别较大时，如肥煤和贫、瘦煤之间，G值的加和性存在偏差。韶钢根据历史生产数据，提出校正粘结指数：并提出预测公式：2、阿莫索夫和夏皮洛法（煤岩配煤）按煤岩学观点，煤是非均一的物质，可划分为工艺性质、光学性质和物理性质不同的各种实体。按各种实体的热解性质的不同，可

25、划分成活性物和惰性物两大类。在结焦过程中，活性物形成焦炭内部的粘结物，如同混凝土中的水泥；惰性物形成焦炭内部的骨架材料，犹如混凝土中的沙石。 .H.阿莫索夫等在1957年提出了煤岩配煤方法，用以指导配煤，预测焦炭质量。美国钢铁公司的夏皮洛等又在此基础上作了改进。60年代中期，日本的木村英雄等人在该基础上进一步加以发展，并于1974年在新日铁公司应用。 夏皮洛在阿莫索夫方法基础上提出了CBISI预测焦炭强度的方法。他也把煤的显微组分分为两大类，即活性组分和惰性组分。 活性组分镜质组+稳定组+1/3半镜质组 惰性组分丝质组+2/3半镜质组+矿物组首先对参加配煤的每种煤都进行反射率测定，以此标志煤的

26、变质程度，并作出反射率的分布图。把活性组分(主要是镜质组)按0.1为间隔，把0.32.1的煤分成18个组型，在结焦过程中每一组型的活性组分均有其最佳的惰性组分配比(图2-8)。配合煤中实际的惰性组分含量与按活性组分及图2-8所示最佳比得到的最佳惰性组分含量之比是标志配合煤中实际惰性组分含量是否合适的一个指标，称组成平衡指数(Component Balance Index-CBI)，按下式计算：式中：Xi-煤中各相应的活性组分含量，%（X3指反射率为0.3的活性组分含量等)；bi反射率i的活性组分与惰性组分最佳比(由图28查取)。当CBI1时，配合煤中惰性组分含量最合适，CBI1则惰性组分含量太

27、高，CBI1惰性组分含量太低。焦炭的强度是由配煤中各活性组分的含量及各活性组分在不同惰性物含量下的焦炭强度表示（可用人为规范的试验测出，如图2-9），这样可以用下式计算配煤混合料的焦炭强度指数SI。 (2-4)式中 xi- 活性组分Vi的含量，； ai- 对应Vi组分含一定惰性成分时焦炭的强度指数（图2-9中的（SI）i值）；SI- 配煤的焦炭强度指数。这样根据配煤的强度指数SI和组分平衡指数CBI，利用已通过试验得到的工业炼焦炉中焦炭强度与SI和CBI的关系曲线，即可预测配煤的焦炭强度。图2-10和图2-11给出了一组日本学者试验得到的焦炭强度预测图，将图中各焦炭强度相同的点连成一条曲线即得

28、到等强度曲线。图中T25是焦炭的稳定性指标（一种强度指标）。在炼焦生产中，对于一个新的配煤方案，未知焦炭强度，可以先测定其显微组分含量，查图计算出CBI和SI数值，再由CBI和SI数值从焦炭强度的预测图中，查得对应炼焦条件下所得焦炭强度的预测值，这就是利用煤岩配煤原理进行焦炭强度预测的方法。日本新日铁小岛鸿次郎和日本钢管宫津隆利用CBI-SI预测法，对日本使用的炼焦煤作了试验，他们将不同镜质组型的ai和bi制成表的关系。并据试验作出了预测焦炭强度的曲线，这种方法可以小量煤样获得准确度较高的预测值，强度预测值的准确度很高。CBISI预测法是比较科学且可靠的方法，但要获得合乎使用煤种的基础数据，并

29、制得相应的曲线，工作量大，且比较繁琐。另外由于焦炭质量不仅取决于煤料的性质，而且与备煤炼焦条件密切相关，所以当备煤炼焦条件不同时，焦炭的实际强度也不相同，采用煤岩配煤方法预测焦炭质量时，不同的煤焦厂应针对不同的炼焦条件进行试验，绘制对应的预测图，不能任意套用其它条件下得到的预测图。三、焦炭热态性质预测随着高炉大型化和喷吹技术的发展，对高炉焦炭的要求不仅仅限于灰分、硫分和冷态强度的要求，更重要的要求有良好的热态性质。焦炭的热态性质通常采用焦炭的反应性指数(CRI)和反应后强度(CSR)来表示。焦炭热性质同冷态性质一样，受到煤料和生产条件的影响，由于他还受到热力和化学反应的作用，所以比冷态指标的预

30、测更加复杂。影响焦炭热性质的因素一般考虑：煤化度指标、粘结性指标、惰性物含量和灰分中矿物质组成等。因而，多数预测焦炭热性质模型也就考虑这些参数。有关内容请参考相关文献。四、过程模拟预测法 随着市场经济的持续发展和煤炭价格的放开，焦化企业炼焦用煤品种不断增加，且煤种变化快，煤质波动大。因此，最优化配煤与焦炭质量过程模拟技术得到发展，一方面焦炭的灰分、硫分、抗碎强度M40和耐磨强度M10以及焦炭的热性质等指标与配合煤或者单种煤质量指标存在函数关系，通过生产数据或实验数据，利用计算机进行模拟，建立焦炭质量预测模型；另一方面，在一定的精度范围内，利用预测模型的反模型求解单种煤配合比例以及可能引起的焦炭

31、质量波动范围，并保证配煤成本最低。建立数学模型，目标函数：成本最低，弱粘煤用量最大，优质粘结煤用量最小，用线性规划求解。第四节 炼焦配煤工艺 备煤（煤的准备部分），指入炉前的预处理，主要包括来煤接受、贮存、倒运、配合、混匀、粉碎等生产环节。在北方寒冷地区的焦化厂，还应设有解冻和冻块破碎等工序。由于焦化厂的昼夜用煤量很大（60万吨厂，2500吨/d），涉及的煤种多，煤场占地面积大，要求的机械化和自动化作业程度高，而且备煤对焦炭的质量影响大。一、煤的接受和贮存焦化厂无论生产规模大小，都必须设置贮煤场或贮煤塔。作用贮存一定的煤量，以保证焦炉的连续生产，不致因来煤短期中断导致焦炉被迫停产保温；为了稳定

32、装炉煤的质量（矿井或矿层不同；同一洗煤厂因不同时期入洗原煤的矿井或矿层不同，等等原因使来煤质量有很大波动，因此来煤应通过储煤场进行混匀作业）；煤料在堆放过程中由于沥水作用，可稳定装炉煤的水分。1、来煤接受 焦化厂在接受来煤时，应注意以下几条原则。 来煤按使用煤种分别接受，并卸往指定的堆放位置。防止不同煤种在接受和卸煤过程中互混。每批来煤必须按规程取样分析，对质量不合要求的来煤应作特殊处理。 生产上，为改善和稳定原料煤的质量，来煤尽可能送往贮煤场，也可以直接进配煤槽（少量）。 各种煤的卸煤场地必须清洁，更换场地时应彻底清扫。焦化厂常用的卸煤设备有两大类，一类是适合于铁路运输的卸车机，另一类是适合

33、于水运的卸船机。卸车机常用的有翻车机、螺旋卸车机、链斗卸车机和抓斗类起重机。卸船机一般采用带大抓斗的起重机，卸煤能力一般比较大。 翻车机具有效率高、生产能力大、运行可靠、操作人员少和劳动强度低等特点，适用于大型焦化厂采用。2、倒运 卸至煤场的煤料为了堆放、混匀和取用作业，煤场对煤料进行倒运操作。倒运机械分抓斗类和堆取类二种。由于抓斗类起重机和堆取类起重机相比，在同样条件下，生产能力小，且难以自动化，现代大型焦化厂大多采用堆取类起重机。堆取类起重机有很多类型，其中应用最广的是直线轨道式斗轮堆取料机。3、贮煤为了管理好贮煤场，确保配煤的准确性和焦炭的质量。贮煤场和贮煤应遵循以下要求： 煤场的容量足

34、够大，一般大中焦化厂应提供1015天的贮煤量。贮煤场的长度应能提供各种煤分别堆、取、贮的可能条件。 煤场地坪应适当处理，防止煤、土混杂。煤场应有良好的排水条件。 要确保不同煤种单独存放。而对于同一种煤料，为了消除和减少不同矿井或矿层来煤所造成的煤质差别，在贮煤场存放过程中应尽量混匀。一般抓斗类起重机做倒运设备时常采用“平铺直取”的作业方法，对于堆取料机可以采取“行走定点堆料”和“水平回转取料”的作业方法以使煤料均匀。 贮煤场的煤堆应保持一定的高度，煤堆过低，占地面积大，增加倒运距离，下雨时煤的水分增大。煤堆高度与使用的煤场机械有关，一般为915m。 煤的存放时间不宜过长。为了防止煤的氧化变质，

35、对各种煤应规定允许的堆放时间，并按计划取用。煤质恶化对炼焦不利，变质煤不能炼焦。根据鞍钢和武钢的生产实践，各种煤允许的贮存时间见表2-5。对煤场的管理还应重视环境保护，应采取可行的措施防止煤尘飞扬。煤场污水由于水质混浊不应直接排放，应设置处理设施，使排放水中固体悬浮物含量达到排放标准要求。4、解冻我国北方的很多焦化厂，由于冬天气候严寒，煤料在运输过程中容易冻结。煤料在车厢内冻结给卸车工序造成很大的困难，影响运输和生产。为此，很多焦化厂都建有配套的解冻库，将冻车解冻后再卸车。目前已建立的解冻库大致分为煤气红外线式解冻库、热风式解冻库和蒸汽暖管式解冻库三种。其中红外线解冻库具有传热快，热效率高等优

36、点。二、煤的配合和粉碎流程 焦化厂备煤的粉碎加工环节分为先配合后粉碎和先粉碎后配合两种方式，配合和粉碎工艺有多种流程和设备，两者组合形成各种具体流程。1、先配后粉流程将炼焦煤料的单种煤，先按配煤比例的要求配合，然后再进行粉碎，该工艺的流程如框图2-13所示。该工艺流程简单、设备少、操作方便，粉碎过程兼作混匀操作，但其配煤准确性差、不能按煤质特征调节不同煤的细度要求。该工艺仅适应于煤料粘结性好，煤质较均匀的情况，当煤料差异大，煤质不均匀时不宜采用。2、分组粉碎(先粉后配)流程该工艺是将单种煤先粉碎，然后按比例配合均匀，其流程如图2-14。这种流程可按单种煤的性质和粉碎细度要求分别控制不同的粉碎程

37、度，有助于提高焦炭质量。为简化工艺，当炼焦煤中只有12种煤的硬度或岩相组成相差较大时，可采用部分煤预粉碎，然后再按煤的配比与其它煤配合，再集中粉碎。这样可使分组粉碎的流程简化，流程中同样可以不设专门的混匀设备，其流程如图2-15所示。3、选择粉碎流程该工艺是根据炼焦煤料中煤种和岩相组成硬度的差异，按不同粉碎细度要求，将粉碎和筛分相结合，即消除大颗粒又防止过细粉碎，达到煤料均匀。根据煤质不同选择粉碎有多种流程。对结焦性较好，而岩相组成不均一的煤料，可采用先筛分出细粒的单路循环粉碎流程，如图2-16所示。该流程通过将混煤筛分，将细颗粒煤料直接送入煤塔；而大颗粒则粉碎后与原料煤混合再筛分，并循环粉碎。通过循环粉碎，可将煤的各种岩相组分粉碎至大致相同的粒度，改善结焦过程。当煤料中有结焦性差异较大的煤种时，可以采用多路循环选择粉碎流程。也就是将差异大的煤料分别单路循环粉碎后，再将各单路出来的达到要求的细颗粒混合进入煤塔。如