如何根據(jù)配合煤指標(biāo)預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量

張陽　回柳

摘 要：在進(jìn)行煉焦生產(chǎn)中配合煤指標(biāo)是影響焦炭質(zhì)量的主要因素之一。如何在降低成本的情況下生產(chǎn)出合格的焦炭是各個(gè)焦炭生產(chǎn)企業(yè)主要研究的課題之一。配合煤指標(biāo)主要包括：化學(xué)成分指標(biāo)即灰分、硫分和磷含量，工藝性質(zhì)指標(biāo)即煤化度和粘結(jié)性，煤巖組分指標(biāo)和工藝條件指標(biāo)即水分、細(xì)度、堆密度等。衡量焦炭質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要包括：焦炭的粒度、抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度、熱反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：配合煤；指標(biāo)；焦炭；強(qiáng)度

前言

隨著高爐的大型化對(duì)冶金焦炭的質(zhì)量要求的提高及我國(guó)煤炭資源的分布不均勻，導(dǎo)致我國(guó)焦炭行業(yè)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(dāng)?shù)谋壤浜暇徒凶雠浜厦骸Ｅ浜厦旱膸追N主要的指標(biāo)為水分、灰分、揮發(fā)份、硫份、細(xì)度等指標(biāo)。每項(xiàng)指標(biāo)都是影響焦炭質(zhì)量的重要因素之一。

（1）配合煤的水分多少和其穩(wěn)定與否，對(duì)焦炭產(chǎn)量、質(zhì)量一級(jí)焦?fàn)t壽命都有很大影響。首先對(duì)生產(chǎn)來說，水分高將延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)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(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)10～15分鐘，從而降低產(chǎn)量。其次配煤水分過高，產(chǎn)生的酚水量增加。此外，煤料的堆密度與水分有較大關(guān)系，干煤堆密度最大，隨著水分增加密度減少，當(dāng)配合煤水分為7%～8%時(shí)，堆密度最小，為干煤堆密度的85%左右，對(duì)煤進(jìn)行干燥可使堆密度增加，從而改善煤料的粘結(jié)性。但是水分過小不利于生產(chǎn)操作，所以配合煤的水分一般要求在7%～10%之間，并保持穩(wěn)定，以免影響焦?fàn)t加熱制度的穩(wěn)定。

（2）配合煤的灰分在煉焦后全部轉(zhuǎn)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(zhì)，配合煤灰分高則粘結(jié)性降低。灰分的顆粒較大，硬度比煤大，它與焦炭物質(zhì)之間有明顯的分界面，而且膨脹系數(shù)不一樣，當(dāng)半焦收縮時(shí)，這個(gè)界面上的應(yīng)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(zhǎng)，所以配合煤的灰分高焦炭的強(qiáng)度低。配煤的灰分指標(biāo)是按焦炭規(guī)定的灰分指標(biāo)經(jīng)計(jì)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(duì)灰分的要求各不相同，我國(guó)的一級(jí)冶金焦的灰分≤12%，按成焦率75%計(jì)算，配合煤灰分≤9%比較適合，煉氣化焦時(shí)，配合煤則為15%左右。

（3）配合煤的硫分也是影響焦炭質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。當(dāng)焦炭含硫高時(shí)，會(huì)使生鐵含硫提高，質(zhì)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(chǎn)能力下降2%。在煉焦過程中配合煤當(dāng)中約有60%～70%轉(zhuǎn)入焦炭，因配合煤的產(chǎn)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(jù)焦炭對(duì)硫分的要求計(jì)算出配合煤硫分的上限。我國(guó)一級(jí)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(zhuǎn)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(chǎn)中要求配合煤的含磷量低于0.05%，中國(guó)的冶金焦和鑄造焦出口時(shí)，外商對(duì)磷含量的要求十分嚴(yán)格，氣化焦對(duì)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(zhì)程度，常用的指標(biāo)是揮發(fā)分Vdaf和平均最大反射率Rmax，兩者之間有密切的聯(lián)系。根據(jù)鞍山熱能研究院對(duì)我國(guó)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(yīng)從需要、可能、合理利用資源、經(jīng)濟(jì)實(shí)效等方面綜合權(quán)衡。配合煤的揮發(fā)分過高由于其收縮系數(shù)大，導(dǎo)致焦炭的平均粒度過小，抗碎強(qiáng)度低。但揮發(fā)份又與化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率成正比，從兼顧焦炭質(zhì)量以及焦?fàn)t煤氣和煉焦化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率出發(fā)，各國(guó)通常將裝爐煤揮發(fā)分控制在28%～32%范圍內(nèi)。生產(chǎn)大型高爐所用焦炭的常規(guī)煉焦配合煤，煤化度指標(biāo)控制的適宜范圍是Rmax=1.2%～1.3%，相當(dāng)于Vdaf=26%～28%。但還應(yīng)視具體情況，并結(jié)合粘結(jié)性指標(biāo)的適宜范圍一并考慮。氣化焦用煤的揮發(fā)分應(yīng)大于30%。

（6）配合煤的粘結(jié)性指標(biāo)是影響焦炭強(qiáng)度的重要因素。各國(guó)用來表征粘結(jié)性的指標(biāo)各不相同。常用的指標(biāo)有煤的膨脹度b、煤的流動(dòng)度MF、膠質(zhì)層指數(shù)y、X和粘結(jié)指數(shù)G，這些指數(shù)大，表示粘結(jié)性強(qiáng)。多數(shù)室式煉焦配合煤粘結(jié)性指標(biāo)的適宜范圍有以下數(shù)值：最大流動(dòng)度MF值為70（或100）～103ddpm，奧-阿膨脹度≥50%，最大膠質(zhì)層厚度y為17～22mm，G為58～72。氣化焦對(duì)配煤的粘結(jié)性指標(biāo)要求較低。配合煤的粘結(jié)性指標(biāo)一般不能用單種煤的粘結(jié)性指標(biāo)按加和性計(jì)算。我國(guó)對(duì)粘結(jié)性指標(biāo)的表述一般采用膠質(zhì)層最大厚度y值和粘結(jié)指數(shù)G值的方法。

（7）配合煤的煤巖組分的比例要恰當(dāng)，配合煤的顯微組分中的活性組分應(yīng)占主要部分，但也應(yīng)有適當(dāng)?shù)亩栊越M分作為骨架，以利于形成致密的焦炭，同時(shí)也可緩解收縮應(yīng)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(dāng)配煤的平均最大反射率Rmax<1.3時(shí)，以30%～32%較好；當(dāng)max>1.3時(shí)，以25%～30%為好。采用高揮發(fā)分煤時(shí)，尚需考慮穩(wěn)定組含量。

（8）配合煤的細(xì)度是量度煉焦煤粉碎程度的一種指標(biāo)，用小于3mm粒級(jí)煤占全部配合煤的質(zhì)量百分率來表示。各國(guó)焦化廠都根據(jù)本廠煤源的煤質(zhì)和裝爐煤的工藝特征確定細(xì)度控制指標(biāo)。將煤粉碎到一定細(xì)度，可以保證混合均勻。從而改善焦炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。細(xì)度過低，在運(yùn)輸過程中會(huì)造成偏析現(xiàn)象而使混合不勻，會(huì)因礦物質(zhì)太大而使焦炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)不均一，也由于惰性物質(zhì)的顆粒較大而生成較大裂紋，使焦炭強(qiáng)度降低。細(xì)度過高，不僅粉碎機(jī)動(dòng)力消耗過大，設(shè)備生產(chǎn)能力降低，還由于煤塵（<0.5mm）增多，使裝爐操作困難，集氣管內(nèi)焦油渣增加，焦油質(zhì)量變壞等不利因素。更主要的是細(xì)度過高，降低裝爐煤的粘結(jié)性和堆密度，以至于降低焦炭的質(zhì)量和產(chǎn)量。在配合煤中，弱粘結(jié)性煤應(yīng)細(xì)粉碎，強(qiáng)粘結(jié)性煤細(xì)度不要過高，有利于提高焦炭的質(zhì)量和產(chǎn)量。一般對(duì)配合煤細(xì)度控制范圍為：頂裝煉焦時(shí)，小于3mm粒級(jí)量為72%～80%，配型煤煉焦時(shí)為85%左右，搗固煉焦時(shí)為90%以上。控制配合煤細(xì)度的措施主要有：正確選用煤粉碎機(jī)；在粉碎前篩出粒度小于3mm的煤，以免重復(fù)粉碎。

（9）配合煤的堆密度是指焦?fàn)t炭化室中單位容積煤的質(zhì)量，常以kg/m3表示。其它影響配合煤對(duì)密度的因素還有在前面所說的配合煤的水分、細(xì)度等。配合煤堆密度大，不僅可以增加焦炭產(chǎn)率，而且有利于改善焦炭質(zhì)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(huì)引起焦?fàn)t爐體破壞。因此，提高配合煤堆密度以改善焦炭質(zhì)量的同時(shí)，要嚴(yán)格防止膨脹壓力超過極限值，一些國(guó)家對(duì)膨脹壓力極限值視試驗(yàn)條件不同而不同，其范圍波動(dòng)在10～24kPa范圍內(nèi)。

綜上所述，要生產(chǎn)出質(zhì)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(zhì)量的重要因素。

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