煉焦煤細度控制對生產影響的研究

高立東 向海飛 高鋒林 王洪順

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

煉焦煤細度是指煉焦煤料小于3 mm粒級所占的百分比。因單種煤的變質程度、區域位置、礦物含量、成煤年代等不同，使得可磨性不盡相同，同時國內各焦化廠工藝配置以及用煤條件等均不同，所以煉焦煤細度范圍控制較大。煉焦煤細度對煉焦生產部分指標均有影響，尤其是對焦爐單爐產焦量和焦炭強度影響較大[1]。焦化企業大多采用先配后粉工藝，所以對配合煤細度科學控制顯得尤為重要。為了進一步探索配合煤細度對生產上的具體影響，筆者進行了配合煤細度的試驗研究，研究煉焦煤在不同細度情況下對堆密度及焦炭質量的影響，為煉焦生產調整煤的細度提供參考依據。

1 試驗技術思路和方法

1.1 試驗目的

通過對配合煤進行不同級別粉碎細度控制，分別進行堆密度和煉焦試驗，找出配合煤細度與裝煤量及焦炭質量的關系，從而確定最佳配合煤細度。

1.2 主要試驗儀器設備

錘式粉碎機，容積57.33×10-3m3裝煤試驗用裝煤箱，0.2 mm、0.5 mm、1.0 mm、2.0 mm、3.0 mm、5.0 mm、7.0 mm、10.0 mm、15.0 mm、20.0 mm不同規格試驗用篩，改進過40 kg底開門試驗焦爐及配套焦炭冷熱強度檢測設備，主要是對傳統40 kg底開門小焦爐裝煤箱進行了改進，在裝煤箱不加熱的兩個側面的內表面、頂面的內表面及底面的內表面上設置隔熱耐火層，從而使裝煤箱的加熱方式由過去的五面加熱變為兩面加熱，實現模擬生產焦爐層層結焦的特點，改善了結焦過程，提高小焦爐的靈敏性，使試驗結果具有區分性。

1.3 試驗方法

把進廠各單種煤分別取樣若干，并按照生產配比配成合格配合煤，通過調整錘式粉碎機，對配合煤進行粉碎，生產不同細度配合煤，并對這些配合煤進行相應的堆密度試驗和40 kg底開門試驗焦爐煉焦試驗。

2 不同細度對生產影響試驗

2.1 細度對粒級組成影響

一般頂裝焦爐配合煤細度控制在65%～80%之間，本次通過調整錘式粉碎機運行參數，將配好的配合煤細度按照60%～85%進行分級別控制，不同細度粒級組成見表1。

從表1可以看出，隨著配合煤細度的變化，0.2 mm以下和2 mm～5 mm粒級比例變化不大，7 mm以上的比例和0.2 mm～0.5 mm的比例變化最大。

2.2 細度對堆密度影響

將粉碎好不同細度的配合煤裝入體積為57.33×10-3m3長方形鐵箱中，在裝煤過程中不施加任何外力，自然裝滿。稱量煤的重量，算出煤堆密度，煤的細度與堆密度關系見表2。煉焦煤細度與堆密度變化趨勢如圖1所示。

表1 細度與粒級組成試驗數據

表2 煉焦煤細度與堆密度數據

圖1煉焦煤細度與對應堆密度變化趨勢

從表2和圖1可以看出，在配合煤細度在60%～85%之間隨著細度增加，堆密度相應降低，并且有較好的線性對應關系。

2.3 細度對焦炭強度影響

利用40 kg小焦爐進行煉焦，配套為試驗用轉鼓，每次取粒度大于60 mm的試驗焦炭12.5 kg置轉鼓內測定，將轉鼓后的焦炭分別用40 mm、25 mm和10 mm的篩子篩分，并計算出粒度大于40 mm、25 mm和小于10 mm的百分含量。并將做過轉鼓后的焦炭按照國標做熱反應性及熱強度,具體試驗結果見表3。

表3 不同細度的小焦爐試驗結果

從表3可以看出，小焦爐試驗結果顯示，焦炭冷強度與細度對應關系較為明顯，不同細度的配合煤，隨著配煤細度的增加，焦炭的強度隨之改善，但當配煤細度達到一定后，隨著細度的繼續增加，焦炭的冷強度又出現下滑；熱強度與細度無明顯對應關系，熱強度更多是受煤質自身質量影響較大。

3 分析與討論

試驗表明，不同細度的配合煤，隨著配煤細度的增加，裝爐煤堆密度減小，焦炭的強度改善，但當配煤細度達到一定后，隨著細度的繼續增加，焦炭的強度呈劣化趨勢。分析認為：配煤細度過低時，煤顆粒較大，特別是黏結性差的煤粒度較大，配合過程中各組分不能均勻混合及裝爐過程中易偏析，不同組分的煤粒子在煉焦過程中不能較好的相互作用、相互填充間隙、相互結合，得到的焦炭結構不均勻，焦炭強度降低。細度過高時，由于0.2 mm～0.5 mm的顆粒大幅度增加，不僅增加顆粒比表面，使熱解生成的液相產物不足以潤濕顆粒表面，而且較小的顆粒熱解時，顆粒內部產生的氣相產物容易分解析出，使氣相中的游離氫沒有充分時間與熱解生成的大分子自由基作用，減少了中等分子液相產物的生成率，降低了煤料的黏結性。并且過細煤料的堆比重下降，導致煉焦過程中煤粒間的熔融程度不充分，所煉焦炭結構不致密，孔隙增多，從而導致焦炭強度下降[2]。

煉焦煤的粒度不僅對焦爐生產和焦炭質量生產影響巨大，其對化產品也是有一定影響。因為用大粒煤煉焦，煤在一次裂解時所產生的原子氫全部消耗在煤粒內部，它與煤分解產生的有機物進一步反應生成甲烷和不飽和碳氫化合物，因此焦爐氣中氫含量較少，但揮發分總產率卻比小粒煤高。所以大粒煤煉焦所產生的液態產物焦油、粗苯等比小粒煤多。

4 結語

煉焦煤的粒度對煉焦生產影響十分復雜，對焦炭產量、焦炭質量、化產收率等多個方面均有影響。減小配合煤細度，可提高入爐煤堆密度，增加煉焦單爐產量，但同時也劣化了焦炭質量。

實際生產中，膠質體多及結焦性好的肥煤、焦煤應粗粉碎，如粉碎過細，會產生破粘，容易出現自瘦化效應。瘦煤和氣煤硬度大，應進行細粉碎，且瘦煤僅有微量膠質體，根本無法結焦，在成焦過程中瘦煤顆粒大就會在焦炭內部形成裂紋中心，使焦炭強度降低，如果顆粒小可參與焦炭氣孔壁形成，使焦炭氣孔壁增厚，從而提高焦炭強度。 但顆粒不易過細，過細則煤料比表面積相應增大，要吸附較多的非揮發分液相，影響焦炭強度，特別是耐磨強度。另外，煤料過小，動力消耗大，煤的粉塵多，焦油渣增多。因此，企業應根據自身實際情況控制合適的配合煤細度，且盡可能減少5mm以上大粒煤，想辦法杜絕15mm以上大粒煤。

[1] 姚昭章,鄭東明．煉焦學[M]．北京:冶金工業出版社,2005:54-55.

[2] 虞繼舜．煤化學[M]．北京:冶金工業出版社,2008:60-62.