堆密度對結焦過程中膨脹壓強與焦炭質量影響

詹立志 薛改鳳 鮑俊芳 陳 鵬 張雪紅

(武鋼研究院，湖北 武漢 430080)

堆密度對結焦過程中膨脹壓強與焦炭質量影響

詹立志 薛改鳳 鮑俊芳 陳 鵬 張雪紅

(武鋼研究院，湖北 武漢 430080)

通過不同配煤結構和不同裝煤密度條件下的焦炭質量與煉焦過程中膨脹壓強的測試發現二者間具有正相關性。指出在配煤結構相同，但是水分不同，或者裝煤密度變化比較大的情況下，與常規工業分析指標相比，煉焦膨脹壓強更能精確地反映焦炭質量的變化，煉焦膨脹壓強可以用在搗固焦爐和煤調濕等工藝中來調整配煤結構和預測焦炭質量。

膨脹壓強；裝煤密度；焦炭質量；膠質體

0 引言

煉焦工作者早已注意到煤在炭化過程中會產生結焦壓力，高的結焦壓力會給焦爐生產帶來許多問題，輕則使推焦困難，重則破壞爐墻，降低爐墻使用壽命，而適當的結焦壓力又有利于煤的粘結[1]。一般認為炭化室內的膨脹壓力在加入煤料不久后就達到一個范圍較寬的最高值，然后逐漸下降，當膠質體開始出現時又逐漸增加，在兩側膠質體融合時突然達到一最大值，然后在焦爐中心的焦炭固化收縮時降低[2]?，F有的煤質評價指標中比較強調的是G值，Y值，基氏流動度，膨脹度等，對于煤在結焦過程中的膨脹壓力的測量和關注比較少。

在配煤結構相同，裝煤密度不同的情況下，雖然常規的分析手段表明煤質基本相同，但是煉制出的焦炭質量卻存在明顯的差異。研究者已經注意到裝煤密度對焦炭質量的影響，而對于裝煤密度對煉焦過程中膨脹壓強的影響以及其與焦炭質量之間的關系并沒有深入研究，本文試對裝煤密度與煉焦膨脹壓強和焦炭質量之間的關系進行探討。

1 實驗研究

1）實驗用單種煤取自某焦化廠翻車機，縮分后破碎至2mm以下備用。

2）單種煤、配煤結焦實驗：實驗用2 kg小型坩堝焦爐，以一定升溫曲線升溫到980℃下保溫3小時后自然冷卻。

3）焦炭顯微結構測試：按YB／T077—1995《焦炭光學組織的測定方法》測試，將焦塊制取焦樣，再進行光片制作，采用面積數點統計法，在德國進口的MSP—200顯微鏡進行測試。

4）焦炭熱性能測定：參照國標GB／T4000—2008《焦炭反應性及反應后強度的測試方法》進行。

5）結焦過程中的膨脹壓強測試采用自主設計的專利設備煉焦膨脹儀進行測量。采用可活動側壁鏈接壓力傳感器的方式測量結焦過程中的膨脹壓力，然后換算為膨脹壓強。

2 實驗結果與分析

2.1 煤質分析

表1 單種煤煤質工業分析及最高結焦膨脹壓強

從表1中數據可以看出，本實驗所用的氣煤和瘦煤的G值，Y值比較低，說明他們的膠質體數量少，最高膨脹壓強也比較低。肥煤，焦煤和1/3焦煤的最高膨脹壓強比瘦煤和氣煤高出很多，焦煤的最高膨脹壓強甚至是瘦煤的四倍。焦煤的G值和Y值不如肥煤的G值和Y值高，可能是焦煤的膠質體數量不如肥煤多，但是焦煤的結焦膨脹壓強大于肥煤的結焦膨脹壓強，說明焦煤的膠質體比肥煤的膠質體更粘稠。瘦煤和氣煤中的膠質體比較稀薄或者數量少，單獨煉焦時膠質體對揮發份外逸產生的阻力比較小，因此不會產生大的膨脹壓強。而其他膠質體比較多的煤種中揮發份外逸時要沖破的膠質層比較厚，或者膠質體的粘稠度更大，所以產生的膨脹壓強就大些。

2.2 配煤煉焦實驗

裝煤堆密度對結焦壓力和焦炭質量的影響很大，本實驗通過調整壓塊質量和時間來調整裝煤密度，使裝煤密度為0.69～0.72g/cm3和0.95～0.98g/cm3兩種。

2.2.1 低裝煤密度煉焦實驗

表2為裝煤密度為0.69～0.72g/cm3時的煉焦實驗結果。

表2 低密度裝煤煉焦實驗結果

實驗配比共有五組，其中的氣煤配比從1號的5%逐步提高到5號的25%，而強粘結性肥煤和瘦煤的配比逐步降低。

從表中數據可以看出隨著氣煤配比的提高，結焦最高壓強逐步下降，與G值和Y值同步下降，同時焦炭熱性能指標CSR也出現明顯的降低。弱粘結性氣煤配比增加，強粘結性肥煤和焦煤配比降低后，結焦過程中產生的膠質體數量減少，粘稠度降低，雖然揮發份的量增加了，但是在揮發份外逸的時候并沒有足量的膠質體來阻擋，因此最高膨脹壓強降低了。膨脹壓強的降低導致膠質體的流動性不夠，對惰性物質的浸潤和包圍不充分，所以焦炭的熱性能比較差。

2.2.2 高密度裝煤實驗

本實驗探討在配煤結構相同，而裝煤密度不同的時候結焦膨脹壓強和焦炭質量的關系。下表為提高裝煤密度時的煉焦實驗結果。

表3中的配煤結構與表2中的配煤結構完全相同，G值和Y值都相同。圖1和圖2是兩種裝煤密度下的焦炭質量和膨脹壓強對比。

圖1顯示隨著氣煤配比的提高，兩種裝煤密度條件下的焦炭質量都是下降的，裝煤密度高時焦炭CSR下降的百分率為17%，裝煤密度低時焦炭CSR下降的百分率為19.5%，說明在弱粘結性煤配比提高的條件下，裝煤密度低時焦炭質量下降的更大一些。在裝煤密度不同時的焦炭質量區別也較大，裝煤密度為0.95～0.98g/cm3時的焦炭CSR比裝煤密度為0.69～0.72g/cm3時的CSR都提高4個百分點以上。在高裝煤密度時，即使弱粘結性氣煤的配比提高到25%，其焦炭的CSR仍可以達到62.4%，可以滿足高爐的需求，而此時低裝煤密度的焦炭CSR只有56.7%。

表3 高密度裝煤時煉焦實驗結果

圖1 不同裝煤堆密度焦炭質量

圖2 不同堆密度膨脹壓強

圖2顯示出不同裝煤密度時結焦過程中最高膨脹壓強的變化趨勢。與焦炭質量的變化趨勢一致，隨著氣煤配比的提高，最高膨脹壓強下降，在裝煤堆密度較高時的最高膨脹壓強大于裝煤堆密度較低時的最高膨脹壓強，差值在2kPa左右。在頂裝焦爐中，裝煤密度與焦爐高度有關，4.3m焦爐的裝煤密度在0.65g/cm3左右，國內現有最高的7.63m焦爐的裝煤密度在0.75/cm3左右。在配煤結構沒有變化，煤質沒有區別的情況下，大焦爐的焦炭質量高于小焦爐，其內在原因就是裝煤堆密度的提高導致了結焦過程中膨脹壓力的提高。同時還可以看到，相對于G值，Y值等煤的工業分析指標，結焦過程中的膨脹壓力變化更能反應焦炭質量的變化。因此在搗固焦爐和煤調濕等工藝中利用膨脹壓力來調節配煤結構，預測焦炭質量可能比常規的煤質分析指標更準確。

3 結語

1）增加裝煤堆密度可以提高結焦過程中的膨脹壓力，推動膠質體流動，同時減少煤粒間距離，因此膠質體對惰性物質的浸潤更均勻充分，微觀結構更致密，宏觀質量更好。

2）相對于G值，Y值等常規工業分析指標，結焦過程中的膨脹壓力更能靈敏地反應出焦炭質量的變化，尤其是在搗固焦爐和煤調濕工業中。因此可以在水分和裝煤密度變化時利用結焦過程中的膨脹壓力來調整配煤結構和預測焦炭質量。

［1］姚昭章.煉焦學[M].北京:冶金工業出版社,l995:57-61.

［2］Barriocanal C,Hays D,Patrick J W,A Laboratory study of the Mechanism of Coking Pressure Generation[J]，Fuel，l998,77(7):729-733.

詹立志（1972—)，湖北武漢人，博士，武鋼研究院，研究方向為配煤煉焦 。

鄧麗麗］