不同變質(zhì)程度肥煤的比較研究

張雪紅，項(xiàng) 茹，薛改鳳，劉 睿，任玉明

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430080；2.武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限責(zé)任公司，湖北 武漢，430082)

肥煤在煉焦過(guò)程中起骨架作用，它和焦煤一樣，屬于我國(guó)的稀缺煤種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)煉焦煤中，肥煤占12%[1]。受產(chǎn)地、成煤條件、成礦時(shí)間等方面的影響，不同變質(zhì)程度的肥煤，其膠質(zhì)體質(zhì)量存在差異，在配合煤中所起的作用也有所區(qū)別。肥煤與其他各種煤按比例配合成煉焦用煤，以保證配合煤的質(zhì)量能滿足煉焦生產(chǎn)需求。目前，我國(guó)焦化企業(yè)基本上以肥煤和焦煤等優(yōu)質(zhì)煉焦煤為主，焦煤加肥煤的最大配比超過(guò)了80%[2]，其中肥煤大多在15%以上。由于配用量較高，肥煤的煤質(zhì)差別對(duì)焦炭質(zhì)量影響明顯。為此，本文針對(duì)不同變質(zhì)程度的肥煤，從基氏流動(dòng)度和奧亞膨脹度等指標(biāo)入手，對(duì)肥煤煤質(zhì)的差異性進(jìn)行比較研究，以期為肥煤在配煤煉焦中的合理利用提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)原料分別選用山東A礦肥煤和山西B礦肥煤，根據(jù)我國(guó)GB/T 5751-2009分類標(biāo)準(zhǔn),其編碼均為36#。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 煉焦實(shí)驗(yàn)

單種煤煉焦實(shí)驗(yàn)在馬弗爐中進(jìn)行，成焦終溫為950 ℃，保溫時(shí)間為1 h。

1.2.2 分析檢測(cè)

肥煤的工業(yè)指標(biāo)分析按GB/T 212—2001測(cè)定，肥煤的鏡質(zhì)組反射率采用 MSP-200顯微鏡按GB/T 6948—1998測(cè)定，肥煤的膠質(zhì)層指數(shù)按GB/T 479—2000測(cè)定，肥煤的基氏流動(dòng)度按ASTM-D 2639—04測(cè)定，肥煤的奧亞膨脹度按GB/T 5450—97測(cè)定。

焦炭光學(xué)組織采用MSP-200顯微鏡按YB/T 077—1995測(cè)定，并采用數(shù)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 煤質(zhì)分析

肥煤的工業(yè)分析和工藝指標(biāo)如表1所示。由表1可看出，兩種肥煤的黏結(jié)指數(shù)G值均大于85，膠質(zhì)層指數(shù)Y值大于25 mm，呈典型肥煤特征。揮發(fā)分在一定程度上反映了煉焦煤的變質(zhì)程度，A礦肥煤的揮發(fā)分比B礦肥煤揮發(fā)分高13%左右。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果

兩種肥煤鏡質(zhì)體反射率及其分布如表2所示。由表2可看出，A礦肥煤的鏡質(zhì)體平均反射率比B礦肥煤的鏡質(zhì)體低30%左右。兩種肥煤鏡質(zhì)體反射率的主要分布區(qū)間也不相同，A礦肥煤相應(yīng)值以小于0.75%的為主，B礦肥煤相應(yīng)值以0.95%～1.35%區(qū)間為主。0.75%～0.95%區(qū)間是肥煤鏡質(zhì)體反射率分布的常見(jiàn)范圍，A礦和B礦肥煤在該區(qū)間均有分布，變質(zhì)程度較低的肥煤，其鏡質(zhì)體反射率趨向分布于小于0.75%區(qū)間，變質(zhì)程度較高的肥煤，其鏡質(zhì)體反射率則更趨向分布于0.95%～1.35%區(qū)間。

表2 煤的鏡質(zhì)體反射率及其分布

2.2 膠質(zhì)層體積曲線分析

圖1為A礦肥煤和B礦肥煤的膠質(zhì)層體積曲線。由圖1可看出，A礦肥煤和B礦肥煤的膠質(zhì)層體積曲線整體均呈“山”形。這主要是由于當(dāng)肥煤置入煤杯中加熱時(shí)，緊挨加熱部位的煤杯底部肥煤開(kāi)始軟化，出現(xiàn)膠質(zhì)體，隨著膠質(zhì)體量的增加，膨脹度增大，體積曲線開(kāi)始向上。由于肥煤的膠質(zhì)體豐富，透氣性變差，加熱形成的氣體無(wú)法順利析出，因此其體積曲線一直居高不下。當(dāng)加熱至后期時(shí)，煤中膠質(zhì)體量減少，氣體析出量也減少，同時(shí)半焦產(chǎn)生裂紋，氣體可以從半焦側(cè)和上部煤層(后期是膠質(zhì)體層)析出，相應(yīng)體積曲線逐漸下降，最終形成“山”形。但A礦肥煤的“山” 頂在水平面線之上，高于B礦，B礦肥煤整個(gè)“山”形都位于水平線之下，這是由于A礦肥煤膠質(zhì)體的膨脹度高于B礦肥煤，使得其體積曲線上升較高。

(a) A礦

(b) B礦

2.3 基氏流動(dòng)度和奧亞膨脹度分析

煤的流動(dòng)度可以用于指導(dǎo)配煤和進(jìn)行焦炭強(qiáng)度預(yù)測(cè)[3]，奧亞膨脹度能夠直接測(cè)定煙煤的結(jié)焦性能[4]。兩類表征煤的塑性指標(biāo)如表3所示。由表3可看出，A礦肥煤的流動(dòng)度遠(yuǎn)高于B礦肥煤，達(dá)到了65 508 ddpm。A礦肥煤的軟化溫度低于B礦肥煤，這主要是由于A礦肥煤的變質(zhì)程度低，煤粒受熱后，較快的軟化熔融形成膠質(zhì)體，使得攪拌槳較早地開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，且膠質(zhì)體稀薄造成轉(zhuǎn)速較快而出現(xiàn)流動(dòng)度較高。從塑性溫度區(qū)間來(lái)看，A礦肥煤的塑性溫度區(qū)間溫度達(dá)到105 ℃，較寬的塑性溫度區(qū)間有利于提高配合煤干餾過(guò)程的軟融區(qū)間及配合煤塑性狀態(tài)的連續(xù)性，促進(jìn)煤粒間界面反應(yīng)的進(jìn)行。從奧亞膨脹度b值指標(biāo)來(lái)看，A礦肥煤的b值指標(biāo)也高于B礦肥煤，達(dá)到202.4%。

表3煤的基氏流動(dòng)度和奧亞膨脹度

Table3GieselerfluidityandAudibert-Arnudilatationofcoals

MF/ddpm/℃/℃b/%A65 508377105202.4B3876386104141.2

2.4 不同煤樣成焦光學(xué)組織分析

單種煤成焦光學(xué)組織與該煉焦煤的變質(zhì)程度有關(guān)，不同變質(zhì)程度煤中的不同顯微組分在成焦過(guò)程中會(huì)形成不同的焦炭光學(xué)組織[5]。焦炭光學(xué)組織是影響焦炭熱性能的主要因素之一[6]。圖2為兩種煤樣成焦的光學(xué)組織微觀結(jié)構(gòu)。由圖2可看出，A礦肥煤成焦以細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，少量粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)存在于細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)中，同時(shí)伴有一部分惰性結(jié)構(gòu)；B礦肥煤成焦以粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，存在少量細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)，惰性結(jié)構(gòu)尺寸大，較明顯地分布于焦炭光學(xué)組織的各部位。

(a) A礦肥煤成焦

(b) B礦肥煤成焦

表4為兩種煤樣成焦光學(xué)組織分布。由表4可看出，A礦肥成焦的粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)總和較高，達(dá)到90%，惰性結(jié)構(gòu)僅為10%。B礦肥煤成焦的惰性組分則占到33%,粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)總和僅占66%，低于A礦肥煤相應(yīng)值，但B礦肥煤粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)以粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主。與其他光學(xué)組織結(jié)構(gòu)相比，粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)有利于焦炭熱性能的提高[7]。

表4 焦炭的光學(xué)組織分布

2.5 不同變質(zhì)程度肥煤配煤煉焦分析

從以上煤樣煤質(zhì)的指標(biāo)可看出，A礦、B礦肥煤分別代表了不同類型的肥煤，A礦肥煤揮發(fā)分高，變質(zhì)程度偏低，單種煤樣成焦光學(xué)組織以細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，過(guò)多配用不利于焦炭質(zhì)量的提高，但其膠質(zhì)體非常豐富，且具有高流動(dòng)度、高膨脹的特點(diǎn)，此類肥煤的配用能明顯改善生產(chǎn)用配合煤的流動(dòng)度和膨脹度。B礦肥煤的膠質(zhì)體流動(dòng)度、膨脹度低于肥煤的正常范圍，在調(diào)節(jié)配合煤的流動(dòng)度、膨脹度方面，其作用較弱，但其揮發(fā)分相對(duì)較低，變質(zhì)程度偏高，且單種煤樣成焦光學(xué)組織以粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，對(duì)改善焦炭質(zhì)量能夠起到積極作用。

因此，上述兩種肥煤在配煤煉焦中應(yīng)區(qū)別配用。具體的配用情況應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)中配用的其他煉焦煤的煤質(zhì)狀況及實(shí)際生產(chǎn)中的配合煤構(gòu)成，使不同煤質(zhì)的肥煤資源在配煤煉焦中發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，從而在改善焦炭質(zhì)量方面起到積極的作用。

3 結(jié)論

(1)A礦肥煤具有低灰低硫的特點(diǎn)，有助于調(diào)節(jié)配合煤的灰分、硫分；B礦肥煤變質(zhì)程度高于A礦肥煤，其揮發(fā)分低，有利于焦炭產(chǎn)量的提高。

(2)A礦肥煤膠質(zhì)體非常豐富，且具有高流動(dòng)度、高膨脹的特點(diǎn)，對(duì)于調(diào)節(jié)配合煤的流動(dòng)度、膨脹度方面的作用明顯，可有效地改善配合煤的煤質(zhì)。

(3)B礦肥煤具有成焦光學(xué)組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，單種煤成焦以粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，能明顯改善焦炭的質(zhì)量。

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