配合煤粉碎細度對焦炭質量、產量的影響

燕 慧， 岳偉明， 李亮亮

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

引 言

隨著焦爐大型化及噴吹煤的大量使用，各大鋼廠對焦炭質量的要求也越來越苛刻，需要更高的冷熱態強度、更低的反應性、低灰、低硫和較低且穩定的水分。面對焦炭市場競爭的日趨激烈及優質煉焦煤的日益短缺，如何根據現有的煤炭資源和生產設備來生產達到質量指標要求的焦炭，并使焦炭生產成本最小，是整個焦化行業追求的目標。

我國大部分焦化廠都采用先配煤后粉碎的生產工藝，該工藝流程簡單，投資小，但也存在粉碎不均、配煤準確度差的缺點；為得到強度更好、產量更高的焦炭，各焦化廠應尋找各自最適合的粉碎細度。目前，我公司控制配煤細度要求<3 mm的煤粉達到72%～75%，為了更好地了解配合煤細度對焦炭質量、產量的影響，我公司進行了一系列不同細度下配合煤的40 kg小焦爐結焦性試驗，尋找配合煤細度與焦炭質量、產量的關系。

1 試驗條件及測定標準

小焦爐試驗條件：實際裝煤量為44.44 kg(濕煤)，水分10%±0.5%，細度要求分別控制在(72%～82%)±0.5%，結焦時間17.5 h，裝煤溫度800 ℃，焦餅中心溫度控制在(1 000±50) ℃。

2 配煤試驗方案

本次試驗采用我公司使用的配煤比，在不同配合煤細度下進行40 kg小焦爐結焦性試驗。配煤方案見表1。

表1 40 kg小焦爐試驗配煤方案

3 配合煤細度與堆密度的關系

為了保證試驗的準確性，配煤采用自配方式來控制配合煤細度，即為先配合后粉碎，共進行6次結焦性試驗，每次實驗均為平行實驗，這6次試驗的理論配合煤細度依次為：72%、74%、76%、78%、80%、82%。實測細度及堆密度見表2，煤細度與堆密度關系見圖1。

表2 實測細度及堆密度

圖1 配合煤細度與堆密度關系圖

由表2及圖1可以看出，在裝煤量相同的情況下，配合煤堆密度是隨著細度的增加呈拋物線形式；當細度在79.56%時，堆密度達到最大值0.928 t/m3，隨后，堆密度隨著細度的增加而降低。這是由于，前期，隨著細度的提高，煤料間的間隙減小，使煤粒間的接觸更加緊密，因而堆密度增加；而細度越細，煤粒越小，面與面磨擦越大，這樣顆粒相互不容易擠緊，此時堆密度反而會下降。

4 40 kg小焦爐試驗焦炭質量

40 kg小焦爐試驗焦炭質量情況見表3，焦炭各粒級篩分情況見表4。

表3 40 kg小焦爐試驗焦炭質量情況

表4 40 kg小焦爐試驗焦炭各粒級篩分情況

4.1 配合煤細度與焦炭平均塊度的關系(見圖2)

焦炭平均塊度隨著配合煤細度的增加呈拋物線形式，在約77%時達最大值。

圖2 配合煤細度與焦炭塊度關系圖

4.2 配合煤細度與焦炭塊度均勻系數的關系(見圖3)

焦炭塊度均勻系數隨著配合煤細度的增加呈拋物線形式，在約77%時達最大值。為了提高焦炭的大塊率，因而配合煤細度也不易過高，經測算6次試驗焦炭的大塊率可知，細度為76%時，焦炭大塊率較好。

圖3 配合煤細度與焦炭均勻系數關系圖

4.3 配合煤細度與焦炭顯氣孔率的關系(見圖4)

焦炭顯氣孔率隨著配合煤細度的增加呈拋物線形式，在約77.5%時為最低值。

圖4 配合煤細度與顯氣孔率關系圖

4.4 配合煤細度與焦炭抗碎、耐磨強度的關系(見圖5、圖6)

隨著配合煤細度的增加，焦炭機械強度有所改善，抗碎強度M40提高，耐磨強度M10降低。這是由于，粉碎細度提高，煤粉的分散表面積增加，由于固體顆粒對液體的吸附作用使膠質體黏度增加，膠質體易于填滿空隙，不利于氣體的析出，形成結構堅實的焦炭，煉焦過程中半焦收縮小，焦炭裂紋少，因而提高了焦炭的機械強度。

圖5 配合煤細度與抗碎強度關系圖

圖6 配合煤細度與耐磨強度關系圖

4.5 配合煤細度與焦炭反應后強度的關系(見第85頁圖7)

隨著堆密度的增加，焦炭反應后強度CSR也呈現先上升后下降趨勢，至約78%時達最大值；堆密度增加，焦炭氣孔率降低，與二氧化碳反應時的表面積減少，反應速率減小，因而反應后強度有所上升。

圖7 配合煤細度與反應后強度關系圖

5 結論

1) 在配合煤水分、裝煤量一定的情況下，堆密度是隨著配合煤細度的增加先增加而后降低；當配合煤細度在79.56%時，堆密度達到最大值0.928 t/m3，之后開始下降；當配合煤細度范圍在72.00%～79.56%時，細度每提高1%，堆密度提高約13 kg/m3，結合我公司6 m焦爐有效容積38.5 m3、成焦率76%、全年預計生產15.33萬爐測算，細度提高1%，單爐裝煤量大概增加500 kg，單爐焦炭產量可以增加380 kg，全年預計焦炭產量可以增加5.8萬t。因此，在現有基礎上適當提高配合煤的細度，可提高焦炭質量、產量。

2) 隨著配合煤細度的增加，煤料間的間隙減小，使煤粒間的接觸更加緊密，不利于氣體的析出，從而形成了結構堅實的焦炭，因而焦炭塊度均勻、致密，氣孔率低，反應后強度有所提高，焦炭抗碎強度M40提高，耐磨強度M10降低；而粉碎細度過細，煤粒越小，面與面磨擦越大，這樣顆粒不容易相互擠緊，從而影響配合煤堆密度及焦炭強度。

3) 根據40 kg焦爐試驗數據得出，配合煤細度控制在(77.0±1)%的范圍內，焦炭質量、產量較佳；在工業焦爐實際應用時還應充分考慮配合煤細度提高后對配煤、回收等系統的影響，并根據實際情況選擇合適的配合煤細度。