炼焦煤性价比评价方法的研究与应用进展.pdf

炼焦煤性价比评价方法的研究与应用进展瞿涛1，王世杰2，方红明2（1.宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315807；2.武汉科技大学湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室，湖北武汉 430081）引言近年来，受多种因素综合影响，优质炼焦煤资源短缺的矛盾更加突出，炼焦煤价格涨幅较大，成为钢企、焦企难以承受之重，是造成目前大部分钢企、焦企亏损的主要原因之一。为了降低原料成本，一些焦化企业采用的炼焦煤品种、矿点繁多，煤质复杂，价格变化大。部分企业在没有经过科学合理的评价原料性价比及分析市场的情况下，盲目采购低价原料，造成焦炭质量劣化；而另外一些企业为了保证焦炭质量，不得不维持采购高价位的炼焦煤，致使焦炭成本居高不下。因此，为了扩大炼焦煤范围，降低生产成本，有效指导炼焦煤的采购和后续生产，对炼焦煤进行科学合理的性价比评价是企业当前亟需解决的问题。性价比即性能与价格之比，是反映物品的可买程度的一种量化的计量方式，其优点是能够同时评价煤质性能和利用价值，从而更全面准确地评价炼焦煤1-2。由于炼焦煤价格总是以一定的数值表示，所以，解决炼焦煤性价比计算的关键是对炼焦煤性能的定量评价。由于煤是一种组成、结构非常复杂且极不均一的混合物，所以表征评价炼焦煤质量有工业分析、元素分析、煤岩分析、黏结性和结焦性等众多指标，而这些指标都是从不同方面对炼焦煤做出的定性评价，无法实现对炼焦煤整体的量化评价。可见，炼焦煤性能的定量评价就是要研究炼焦煤的科学分类指标以及综合质量的量化评价方法3-4，为此，国内外大量科研机构和生产企业因地制宜地探索制定了一系列符合企业自身特点的性价比评价模型及方法5-8，在某种程度上对于指导采购与生产起到了一定的积极作用，但是通过大量的实践研究，这些模型与方法也暴露出一些问题，不能完全适应当前复杂形势下的煤源、煤质和煤价情况。因此，探索建立一套科学合理的炼焦煤性价比评价方法仍具有重要的现实意义。本文首先系统地分类总结了当前炼焦煤性价比的主要评价方法，并对其优缺点进行了剖析，在此基础上提出了完善性价比模型的建议，以期为冶金焦化行业改进炼焦煤性价比评价方法提供指导。1基于单种煤关键指标的性价比评价法利用单种煤的关键质量指标进行量化评价是当前主流的炼焦煤性价比评价方法，其内容与步骤见图 1。性价比评价的主要工作是炼焦煤质量的综合评价体系研究，即性能评价。摘要基于我国炼焦煤供需现状，阐述了开展炼焦煤性价比评价的意义，系统地分类总结了国内炼焦煤主要性价比评价方法，并对其优缺点进行了剖析，提出了改进优化建议。基于单种煤关键指标的性价比评价法因其具有简单、可操作性强等特点，目前占居主流地位；随着智能配煤炼焦的兴起，以配合煤焦炭质量与成本为约束条件，利用配煤专家系统快速智能开展炼焦煤性价比评价将会是今后的发展方向。关键词炼焦煤；性价比；评价方法；研究进展；建议文章编号：1005-9598(2023)-03-0022-06中图分类号：TQ52；TQ53文献标识码：A收稿日期：2023-01-13第一作者：瞿涛（1970），男，汉族，浙江安吉人，高级经济师，主要从事钢铁公司的生产与管理工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.03.005引用格式：瞿涛，王世杰，方红明.炼焦煤性价比评价方法的研究与应用进展J.煤化工，2023，51（3）：22-27.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.2023第 51 卷第 3 期1.1评价指标的选择和基准质量指标的确定炼焦煤的质量评价指标如图 2 所示，主要包括煤的基础指标、煤岩指标、黏结性指标以及结焦性指标。这些指标从不同侧面、不同层面反映炼焦煤成焦质量的好坏。具体到企业，原则上评价炼焦煤的指标要综合、全面反映炼焦煤质量，但是还要考虑企业自身技术与经济情况，通过不断实践挑选出对煤种质量影响程度比较大的因素指标作为评价指标。国内部分炼焦企业炼焦煤主要评价指标的标准赋值见表 11-2,9-12。主要评价指标性能评价指标选定指标基准指标评分综合评价价格评价合同价格水亏吨其他扣款图 1单种煤关键质量指标量化性价比评价内容与步骤主要评价指标基础指标煤岩指标黏结性指标结焦性指标其他指标灰分催化指数（MCI）灰分（A）耐磨强度（M10）抗碎强度（M40）焦炭反应性（CRI）硫分（S）挥发分（V）标准差（SD）黏结指数（G）镜质组反射率（R）胶质层最大厚度（Y）奥亚膨胀度（b）基氏流动度（MF）反应后强度（CSR）固软温度区间（驻T）图 2炼焦煤质量综合评价指标表 1不同企业炼焦煤主要评价指标标准赋值公司名称山西焦化集团沙钢集团新兴铸管邯郸钢铁本钢板材煤种气煤1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤气煤和 1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤气煤1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤气煤气肥煤1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤基础指标棕（V）/%35.530.025.020.0383637271837353333192420棕（S）/%0.80.80.80.80.81.01.51.01.00.60.51.80.80.51.01.31.01.00.550.70.62.01.31.5棕（A）/%9.79.79.79.79.79.010.510.510.09991010101010108.08.59.510.010.010.0煤岩指标R/%1.69SD0.10.10.10.10.10.180.180.180.180.120.120.120.120.120.12黏结性指标G656585752075908520658085804580857520759080857545Y/mm2512231501016181510221225162515b/%220150结焦性指标M10/%12.610.87.815108M40/%74.780.386.8758385CRI/%25CSR/%60606565其他指标驻T/11180适用性10101010瞿涛等：炼焦煤性价比评价方法的研究与应用进展23-2023 年煤 化 工由表 1 可以看出：灰分、硫分、黏结指数是评价炼焦煤的常规控制指标，因为炼焦煤的灰分、硫分通过炼焦过程大部分转移到焦炭中，而且与焦炭的灰分、硫分具有较好的相关性，因而焦炭的灰分、硫分是评价焦炭质量的重要指标。不同的企业由于对焦炭灰分、硫分的控制指标不一样，表 1 给出的炼焦煤灰分、硫分指标的标准赋值也有一定的差异，沙钢指标标准值略高，而本钢针对不同煤种给出了不同的标准值，更符合当前煤种的实际分质情况。黏结指数是评价炼焦煤成焦过程中黏结其他惰性物的能力，是成焦质量好坏的重要条件，也是炼焦煤分类的第一工艺指标，同样，各个企业对不同的煤种赋予了不同的标准值，但是这些数值还是有差异的，尤其对瘦煤的控制，新兴铸管与本钢的黏结性要求比较高。挥发分、胶质层最大厚度和奥亚膨胀度也是评价炼焦煤性质的重要指标，挥发分主要反映了煤种的变质程度，也是煤种分类的第一分类指标，其大小不仅与成焦率有关，也会影响焦炭质量。胶质层最大厚度是评价炼焦煤黏结性的指标之一，胶质层数量的多少可反映其成焦过程的黏结能力，尤其对肥煤的分类是一个重要的辅助性指标。奥亚膨胀度也是重要的黏结性指标，尤其在评价肥煤和气肥煤时是一个重要的辅助分类指标。从表 1 也可以看出：不同的企业对于挥发分、胶质层厚度和奥亚膨胀度的使用是有选择性的，对于不同的煤种其标准值选择也有一定的差异，且由于很多企业没有购买奥亚膨胀度测定仪，因此，这个指标在实际应用中较少。另外，煤岩指标中的镜质组反射率分布的标准差也越来越受到重视，标准差的大小直接反映了煤质的混煤状况，复杂的混煤将会大大影响配煤质量，造成焦炭质量劣化和波动，因此山西焦化集团、邯郸钢铁、本钢都采用了标准差作为评价指标，但是其标准差相差较大，山西焦化炼焦煤的标准差为 0.1、相当于单一煤种，而邯郸钢铁为 0.18、是简单的混煤，但这些企业对所有的煤种的标准差值都是一样的，不太符合当前的煤质情况，这是因为在炼焦煤中焦煤的混合情况更为复杂，对焦炭质量影响也较大，因此应对焦煤的混煤情况给予更多的关注。在表 1 列出的几家企业中，只有山西焦化集团和沙钢集团对结焦性指标非常重视，并赋予 1/3 焦煤、肥煤和焦煤的冷热强度不同的标准指标。通常，结焦性评价是通过对小焦炉试验获得的焦炭进行冷热强度测定数据分析，由于小焦炉试验过程长，耗费大量的人力、物力和财力，因此，一些企业并没有将其作为日常的监控手段，同时考虑到各个单种煤在成焦过程中的地位和作用不同，仅通过评价单种煤的结焦性，并不能反映该煤种在配煤炼焦过程中的真正配伍性，因此结焦性指标只是重要的辅助指标，尤其对于一些特殊煤种，可以发挥出较好的分辨作用，但是如果过度倚重结焦性指标而忽略黏结性指标，可能会误判，如变质程度偏高的焦煤单独炼焦时，其反应后强度比较高，因而会误判瘦焦煤（编码 15）比焦煤（编码 25）质量还要好9。可见，炼焦煤的分类与评价指标较多，但是根据企业自身实际及历史经验，一般仅选择重要的、具有可行性的指标，尽管有一定的指导作用，但是其评价仍然不够准确合理，评价组合指标相近的炼焦煤所得配合煤炼制焦炭质量有时仍然差异较大，甚至会出现有悖常理的现象。因此，很多企业也在不断改进，如山西焦化集团引进了固软温度区间和适用性指标9，鞍山热能研究院的孟庆波等13将原炼焦煤关键指标组合成新的综合指标。但是，也可以看到，很少有企业采用灰分催化指数进行评价，焦炭的灰成分对焦炭的热性质有着重要的影响，而焦炭的灰成分又来自不同的配合煤灰成分，不同煤种的灰成分也不尽相同，因此为了考察灰成分的影响，提出了灰分催化指数这一量化指标。随着近年来中国西部炼焦煤的开发和国外进口炼焦煤的使用，灰分催化指数已成为影响焦炭质量的一个重要因素14-15。另外，煤岩指标在企业还没有得到足够重视和推广应用，基本主要停留在对混煤的鉴定上，而镜质组反射率分布图和活惰比从微观上更加科学地表征了煤性质的二维坐标，尤其在使用国外煤种时，应更加重视活惰比，这是因为一些进口国外煤种表现出了超高的镜质组含量14-15，而活惰比的显著差异，大大影响了其煤质的真实质量。另外也可以看到，基氏流动度指标在国内焦化企业基本没有使用，这一指标多用于研究院所对煤质的全面分析评价，尤其对于特殊煤种的评价，有助于揭示其质量差异的原因，因此，随着国外煤种的大配比使用，建议对该指标给予更多的关注。1.2指标评分量化方法的确定指标评分量化主要依据每项质量指标的权重系数以及加扣分值进行，由于各个质量指标对焦炭质量的影响程度不一样，因此，不同的企业应根据本企业对指标的关注程度以及各检测指标对焦炭质量的影响程度分配权重值，同时确定不同种煤质量指标偏离标准值时的加扣分值，从而将各指标对焦炭质量的影响进行量化评价。24-第 51 卷第 3 期对确定的评价指标，国内几家企业按照各个指标的贡献度赋予不同的权重分值1,5,12，见表 2。由表 2可见：不同的企业对不同煤种的不同评价指标的权重值有一定的变化，一般将黏结指数作为重要的指标，赋予较大的权重值，其次标准方差也给予了较高的权重，灰分的权重一般略高于硫分的权重。除了赋予权重分值表示基准分与权重外，济钢集团的纪同森16、首钢的李东涛17等对不同的指标则采用了不同的 K 值表征权重系数。当采购煤质的指标偏离基准值时，依据对煤质好坏的影响程度，可以设定不同的加扣分值，这样可以重新评估该指标的权重分值。几家企业主要评价指标加扣分赋值如表 3 所示1-2,10。表 2几家企业主要评价指标权重赋值公司名称安钢邯郸钢铁本钢板材煤种焦煤1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤气煤气肥煤1/3 焦煤肥煤焦煤瘦煤基础指标V20332033202010S3202020205135131528A1020202020151515252520煤岩指标RSD2530303030152020252515G2230303030322732272542黏结性指标Y10301515151515b101010M10结焦性指标M40CRI15CSR15其他指标驻T适用性表 3几家企业主要评价指标加扣分赋值公司名称邯郸钢铁新兴铸管赋值变化单位加扣分值变化单位加扣分值基础指标V1%2S0.1%30.01%3A1%30.1%3煤岩指标RSD0.013G1%31%5黏结性指标Y1 mm31 mm10bM10结焦性指标M40CRI1%3CSR1%3其他指标驻T适用性由表 3 可见：不同的企业对不同的指标的加扣分设定也是不一样的，同时，该值的设定存在一定的随意性。纪同森等7依据各评价指标对焦炭生产成本价格的影响规律建立了一套测算模型，首钢的李东涛17则是通过指标变化对高炉生产燃料比的影响值进行计算，进而给加扣分值赋予了更好的概念和设定依据。总之，指标评分的量化是一项专业性非常强的工作，但是，很多时候这些分值的确定只能凭经验，对每项指标都是人为设定一定的权重和加扣分值，具有一定的随意性，因此，在实际应用过程，也可能对评价结果产生影响。1.3价格成本核算方法价格评价也是性价比评价的一项重要内容。一般讲，企业综合考虑合同价格、水差、亏吨及由灰分、硫分和结焦性能变化造成的扣款等计算出具体的支付价格；不同的企业可能采用不同的价格参与性价比计算，如含水到厂承兑价、干基含税价格、干基不含税价格等。1.4综合评价公式的确定（1）性能计算公式首先对炼焦煤各项指标进行分值计算，进而计算综合性能分值，具体见公式（1）和（2）。单项指标分数=该项标准分值-(实际指标测定值-指标标准值)该项加扣分值（1）综合性能分值=各单项指标分数之和（2）（2）性价比计算公式根据 1.3 节确定的价格和公式（2）得到的综合性能分值，可得到某煤种性价比的计算公式，见式（3）。注：表中邯郸钢铁和新兴铸管公司的煤种同表 1。瞿涛等：炼焦煤性价比评价方法的研究与应用进展25-2023 年煤 化 工性价比=煤种综合性能分值/煤种价格（3）一般采用公式（1）公式（3）对煤种性价比进行综合评价，纪同森等7则提出了表达方式与公式（1）公式（3）有区别的计算式，虽然表达的方式有一定的不同，但是基本都是首先筛选评价指标，再通过参考标准分值、权重以及加扣分值进行计算的。广东韶钢的范国光18也是采用类似的基本原理，提出了一种“烟煤价格差的动态修正方法、烟煤性价比的动态评估方法以及烟煤品质的比较方法”。邯郸钢铁集团的张磊19则是取一单种煤作为标准煤种，将其对应的焦炭质量指标作为参照标准，将其他煤种炼制焦炭质量指标与这一标准进行比较，用对高炉的影响程度表征这一比较值，将对高炉的影响程度体现在焦炭成本上，最终用不同焦炭对应的焦炭成本表征出不同单种煤的性价比。2基于配合煤焦炭质量与成本的性能评价方法上述基于单种煤关键指标的评价方法主要依据炼焦煤质量指标变化进行加权评价，但不同炼焦煤成焦过程中灰分、硫分转化规律不一致，因此配入后会导致焦炭灰分、硫分变化不同；不同种类炼焦煤在配煤中的作用是不一样的，单种煤焦炭冷热强度高低也不能直接反映其在配合煤中的配伍能力强弱，仅基于单种煤的关键指标进行评价不能全面准确地反映其配合炼焦性能，其所获得的性能分值具有一定局限性。因此，国内企业也在探索基于配合煤焦炭质量与成本评价炼焦煤性价比的方法。重庆钢铁股份有限公司的李兴龙等20提出了一种炼焦煤使用性价比评价方法，其主要特征是用评价煤种替换配合煤中的同类煤种进行炼焦，并以被替换煤种的性能指标为标准参考对象，且同样依据单种煤关键指标的评价方法进行计算评价，值得强调的是，这里计算引用的关键指标包括了两个煤种的配合煤炼制焦炭的热强度指标。因此，此方法考虑了单种煤的配伍性，在一定程度上有所改进。包头钢铁（集团）有限责任公司的何晓义等21提供了一种焦化配煤用单种煤性价比评价方法及系统，其主要特征是首先建立一套焦炭质量预测模型，可以实现从单种煤指标计算配合煤指标，并基于预测模型获得配合煤焦炭质量，而后基于配煤寻优算法，以焦炭质量与成本为约束条件，测算比较待评价单种炼焦煤在固定配煤比下相对应的配合煤成本，使不同性质的单种炼焦煤具有可比性。此方法较好地体现了评价单种煤在配煤炼焦中的作用与地位，以配合煤成本最低为终极性价比评价指标，但是该方法应用的前提是建立一套能够准确预测焦炭质量的模型，这个当前还是一个比较棘手的问题，尽管市场上出现了一些配煤专家系统，但是在预测应用中仍然存在着较多的问题。汾渭数字信息技术有限公司的常毅军等22同样建立了一套全要素智能配煤系统，不仅可以实现焦炭质量预测和配煤优化，而且提供了煤源性价比排序模块。该方法在设定目标质量的前提下，将拟进行排序的所有煤源在一定的质量互补、价格支撑下，选出目前条件下的性价比最优方案，并根据方案比例确定其性价比排名。但是，该性价比排序算法是首先通过优化挑选出配比较高的煤种，而后将其余煤种重新优化配煤后再次挑选出配比高的煤种，依次进行，最终确定性价比排名，笔者认为该算法的合理有效性有待进一步的探讨与优化。3炼焦煤性价比评价方式的发展与建议炼焦煤性价比的评价方法有不同的表征方式，其中，基于单种煤关键指标的性价比评价方式占主流地位，因其简单、可操作性强受到企业的欢迎；同时该评价方式也存在指标量化随意性强、不能体现配伍性等缺陷。因此，近年来随着智能配煤系统在企业的推广应用，基于配合煤焦炭质量与成本、利用配煤专家系统快速智能开展性价比评价将会是今后的发展方向。基于上述的分析与探讨，对炼焦煤性价比的评价优化提出如下建议：（1）要结合企业实际情况开展炼焦煤质量综合评价体系研究，用科学的方式确定影响因子、权重值与加扣分值。（2）在指标的选择上，应重视灰分催化指数对炼焦性能的影响，尤其对于我国西部煤种以及国外煤种，灰分催化指数应列为一个重要的评价指标。（3）煤种的评价分类应进一步细化，评价的煤种尽量为同牌号且可以互为替换的煤种，同时，对不同牌号的煤种应基于指标的重要性，选择不同的指标并赋予不同的权重分值。（4）应充分考虑煤种的配伍性能，开展配合煤炼制焦炭质量的评价。另外，应重视配煤专家系统的作用，开发基于配合煤焦炭质量与成本的性价比评价模型。参考文献：1 宋林娜，马静波，李强.炼焦煤性价比的研究及应用26-第 51 卷第 3 期版 权 声 明稿件自录用之日起，其专有出版权和信息网络传播权即授予本刊，同时许可本刊转授第三方使用。若作者对此有异议，请在来稿时声明，本刊将作适当处理。J.燃料与化工，2014，45（3）：11-13.2 任华伟，白新革，钱如刚.运用数学模型进行炼焦煤性价比评价J.燃料与化工，2018，49（4）：9-11，13.3 杜俊.炼焦煤质量的综合评价体系及方法研究J.煤炭加工与综合利用，2019（5）：52-57.4 吴超.炼焦煤质量的综合评价体系研究J.技术与市场，2020，27（5）：171，173.5 孙存生.炼焦煤价效评价体系的建立与应用J.河南冶金，2013，21（4）：31-33.6 杜林森，李利刚.炼焦煤评价体系的建立与应用J.河北冶金，2012（10）：77-78，73.7 纪同森，刘成雷，许明，等.炼焦煤质量量化评价方法的研究与应用J.山东冶金，2020，42（6）：39-40，43.8 辽宁科技大学.一种基于 AHP 层次分析法的炼焦煤多维性质评价方法：201811056295.9P.2018-12-21.9 吴玉良.对炼焦煤性价比评价方法的改进及完善J.山西焦煤科技，2017（3）：53-56.10 新兴铸管股份有限公司.一种判断炼焦煤性价比的方法：201210248255.0P.2012-10-17.11 江苏沙钢集团有限公司.一种炼焦煤性价比评价方法：201210384856.4P.2013-01-30.12 杨邵鸿，付裕，李春娜，等.一种煤质价效评价方法J.燃料与化工，2021，52（2）：14-16，21.13 中钢集团鞍山热能研究院有限公司.炼焦原料应用性分类和综合质量评价及其指导配煤方法：201510492987.8P.2015-11-18.14 任华伟，钱如刚，吕青青.美国与俄罗斯瘦焦煤的煤质分析及应用J.煤化工，2014，42（4）：26-29.15 吴洪义，陈晓光，韩文有，等.美国和俄罗斯焦煤的对比研究与炼焦实践J.燃料与化工，2021，52（2）：1-4，13.16 济钢集团有限公司.一种炼焦煤质量量化评价方法：201410199486.6P.2014-07-23.17 首钢总公司.一种炼焦煤性价比定量评价方法：201510075433.8P.2015-06-10.18 广东韶钢松山股份有限公司.烟煤价格差的动态修正方法、烟煤性价比的动态评估方法以及烟煤品质的比较方法：202011115536.XP.2021-01-15.19 邯郸钢铁集团有限公司，河钢股份有限公司邯郸分公司.一种炼焦煤性价比评价模型的建立方法：201910505737.1P.2019-09-24.20 重庆钢铁股份有限公司.炼焦煤使用性价比评价方法：202110494639.XP.2021-08-10.21 包头钢铁（集团）有限责任公司.一种焦化配煤用单种煤性价比评价方法及系统：202210301257.5P.2022-06-24.22 汾渭数字信息技术有限公司.全要素智能配煤系统：202110188187.2P.2021-05-28.Research and application progress of cost performance evaluation method of coking coalQu Tao1,Wang Shijie2,Fang Hongming2(1.Ningbo Iron and Steel Co.,Ltd.,Ningbo Zhejiang 315807,China;2.Hubei Key Laboratory of Coal Conversion andNew Carbon Materials,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan Hubei 430081,China)AbstractBased on the current situation of coking coal supply and demand in China,the significance of coking coalcost performance evaluation was elaborated,the main domestic cost performance evaluation methods were systematicallyclassified and summarized,their advantages and disadvantages were analyzed,and the improvement and optimizationsuggestions were put forward.Nowadays,the cost performance evaluation method based on the key index of single coal typetook the leading position because of its simplicity and strong operability.With the rise of intelligent coal blending,consideringthe quality and cost of coke as the constraint condition,the future development direction would be using the coal blendingexpert system to carry out the coking coal cost performance evaluation quickly and intelligently.Key wordscoking coal;cost performance;evaluation method;research progress;suggestion瞿涛等：炼焦煤性价比评价方法的研究与应用进展27-