如何根據配合煤指標預測焦炭質量

張陽　回柳

摘 要：在進行煉焦生產中配合煤指標是影響焦炭質量的主要因素之一。如何在降低成本的情況下生產出合格的焦炭是各個焦炭生產企業主要研究的課題之一。配合煤指標主要包括：化學成分指標即灰分、硫分和磷含量，工藝性質指標即煤化度和粘結性，煤巖組分指標和工藝條件指標即水分、細度、堆密度等。衡量焦炭質量好壞的指標主要包括：焦炭的粒度、抗碎強度和耐磨強度、熱反應性和反應后強度。

關鍵詞：配合煤；指標；焦炭；強度

前言

隨著高爐的大型化對冶金焦炭的質量要求的提高及我國煤炭資源的分布不均勻，導致我國焦炭行業必須采用多種煤配合煉焦。用兩種或者兩種以上的煤均勻的按照適當的比例配合就叫做配合煤。配合煤的幾種主要的指標為水分、灰分、揮發份、硫份、細度等指標。每項指標都是影響焦炭質量的重要因素之一。

（1）配合煤的水分多少和其穩定與否，對焦炭產量、質量一級焦爐壽命都有很大影響。首先對生產來說，水分高將延長結焦時間，配合煤的水分每增加1%，要求立火道溫度上升5～7攝氏度，煉焦耗熱量增加30kj/kg，結焦時間延長10～15分鐘，從而降低產量。其次配煤水分過高，產生的酚水量增加。此外，煤料的堆密度與水分有較大關系，干煤堆密度最大，隨著水分增加密度減少，當配合煤水分為7%～8%時，堆密度最小，為干煤堆密度的85%左右，對煤進行干燥可使堆密度增加，從而改善煤料的粘結性。但是水分過小不利于生產操作，所以配合煤的水分一般要求在7%～10%之間，并保持穩定，以免影響焦爐加熱制度的穩定。

（2）配合煤的灰分在煉焦后全部轉入焦炭中，一般配么的成焦率為70%～80%，焦炭的灰分為配煤的1.3～1.4倍。灰分是惰性物質，配合煤灰分高則粘結性降低。灰分的顆粒較大，硬度比煤大，它與焦炭物質之間有明顯的分界面，而且膨脹系數不一樣，當半焦收縮時，這個界面上的應力集中，成為裂紋的中心，灰分顆粒越大則裂紋越寬、越深、越長，所以配合煤的灰分高焦炭的強度低。配煤的灰分指標是按焦炭規定的灰分指標經計算得來的，即配煤灰分（A煤）=焦炭灰分（A焦）×全焦率（K，%）不同用途的焦炭對灰分的要求各不相同，我國的一級冶金焦的灰分≤12%，按成焦率75%計算，配合煤灰分≤9%比較適合，煉氣化焦時，配合煤則為15%左右。

（3）配合煤的硫分也是影響焦炭質量的重要指標之一。當焦炭含硫高時，會使生鐵含硫提高，質量較低，增加高爐堿度使高爐操作惡化。通常焦炭中的硫份每增加0.1%，焦比增加1.2%～2.0%，高爐生產能力下降2%。在煉焦過程中配合煤當中約有60%～70%轉入焦炭，因配合煤的產焦率為70%～80%，故焦炭硫分約為配合煤硫分的80%～90%。由此可根據焦炭對硫分的要求計算出配合煤硫分的上限。我國一級冶金焦的硫份要求是≤0.6%，所以配合煤的硫分≤0.75%。

（4）配合煤中的磷分幾乎全部轉化到焦炭中，由于含磷量高的焦炭將使生鐵冷脆性變大，因此生產中要求配合煤的含磷量低于0.05%，中國的冶金焦和鑄造焦出口時，外商對磷含量的要求十分嚴格，氣化焦對磷含量一般沒有特殊要求。

（5）配合煤的煤化度是表述煤的變質程度，常用的指標是揮發分Vdaf和平均最大反射率Rmax，兩者之間有密切的聯系。根據鞍山熱能研究院對我國148種煤所做的回歸分析得出如下方程

Rmax=2.35-0.04Vdaf

確定配合煤的煤化度控制值應從需要、可能、合理利用資源、經濟實效等方面綜合權衡。配合煤的揮發分過高由于其收縮系數大，導致焦炭的平均粒度過小，抗碎強度低。但揮發份又與化學產品的產率成正比，從兼顧焦炭質量以及焦爐煤氣和煉焦化學產品產率出發，各國通常將裝爐煤揮發分控制在28%～32%范圍內。生產大型高爐所用焦炭的常規煉焦配合煤，煤化度指標控制的適宜范圍是Rmax=1.2%～1.3%，相當于Vdaf=26%～28%。但還應視具體情況，并結合粘結性指標的適宜范圍一并考慮。氣化焦用煤的揮發分應大于30%。

（6）配合煤的粘結性指標是影響焦炭強度的重要因素。各國用來表征粘結性的指標各不相同。常用的指標有煤的膨脹度b、煤的流動度MF、膠質層指數y、X和粘結指數G，這些指數大，表示粘結性強。多數室式煉焦配合煤粘結性指標的適宜范圍有以下數值：最大流動度MF值為70（或100）～103ddpm，奧-阿膨脹度≥50%，最大膠質層厚度y為17～22mm，G為58～72。氣化焦對配煤的粘結性指標要求較低。配合煤的粘結性指標一般不能用單種煤的粘結性指標按加和性計算。我國對粘結性指標的表述一般采用膠質層最大厚度y值和粘結指數G值的方法。

（7）配合煤的煤巖組分的比例要恰當，配合煤的顯微組分中的活性組分應占主要部分，但也應有適當的惰性組分作為骨架，以利于形成致密的焦炭，同時也可緩解收縮應力，減少裂紋的形成。惰性組分的適宜比例因煤化度不同而異，當配煤的平均最大反射率Rmax<1.3時，以30%～32%較好；當max>1.3時，以25%～30%為好。采用高揮發分煤時，尚需考慮穩定組含量。

（8）配合煤的細度是量度煉焦煤粉碎程度的一種指標，用小于3mm粒級煤占全部配合煤的質量百分率來表示。各國焦化廠都根據本廠煤源的煤質和裝爐煤的工藝特征確定細度控制指標。將煤粉碎到一定細度，可以保證混合均勻。從而改善焦炭內部結構的均勻性。細度過低，在運輸過程中會造成偏析現象而使混合不勻，會因礦物質太大而使焦炭內部結構不均一，也由于惰性物質的顆粒較大而生成較大裂紋，使焦炭強度降低。細度過高，不僅粉碎機動力消耗過大，設備生產能力降低，還由于煤塵（<0.5mm）增多，使裝爐操作困難，集氣管內焦油渣增加，焦油質量變壞等不利因素。更主要的是細度過高，降低裝爐煤的粘結性和堆密度，以至于降低焦炭的質量和產量。在配合煤中，弱粘結性煤應細粉碎，強粘結性煤細度不要過高，有利于提高焦炭的質量和產量。一般對配合煤細度控制范圍為：頂裝煉焦時，小于3mm粒級量為72%～80%，配型煤煉焦時為85%左右，搗固煉焦時為90%以上。控制配合煤細度的措施主要有：正確選用煤粉碎機；在粉碎前篩出粒度小于3mm的煤，以免重復粉碎。

（9）配合煤的堆密度是指焦爐炭化室中單位容積煤的質量，常以kg/m3表示。其它影響配合煤對密度的因素還有在前面所說的配合煤的水分、細度等。配合煤堆密度大，不僅可以增加焦炭產率，而且有利于改善焦炭質量。但隨著堆密度的增加，膨脹壓力也增大，而且配合煤膨脹壓力過大會引起焦爐爐體破壞。因此，提高配合煤堆密度以改善焦炭質量的同時，要嚴格防止膨脹壓力超過極限值，一些國家對膨脹壓力極限值視試驗條件不同而不同，其范圍波動在10～24kPa范圍內。

綜上所述，要生產出質量合格的焦炭的前提條件是要配出合格的配合煤。配合煤是影響焦炭質量的重要因素。

參考文獻

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