高炉越来越高的焦炭质量要求与稀缺炼焦煤资源日趋匮乏之间矛盾愈发凸显，一方面，炼焦工序通过炼焦配煤优化、原料煤预处理、焦炉设备技术改造等措施提高焦炭质量进而满足高炉需求，另一方面，明确焦炉炉型、焦炭质量与高炉用焦炭对应关系，优化不同级别焦炭高炉供应、降低高炉焦比等满足高炉用焦炭的供需平衡。通过不断增配稀缺炼焦煤资源来提高焦炭质量尴尬局面在一定程度上得到缓解，但随着现代研究对高炉内部焦炭反应认识逐渐深入，焦炭质量检测与高炉用焦炭质量评价匹配关系需要重新衡量，认清高炉用冶金焦炭质量评价弊端，不断优化焦炭质量评价与高炉实际生产适应性，最终实现稀缺炼焦煤资源高效利用的同时生产出满足大高炉稳定顺行的冶金焦炭。
关键词：冶金焦炭高炉稀缺炼焦煤焦炭质量
面对全球气候变暖，温室气体排放加剧，中国政府相继发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》、《关于京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值的公告》、《关于做好年重点领域化解过剩产能工作的通知》等制度条文，重点推动“碳排放权交易管理暂行条例”的出台。中国在应对气候变化的政策与行动年度报告[1]中指出要持续化解过剩产能，推进化石能源清洁化利用，控制工业领域温室气体排放。钢铁企业作为高能耗，高污染排放行业，正在积极应对，努力做好超低排放，为低碳生产、绿色冶炼保驾护航。
高炉炼铁是钢铁冶金工艺流程中资源、能源消耗最大生产工序，也是钢铁冶金过程碳排放量最多的生产环节，其煤基能源消耗占整个企业能耗的70%，粉尘排放占钢铁冶金流程的40%以上，烟气排放占比60~70%[2]。中国是资源型大国，更是资源消费大国。目前国内先进大型高炉焦比为kg/tHM，燃料比为kg/tHM[3]，另外还要提供利用煤气燃烧加热产生的℃热风。年中国高炉炼铁量12.39亿t，折算出共计消耗燃料6.07亿t，包括消耗冶金焦炭3.59亿t。
基于国内外低碳生产和稀缺炼焦煤资源日趋匮乏实际问题，以及我国高炉炼铁工艺中焦炭供需匹配关系，有必要重新分析认识焦炭与煤资源、炼焦与高炉炼铁、焦炭质量评价与焦炭质量检测之间的矛盾关系及行业难题，助推我国高炉炼铁工艺技术进步，合理优化利用冶金焦炭资源，最终实现以煤基为主要原燃料的高炉炼铁工艺低碳、节约、高效发展。
1焦炭与煤资源
具有年历史的高炉炼铁工序是现在也是未来一段时间内铁矿还原为铁的主要工艺技术。高炉正不断朝着大型化发展，对焦炭质量要求也是越来越高，在不考虑焦炉设备、焦煤原料预处理、炼焦工艺等因素影响下，焦炭质量与炼焦煤资源直接相关，“好煤出好焦”在一定程度上也解释了这种因果关系。然而，炼焦煤中所用的稀缺炼焦煤（GB/T—）资源日趋紧缺，这与目前企业中普遍存在的通过炼焦中增加稀缺炼焦煤配入量来提高焦炭质量是相互矛盾的。
高炉大型化不断发展，为了追求高炉稳定顺行，对焦炭冷、热态强度质量指标要求越来越高，甚至已经到达炼铁工艺史的最高点。国内某6米焦炉近6年焦炭反应性和反应后强度变化情况如图1所示，从中可以看出，焦炭反应性指标明显降低，反应后强度显著提高，焦炭质量已经提升至临界高点。
图1某6米焦炉焦炭热态强度质量情况（-年）
中国已查明炼焦煤资源储量达亿吨，经济可采的炼焦煤储量仅有亿t，其中气煤、焦煤、肥煤、瘦煤资源分别占46%、24%、13%、16%[4]。年我国年产焦炭4.38亿t[5]，以煤：焦生产比为1.3：1，年我国耗炼焦煤5.69亿t，按照年年消耗炼焦煤量计算，经济开采的炼焦煤资源可再用69年。然而，经济可采的炼焦煤储量中近46%为气煤，随着钢铁行业转暖，为了增大焦炭产量、铁产量，焦化生产单位开始逐渐减配或不配挥发分较高的气煤，也就是说按照目前仅采用稀缺炼焦煤进行配煤炼焦，稀缺炼焦煤资源可再用37年，该稀缺炼焦煤资源可能还包括部分冶金焦原料不可用的高硫、高灰类煤资源。
在炼焦工艺未发生重大变革前提下，通过表1对比分析年与年某焦炉炼焦煤配比及配煤指标，不难发现，焦煤配比明显增多，不再配加气煤，焦炭质量冷态强度M40提高6.64%，M10降低16.06%；热态强度CRI降低26.86%，CSR提高11.82%，焦炭质量显著提升。
表1某焦炉年与年某焦炉炼焦用煤质量、配煤比例、焦炭质量对比
另外，我国炼焦煤资源分布不均衡，主要分布在华北地区。据国土资源部统计，山西省保有查明炼焦煤资源量占全国炼焦煤资源总量的52.8%，其次分别为安徽、山东、贵州、新疆、河南、黑龙江、河北和内蒙古等地区[6]。稀缺炼焦煤资源逐渐匮乏与资源分布的不均衡，迫使国内钢铁、焦化企业开始采购并使用进口炼焦煤，尤其是临近海岸、港口企业，根据海关总署中国进口商品量统计，年中国炼焦煤进口6万吨，占炼焦煤消耗总量11.41%。另外，炼焦煤在自然氧化条件下会发生变质[7]，降低粘结性能，炼焦煤并不适合长时间自然氧化条件下运输、储存。
针对炼焦煤尤其是稀缺炼焦煤资源的逐渐匮乏与分布不均，国内各大生产企业、大专院校及科研院所分别对炼焦配煤优化、原料煤预处理、焦炉设备升级改造等进行了大量研究。
1.1炼焦配煤优化
配煤优化包括大比例应用弱粘结性、高硫、高灰煤配煤炼焦，并达到高炉用焦炭技术指标要求。近几年与计算机技术相结合形成炼焦配煤专家系统，煤岩理论配煤等。
（1）弱粘性煤炼焦应用
弱粘性煤是指在焦化行业中用粘结指数较低的气煤、瘦煤、贫瘦煤，大致可归纳为低变质程度高挥发分弱粘性煤和高变质程度低挥发分弱粘性煤，如表2所示，也就是炼焦煤岩学中镜质组反射率分布图位于两端的部分煤种。
表2烟煤中弱粘结性煤分类
弱粘性煤产生的胶质体在软熔区间停留时间较短，包裹惰性物形成半焦性能较差，生成焦炭质量较低。对弱粘结性煤的配煤炼焦试验已有研究，尤其是钢铁产能过剩、效益不景气时期，为了降低原料成本，往往通过配加成本较低弱粘结性煤进行炼焦生产，一些生产厂矿还对弱粘性煤进行前期破碎、增配粘结指数相对高的肥煤[8-10]、捣固预处理[11]等手段来保证冶金焦炭质量。
（2）高硫和高灰煤炼焦应用
目前针对高硫煤（St,d＞3%）进行配煤炼焦研究较多，但实现直接应用大比例高硫煤配煤炼焦还有一定难度。一方面，煤中的硫份主要分为无机硫和有机硫，无机硫（主要指硫铁矿）可以通过物理洗选的方法进行脱除，但是有机硫无论是利用物理、化学还是生物方法均很难脱除，煤中硫含量过高会使得炼焦过程中焦炉烟气硫含量增大，进而增大脱硫工序负担；焦炭硫含量过高，需要更多的脱硫剂提高炉渣碱度，同时增大高炉焦比，报道称焦炭含硫量升高0.1%，焦比将上升1.2~2.0%[12]，后续铁水脱硫成本增大；另外，过高的S含量还会造成钢材的热脆性。高炉用焦炭对硫含量有明确要求，一级焦炭硫含量S≤0.7%，有些企业甚至直接将S含量限定0.6%以内，目前一些企业为了配入高硫炼焦煤相应增配低硫炼焦煤，使得企业采购低硫炼焦煤渠道、成本压力增大，所以对于高硫炼焦煤在炼焦配煤中的应用将是未来值得
