煉焦煤

煉焦煤屬於煙煤，按煤化程度由高到低依次是：貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中黏煤八種 ^[2]  。

按照煤炭用途進行劃分，煉焦煤作為生產原料，用來生產焦炭，進而用於鋼鐵行業的煤炭種類。按照煤炭用途，除用於煉焦的煉焦煤之外，還分為動力燃料用的動力煤，化工行業原料用的無煙煤，鋼鐵行業高爐噴吹用的噴吹煤。

《BP世界能源統計2007》數據顯示，2006年末全球探明的煤炭可採儲量總計9090.64億噸，可採年限為147年。根據煤炭變質程度，煤炭探明儲量中焦煤不到資源量的1/10。世界焦煤資源中，肥煤、主焦煤、瘦煤約佔1/2，其經濟可採儲量約5000億噸，其中低灰、低硫的優質焦煤資源大約僅有600億噸。世界焦煤資源中，約有1/2 分佈在亞洲地區，1/4 分佈在北美洲地區，其餘1/4 則分散在世界其它地區。從焦煤查明資源儲量情況看，中國焦煤資源佔世界25%左右，具備比較優勢 ^[3]  。

我國的煉焦煤儲量低，優質資源稀缺。我國煉焦煤的儲量僅為2,758億噸，佔全國查明煤炭資源儲量的27%。其中，氣煤佔我國煤炭總資源量的13.75%、肥煤佔3.53%，主焦煤佔5.81%，瘦煤佔4.01%。去除高灰、高硫、難洗選、不能用於煉焦的部分，優質的焦煤和肥煤的資源稀缺，佔查明煤炭資源儲量的比例不足6%和3%。

與我國豐富的煤炭資源相比，中國煉焦煤資源相對稀缺，儲量僅佔我國煤炭總量的25.4%，在找礦方面幾乎沒有新的發現。其中粘結性差、適合作配煤的氣煤儲量佔到近一半，而強粘結性的主焦煤和肥煤僅佔煤炭總儲量的3.53%和5.81%，也就是説，煉焦煤的主要配煤品種—主焦煤和肥煤合計僅佔焦煤總儲量比重為36%左右。

在我國煉焦原煤產量中，以焦煤、氣煤、1/3焦煤和氣肥煤產量較高，肥煤、貧瘦煤和瘦煤的產量較低。我國焦煤的生產能力最大，其次為氣煤和1/3焦煤。優質的煉焦煤，例如肥煤的生產能力僅為8400萬噸左右。2010年全國煉焦原煤產量11.14億噸，煉焦煤精煤產量60792萬噸，其中焦煤原煤產量為21885萬噸，佔煉焦原煤總產量的19.6%；焦煤精煤產量為10942萬噸，佔煉焦煤精煤總產量的18.0%。

從歷年各地區煉焦煤產量來看，中國焦煤產量主要集中在華北地區，西南地區和東北地區次之。從具體省份看，我國煉焦煤產量主要集中在山西、河北、河南、安徽和山東等省，這幾個省的核定生產能力之和佔全國的57.3%。山西省作為我國的產煤大省，其煉焦煤的核定生產能力接近全國核定生產能力的三分之一，其生產的煤種主要以焦煤為主，比例達到36.4%。　山東省是我國的煉焦煤產量大省，僅次於山西，但是山東省的焦煤產量非常少，僅佔全省煉焦煤產量的0.1%，而氣煤比例最大，達全省煉焦煤的55.07%，其次為氣肥煤，達23.21%主要分佈於新汶和肥城等礦區的統配、地方和鄉鎮煤礦，因此山東省的煉焦煤主要以高揮發分煤為主。

2010年，全國煉焦精煤統計產量60792萬噸，其中山西統計產量最多，達13788萬噸，河北據第二位，達10915萬噸。3—6位分別是山東、黑龍江、安徽、河南。山西省的煉焦洗精煤中以焦煤和肥煤比例較大，而在山東省的煉焦精煤中則以低變質、結焦性較弱的氣煤和1/3焦煤的比例較大。

2008年以來，我國煉焦煤生產能力增加幅度相對較小，小煤礦政策性停產，導致煉焦煤供給緊張，尤其是焦、肥煤生產能力增加較少。根據中國煤炭運銷協會數據，2008年主要煉焦煤企業新增煉焦煤原煤生產能力1245萬噸，2009年全國16家重點企業新增煉焦煤原煤生產能力1365萬噸，2009年之後，隨着我國晉中、兩淮、河南、冀中、雲貴等煉焦煤大型基地建設進入新井投放期及我國煉焦煤資源整合重組、資產化管理的步伐加快，煉焦煤採選後勁和供給能力有所增加。

在鋼鐵、冶金、化工、有色金屬、機械製造等行業持續快速發展，強力拉動了焦炭市場需求。同時，我國焦炭行業呈現結構調整、技術進步、市場需求旺盛、生產和消費快速發展的勢頭，儘管產能過剩，但供需基本保持平衡。2009—2020年，在國內需求趨緩與焦炭行業限產、停產自律的作用下，預計我國焦炭行業的供求關係將保持平衡狀態。受鋼鐵行業和焦炭行業需求增長下滑影響，預計2010—2020年，中國煉焦精煤需求量將增長緩慢，強粘煉焦煤需求緊缺矛盾將得到緩解。

根據煤炭的煤化程度由低到高，可以將煤炭分為褐煤、煙煤到無煙煤。習慣上，將具有一定的粘結性，在室式焦爐煉焦條件下可以結焦，用於生產一定質量焦炭的原料煤統稱為煉焦煤。根據我國的煤炭分類標準，煙煤中的氣煤、肥煤、氣肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤和貧瘦煤都屬於煉焦煤，而褐煤、無煙煤以及煙煤中的長焰煤、不黏煤和貧煤都屬於非煉焦煤。我國煉焦煤各煤種的儲量不均勻，以氣煤（包括1/3焦煤）最多，其次為焦煤。此外，尚有未分類的佔1.96% ^[4]  。

煉焦煤各煤種介紹

焦煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：是一種結焦性最好的煉焦用煤，它的碳化程度高、粘結性好，加熱時能產生熱穩定性很高的膠質體。如用焦煤單獨煉焦，能獲得塊度大、裂紋少、強度高、耐磨性好的優質焦炭。單獨煉焦時，由於膨脹壓力大，易造成推焦困難。

肥煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：是粘結性最強、中等煤化程度的煤，加熱時能產生大量膠質體。用肥煤單獨煉焦能產生熔融性好、強度高的焦炭，但焦炭的橫裂紋多，氣孔率高，易碎，因此多與粘結性較弱的氣煤、瘦煤或弱粘煤等配合煉焦。

1/3焦煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：是介於焦煤、肥煤和氣煤之間的過渡煤。具有中高揮發分的強粘結性煤。用這種煤單獨煉焦時，能生成熔融性良好、強度較高的焦炭。煉焦時，1/3焦煤的配入量可在較寬範圍內波動，都能獲得強度較高的焦炭，這種煤也是良好的煉焦配煤中的基礎煤。

瘦煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：是煤化程度最高的煉焦煤，它的揮發分低，受熱後產生的膠質體數量比焦煤少，且軟化程度高。用瘦煤單獨煉焦時，能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度較好的焦炭，但這種焦炭的耐磨強度較差，瘦煤作煉焦配煤用效果較好。

氣肥煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：是一種揮發分膠質體厚度都很高的強粘性肥煤類。氣肥煤結焦性介於肥煤和氣煤之間，單獨煉焦對能產生大量氣體和液體化學產品。

氣煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：是一種碳化程度較低的煉焦煤，加熱時能產生較多的揮發分和較多的焦油，膠質體的熱穩定性低於肥煤。氣煤也能單獨煉焦，但焦炭的抗碎強度和耐磨強度較差，焦炭多呈細長條且易碎，並有較多的縱裂紋。配煤煉焦肘多配入氣煤，可增加產氣率和化學產品回收率。 ^[5] 

1/2中黏煤 用途：基礎煉、焦配煤

特點：1/2中粘煤是一種中等粘結性的中高揮發分煙煤，是碳化程度最低的煉焦煤。一部分中粘煤在單獨煉焦時能生成一定強度的焦炭，可作配煤煉焦的原料；粘結性較弱的另一部分中粘煤單獨煉焦時，生成的焦炭強度差，粉焦率較高。因此，這種煤可作氣化用煤或動力用煤，在配煤煉焦時也可適當配入。

中國埋藏深度在1000米以內的煉焦煤資源80%分佈在山西省和貴州省。山西省焦煤查明資源儲量1694.6億噸，佔全國焦煤查明儲量61.4%；山西省焦煤可採儲量331.6 億噸，佔全國可採儲量51.3%，山西省焦煤可採儲量和查明資源儲量均位居全國首位。焦煤查明資源儲量佔全國第二、三、四、五位的分別是安徽省236.2 億噸、山東省172.7 億噸、貴州省98.6 億噸、黑龍江省98.2 億噸 ^[4]  。

中國煤炭資源相對豐富，煉焦煤資源佔世界煉焦煤資源儲量的26. 25 %，但煉焦煤品種結構不合理，其中肥煤、焦煤等主要煉焦煤資源儲量較少，主焦煤佔總儲量的23.6%，肥煤、氣肥煤佔12.8%，氣煤,1 /3焦煤佔45.7%，貧煤、貧瘦煤佔15.7%，結構矛盾十分突出，且分佈不均，主要集中在山西、安徽、山東、貴州、黑龍江、河北、河南、新疆等地。中國煉焦煤可選性差，難選和極難選煤約佔62 %。全國精煤平均灰分約為10.5 %，國外精煤灰分平均為6%~ 8%，中國煉焦煤總體屬中灰、中硫煉焦精煤，高硫焦煤、肥煤所佔比例超過1 /3。由於常年開採利用，低硫優質煉焦煤資源己經非常有限而大容積高爐和高爐的強化操作對焦炭質量提出了更高要求，鋼鐵企業必須最大限度利用有限的煉焦煤資源，生產出高質量焦炭以應對高爐需求。鑑於此，煤炭企業應加強煤質分析、評價工作，優化配煤結構，有效利用煉焦煤資源。

黏結性是評價煉焦用煤的主要指標，國際上通常用增鍋膨脹序數和羅加指數表示煤的黏結性，中國通常用黏結指數表徵煤的黏結性。黏結指數越大，表示煉焦煤的黏結能力越強，黏結指數一般為0一105。按照MT/T 596-2008《煙煤黏結指數分級》可分為6級。0一5為不黏結煤5一30為弱黏結煤，30~50為中黏結煤，50~65為中強黏結煤，65一85為強黏結煤，大於85為特強黏結煤。煙煤黏結指數表徵煤中黏結性組分的性質，其大小與煤的煤巖組成、變質程度、惰性物含量、煤的氧化還原程度及煤的成因等有關 ^[6]  。

除黏結指數外，煙煤的膠質層指數和奧一阿膨脹度從不同側面反映了煙煤的黏結性。膠質層指數是煉焦煤單向加熱過程中，測定瞬時產生的膠質體數量，根據膠質體產生規律，找出最大膠質層厚度，以及煉焦煤的最終收縮度。

奧一阿膨脹度是根據煤受熱產生膠質體時煤的膨脹程度來評價煤的黏結性，對中等以上黏結性煤有較好的區分能力，反映了膠質體的質和量，用膨脹度h和收縮度a表示。h表示煤塑性階段膠質體的不透氣性和氣體的析出速度，a表示煤在半焦後的收縮度。

結焦性是煉焦煤在常規煉焦條件下煉製冶金焦炭的性質，通常用焦炭的強度、粒度分佈、反應性等表示。焦爐煉焦試驗可直觀反映煉焦煤的結焦險，一般用20,40或200 kg焦爐煉焦，以試驗焦爐所得焦炭的冷熱強度和粉焦率作為結焦性指標。

國產煉焦煤 按照中國煤炭分類及冶金行業對焦炭的要求，國產煉焦煤的主要質量指標：灰分（A），硫分(S)、揮發分(V)、粘結指數（G）、膠質層厚度（Y/mm）等。

進口煉焦煤 進口煉焦煤除了採用與國內相同的質量指標外，有時還附加：單種煤煉焦反應後強度（CSR）及微量元素含量等。

煉焦煤的質量評價指標主要包括：工業分析指標、粘結性指標、巖相分析指標、單種煤煉焦反應後強度、單種煤成焦顯微結構、流變性和膨脹性指標等 ^[4]  。

工業分析指標 灰分（A），硫分(S)、揮發分(V)等。

粘結性指標 粘結指數（G）、膠質層厚度（Y/mm）等。

巖相分析指標 煤鏡質組平均最大反射率（Rmax）、鏡質組反射率分佈中的標準方差（S）、活惰比（R/I）等。

單種煤煉焦反應後強度 CSR

單種煤成焦顯微結構 粗粒結構、細粒結構、纖維結構、片狀結構、惰性結構、各向同性、各向異性等。

流變性和膨脹性指標 奧亞膨脹度、基氏流動度等。

冶金焦是高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦和有色金屬冶煉用焦的統稱。由於90%以上的冶金焦均用於高爐鍊鐵，因此往往把高爐焦稱為冶金焦。中國製定的冶金焦質量標準（GB/T1996-94）就是高爐質量標準 ^[7]  。

氣化焦是專用於生產煤氣的焦炭。主要用於固態排渣的固定牀煤氣發生爐內，作為氣化原料，生產以CO和H2為可燃成分的煤氣。氣化過程的主要反應有：

C+O2→CO2+408177KJ

CO2+C→2CO-162142KJ

C+H2O→CO+H2-118628KJ

C+2H2O→CO2+2H2-75115KJ

因為產生CO和H2的過程均是吸熱反應，需要的熱量由焦炭的氧化、燃燒提供，因此氣化焦也是氣化過程的熱源。氣化焦要求灰分低、灰熔點高、塊度適當和均勻。其一般要求如下：固定炭>80%；灰分1250℃；揮發分<3.0%；粒度15-35mm和35mm兩級。冶金焦雖可以用作氣化焦，但由於受煉焦煤資源和價格等的限制，一般不用冶金焦制氣。以高揮發分粘結煤為原料生產的氣煤焦，塊度小、強度低，不適用於高爐冶煉，但它的氣化反應性好，可取代氣化焦用於制氣。

電石用焦是在生產電石的電弧爐中作導電體和發熱體用的焦炭。電石用焦加入電弧爐中，在電弧熱和電阻熱的高温（1800-2200℃）作用下，和石灰髮生複雜的反應，生成熔融狀態的炭化鈣（電石）。其生成過程可用下列反應式表示：

CaO+3C→CaC2+CO-46.52KJ

電石用焦應具有灰份低、反應性高、電阻率大和粒度適中等特性，還要儘量除去粉末和降低水分。其化學成分和粒度一般應符合如下要求：固定碳大於84%，灰份小於14%，揮發份小於2%，硫份小於1.5%，磷分小於0.04%，水分小於1.0%，粒度根據生產電石的電弧爐容量而定：

粒度合格率要求在90%以上。

鐵合金焦是用於礦熱爐冶煉鐵合金的焦炭。鐵合金焦在礦熱爐中作為固態還原劑參與還原反應，反應主要在爐子中下部的高温區進行。以冶煉硅鐵合金為例，其反應式為 ^[8]  ：

SiO2（液）+2C（固）=Si（液）+2CO（氣）

隨着反應的進行，焦炭中的固定碳不斷消耗，主要以CO形式從爐頂逸出。焦炭灰份中的三氧化二鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂和五氧化二磷等，部分或大部分被還原出來，進入合金中；未參加反應的部分進入爐渣。焦炭中的硫和硅生成硫化硅和二硫化硅後揮發掉。冶煉不同品種的鐵合金，對焦炭質量的要求不一，生產硅鐵合金時對焦炭質量要求最高，所以能滿足硅鐵合金生產的鐵合金焦，一般也能滿足其他鐵合金生產的要求。

焦炭質量要求。固定碳含量高，灰份低，灰中有害物質三氧化二鋁和五氧化二磷等的含量要少，焦炭反應性好，焦炭電阻率特別是高温電阻率要大，揮發份要低，有適當的強度和食糧的塊度，水分少而穩定。

中國冶標（YB/T034-92）規定了鐵合金焦的技術要求，要求粒度為2-8mm，8-20mm，8-25mm。

型焦是由煤粉等原料加壓成型煤，再經炭化等後處理製成的一種新型焦炭。型焦品種較多，按製備工藝可分為冷壓型焦和熱壓型焦兩類；按用途可分為高爐型焦和鑄造型焦等；按所用原料可分為褐煤型焦和無煙煤型焦等。

焦炭是高温乾餾的固體產物，主要成分是碳，是具有裂紋和不規則的孔孢結構體（或孔孢多孔體）。裂紋的多少直接影響到焦炭的力度和抗碎強度，其指標一般以裂紋度（指單位體積焦炭內的裂紋長度的多少）來衡量。衡量孔孢結構的指標主要用氣孔率（只焦炭氣孔體積佔總體積的百分數）來表示，它影響到焦炭的反應性和強度。不同用途的焦炭，對氣孔率指標要求不同，一般冶金焦氣孔率要求在 40～45%，鑄造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦炭裂紋度與氣孔率的高低，與煉焦所用煤種有直接關係，如以氣煤為主煉得的焦炭，裂紋多，氣孔率高，強度低；而以焦煤作為基礎煤煉得的焦炭裂紋少、氣孔率低、強度高。焦炭強度通常用抗碎強度和耐磨強度兩個指標來表示。焦炭的抗碎強度是指焦炭能抵抗受外來衝擊力而不沿結構的裂紋或缺陷處破碎的能力，用M40 值表示；焦炭的耐磨強度是指焦炭能抵抗外來摩檫力而不產生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦炭的裂紋度影響其抗碎強度M40值，焦炭的孔孢結構影響耐磨強度M10值。M40和M10值的測定方法很多，我國多采用德國米貢轉鼓試驗的方法。如表31-1所示。

轉故試驗完成後，用孔徑為40mm和10mm的篩子篩分，大於40mm粒級的百分數為M40值，小於10mm粒級的百分數為M10值。我國冶金焦規定的強度指標見表31-2。

轉鼓方法

轉鼓特性 焦炭試樣篩分強度指標

直徑/長度（mm） 轉速（轉/分） 轉數（轉）重量（kg）粒度（mm） 孔形篩孔(mm) 耐磨強度（粒極mm/指標）抗碎強度（粒極mm/指標）

1000/1000 25 100 50 〉60 圓形 40，10 40/M40

表31-2 我國冶金焦強度指標（%）

強度指標 Ⅰ級冶金焦 Ⅱ級冶金焦 Ⅲ級冶金焦

M40 >80.0 >76.0 >72.0

M10 <8.0 <9.0 <10.0

表31-3 幾個國家冶金用焦炭與精煤灰分國標（Ad）

國別 中 國 美國 原蘇聯德國法國日本

Ⅰ級 Ⅱ級 Ⅲ級

焦炭灰分（%） ≤12.0 ≤13.5 ≤15.0 <7.0 <10.0 <8.0 <9.0 <10.0

精煤灰分（%） <12.5 5.5～6.5 8.0～8.5 6.0～7.0 <7.0 6.6～8.0

2015年10月份，我國進口煉焦煤308.2萬噸，環比下降22.2%，同比下降43.4%。2015年1-10月我國累計進口煉焦煤3948.1萬噸，同比下降20.7%。 ^[9-10]