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1.6 焦炭中矿物质（灰分）对焦炭劣化的影响
以往研究大多集中在焦炭矿物质对焦炭反应性的催化作用上，但近期研究认为，焦炭中碱金属等对焦炭的劣化作用被夸大了，甚至认为碱金属等可促进焦炭的气化反应、有利于矿石的还原，可促进焦炭在风口区的燃烧、有利于高炉冶炼[8-9]。焦炭中的碱金属对焦炭的劣化作用可能主要是其嵌入焦炭微晶结构中的破坏，导致焦炭劣化[8-9]。SiO2等在高温条件下的还原、化学反应及气化逸出使焦炭劣化[1,2,4]。 
1.7 对焦炭质量的新认识
传统的焦炭质量指标对高炉冶炼条件的模拟性不足，尤其是对高炉下部的高温区没有模拟。前述研究结果显示，模拟高炉冶炼条件的反应性及反应后强度和高温强度与传统的焦炭质量指标既存在一定的相关性，也存在较大的差别，说明现有焦炭质量指标的不足；焦炭的孔隙结构是影响焦炭质量的重要因素，焦炭的炭基质是影响焦炭质量的内在因素。由于炼焦煤的不同变质程度、煤岩组成及工艺特性使生成焦炭的孔隙结构和显微组织间的结合呈现出影响焦炭质量的“薄弱环节”，而这些“薄弱环节”在传统焦炭质量测定时未能全面表现出来，但在高炉下部高温区却是焦炭劣化的重要因素。众所周知，捣固炼焦可以明显改善焦炭的M10和CSR，但大多数高炉生产者不愿意使用捣固焦炭，认为捣固焦炭质量不及顶装焦炉焦炭质量，或认为虽然可以使用，但要“打八折”。也有研究者研究捣固焦炭与顶装焦炭质量的差异，认为其“盲肠孔”较多，影响了其性能[17]。前述Fanyu Meng等研究显示捣固工艺可以明显提高S+指标是其强度提高的原因，但捣固工艺并不能明显降低不规则孔隙的数量[15]，而该孔隙可能是造成焦炭高温强度降低的重要原因。为追求低成本，捣固工艺的配煤中黏结性较差的煤比例较高，是不规则孔隙产生的重要因素，也是前述Richard Roest等指出在高炉下部几个区域焦炭劣化影响因素产生的原因，即配煤造成焦炭的本质质量较差。加之捣固焦炭气孔率低，会明显影响其气化性能和燃烧性能，使冶炼强度下降、焦比升高。 因此，结合高炉冶炼实际，深入研究焦炭的本质质量是认识和解决问题的途径。采用焦炭质量研究进展的新理念，或可以解释和理解焦炭质量与高炉冶炼出现的“异常现象”，并通过研究焦炭本质质量便于日常检测的方法，建立焦炭质量的新评价体系。通过选择合理的煤炭资源进行合理配煤，并结合适当的工艺技术为高炉生产提供满足其真实需求的焦炭。 2 炼焦配煤研究进展及新理念
焦炭质量的高低以能否满足高炉高效冶炼为评价的依据。目前采用的焦炭质量指标虽然能在大部分情况下评价其质量，但各指标与高炉的冶炼关系不明显，甚至出现“异常现象”。以目前指标指导炼焦生产和炼焦配煤会出现误导。为更好地进行炼焦配煤，应以高炉冶炼实际情况和对焦炭本质质量的需求开展炼焦配煤研究和生产控制。据此，提出研究和生产的思路为以高炉生产为导向，由高炉对焦炭质量要求到炼焦配煤，再到炼焦煤。即高炉焦炭本质质量要求、生产该质量焦炭的配煤结构与炼焦工艺制度、炼焦煤源的选择与评价。 2.1 配煤结构
所谓配煤结构是指配煤所采用的煤种及其配比。众所周知，中高变质程度的焦肥煤大多具有优良的结焦性能和热性能，表现为冷、热态强度均高，而低变质程度的气煤、1/3焦煤大多表现为冷、热态强度较低，高变质程度的瘦煤、贫瘦煤和贫煤大多不软化熔融，炼焦时易形成不规则孔隙。部分追求低成本的捣固炼焦企业，过低的焦肥煤比例，是其焦炭本质质量不高的主要原因。因此，合理的配煤结构是生产优质焦炭的前提条件。 2.2 煤岩配煤
煤岩技术可用于确定煤变质程度、煤岩相组成及识别混煤等。炼焦配煤时通过拟合配合煤的镜质组反射率分布图有效地控制配合煤的结构，在使用混煤时十分有效[18]。研究炼焦煤的煤岩相组成，并据此进行配煤是改善焦炭微观炭基质和孔隙结构的有效手段，也可以改善焦炭的高温性能。国内外优质焦煤的岩相组成多表现为镜质组含量约60%～75%，其余为惰质组，惰质组中半丝质组含量较高，见表3。近期研究表明，煤粒的岩相组成对焦炭质量具有很大影响，表现为有的煤种适宜细粉碎（即希望煤粒中的不同岩相解离），而有的煤种希望粗粉碎（即不希望煤粒中的不同岩相解离[19]），见图3。这对煤料的粉碎提出了新要求，对于希望细粉碎的煤料可以采取先预粉碎再配煤，然后再粉碎的备煤工艺。 
2.3 炼焦煤评价与应用性分类
目前国内焦化企业大多采用《中国煤炭分类》对炼焦煤进行分类和评价，并指导炼焦配煤。该方法以挥发分作为煤阶指标、黏结指数G及胶质层最大厚度Y和奥阿膨胀度b值作为工艺指标对煤进行分类，存在分类指标不能全面反映炼焦煤性能、分类指标较宽泛、未能涵盖炼焦性能、不适于混合煤等问题。存在煤种分界线附近煤种与分类不符、同类煤炼焦性能差别巨大的问题。因此，大部分焦化企业采用试验焦炉对炼焦煤炼焦性能进行补充评价。为较全面地评价炼焦煤，中钢热能院、宝钢等都提出了各自的炼焦煤评价方法[20-21]。将炼焦煤众多性能指标按其对炼焦能力的贡献通过数学方法整合到一起，对炼焦煤进行较全面地评价。其中中钢热能院方法按焦炭质量几个重要指标将炼焦煤性能整合为黏结能力指标、结焦能力指标、热性能指标以及灰分和硫分指标，并与价格挂钩分别形成各性能指标的性价比和综合性能及其性价比，用以指导炼焦煤源的选择、采购和使用[20]。该方法还适用于混合煤，解决了大量存在的混合煤的评价与应用问题。该评价方法采用分类与数值化相结合的方法，对炼焦煤进行应用性分类并对其进行数值化评价，使其对包括混合煤在内的炼焦煤可以进行应用性分类和打分，不但使其评价更直观，还可以以此为基础进行数值化炼焦配煤，再结合计算机技术使炼焦配煤更全面、方便和快捷。 
2.4 炼焦工艺与操作制度
炼焦工艺与操作制度是影响焦炭质量的重要因素。正确认识和合理利用炼焦工艺与操作制度才能保障合理利用炼焦煤资源、保证焦炭质量和维护安全生产。 火落管理，是以控制产品质量为目标的炼焦操作制度，区别于传统的结焦周期管理，分为火落时间和置时间，火落时间是焦炭成熟的时间，置时间是进一步使焦炭质量均质化的时间[21]。该方法保障了焦炭成熟和质量均匀。 干熄焦，不仅是余热回收的节能工艺技术，也是提高焦炭质量的工艺技术。循环惰性气体逆流换热冷却红热焦炭降低了焦炭内部的热应力，减少了焦炭微裂纹。焦炭在干熄炉内自上而下的运动部分消除了焦炭的缺陷。这两个作用有效提高了焦炭内在质量，改善高炉冶炼的技术经济指标。但同时，也存在冶金焦率下降、生产成本高的问题。目前钢铁联合企业大多已实现干熄焦，并逐步向全干熄方向发展。独立焦化企业也快速跟上，已有部分企业采用干熄焦工艺。建议钢铁企业在采购干熄焦时应充分考虑这一因素，适当提高采购价格，实现钢铁与焦化共赢。 捣固炼焦工艺，通过提高装炉煤的堆密度提高焦炭的质量。捣固工艺较明显改善M10、CSR指标。捣固工艺主要是通过降低焦炭气孔率、改善孔隙结构而提高了焦炭的质量指标[15,22]，但焦炭的炭基质特性基本没有变化[22]。因此，不宜片面夸大捣固工艺的作用，更不宜对该工艺赋予过高的期望，目前捣固焦炭质量不高的主要原因是配煤结构较差，焦、肥煤的配比过低。所以，捣固炼焦配煤结构与顶装炼焦的配煤结构不宜差距过大，否则，焦炭本质质量会有明显下降而影响高炉冶炼。同时，捣固炼焦企业对该工艺须有认识，捣固工艺对配煤结构有特殊的要求与限制，对焦饼膨胀压力和收缩更为敏感，在生产较高质量焦炭时更加突出。选择合适的煤源、优化配煤结构并配合工艺制度才能较好平衡平稳安全生产和焦炭质量关系。总之，捣固焦生产应以高炉需求为准则，合理配煤生产捣固冶金焦。 2.5 优化配煤
优化配煤包括合理选择煤源和优化配煤结构以及优化配煤的方法。前述炼焦煤的评价和应用性分类是优化配煤的前提条件。根据高炉对焦炭本质质量要求，以科学的煤质评价为前提，采用适当的方法进行炼焦配煤，从而实现优化配煤。 结构配煤，以焦炭本质质量为目标，合理选择煤资源并进行合理搭配，使配合煤中保持合理比例的骨架煤种和基础煤种，即焦煤和肥煤，采用的技术指标除传统的煤质指标、煤分类及试验焦炉焦炭指标外，配合煤岩反射率和煤岩组成指标等是可行方法。 基于炼焦煤数值化评价和应用性分类的优化配煤，是中钢热能院提出的专利方法。首先，将拟参加配煤的各单种煤进行较全面的煤质分析和试验焦炉炼焦试验，根据试验结果进行数值化评价和应用性分类，再根据目标质量焦炭进行数值化配煤，根据各项指标的得分高低调整配煤比，实现优化配煤。 矩阵法优化配煤技术，是中钢热能院提出的将各单种煤各项煤质指标进行矩阵化处理，根据目标焦炭质量要求采用矩阵算法进行优化配煤。该方法可以方便地采用计算机技术进行计算和优化，不仅提高了效率，也便于编程用于配煤软件和专家系统。 3 结语
（1）加强焦炭质量研究，建立焦炭质量评价新体系，开发能便捷评价焦炭本质质量的方法，为炼铁和炼焦生产提供指导。 （2）研究炼焦煤炼焦过程的变化机理及其对焦炭本质质量的影响规律，为生产本质质量优良的焦炭提供理论指导。 （3）开发便捷高效的炼焦煤评价方法和配煤方法，实现优化利用煤炭资源、生产满足高炉冶炼真实需求的较低成本的合格焦炭。 （4）充分研究各种炼焦工艺技术及操作制度对配煤结构的适应性和对焦炭质量的影响，合理利用各种工艺技术及操作制度实现生产合格焦炭与生产的顺行安全。
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