單煤煉焦焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度影響因素研究探討

仇歡歡

(山西焦煤集團 煤焦銷售有限公司， 山西 太原 030024)

近年來，隨著高爐趨于大型化、高爐噴吹量的增大以及高效節(jié)能的發(fā)展趨勢，焦炭在高爐煉鐵中的作用越來越重要，它不僅是高爐負(fù)荷的載體，也是煤氣上升和鐵水、爐渣下降必不可少的媒介，這不僅要求焦炭有較高的冷強度，還必須有較高的熱強度，而焦炭質(zhì)量主要依賴于煉焦用煤的質(zhì)量，其次是取決于備煤及煉焦工藝[1]. 40 kg小焦?fàn)t煉焦試驗是了解煤的煉焦特性及其焦炭特性的比較便捷的一種試驗方法，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度是判斷煉焦煤結(jié)焦性能及品質(zhì)高低的一個非常關(guān)鍵的指標(biāo)[2-3]，分析掌握影響焦炭熱強性能的煉焦煤煤質(zhì)特性，對合理利用有限的煉焦煤資源，預(yù)測焦炭質(zhì)量都有非常重要的實際意義。

1 實驗部分

該次實驗的煉焦煤主要來自山西古交、靈石、孝義、臨汾地區(qū)，對50種單種煤進(jìn)行了40 kg小焦?fàn)t不搗固煉焦試驗，并對煉焦煤及其焦炭進(jìn)行了相關(guān)檢測分析。檢測項目包括工業(yè)分析、全硫、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率及標(biāo)準(zhǔn)差、焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度。

2 實驗設(shè)備及檢測方法

實驗設(shè)備及檢測方法見表1.

表1 實驗設(shè)備及測定方法對應(yīng)國標(biāo)表

3 結(jié)果及討論

3.1 揮發(fā)分與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的關(guān)系

揮發(fā)分與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系見圖1，由圖1可知，揮發(fā)分在20%～26%的煤樣煉焦后焦炭的反應(yīng)性最低，反應(yīng)后強度CSR值達(dá)到最高，基本都在60%以上(具體數(shù)據(jù)見表2)，在此區(qū)間的煤均屬于焦煤或肥煤。揮發(fā)分大于26%時，隨著揮發(fā)分的升高，也就是煤化程度的降低，焦炭反應(yīng)性逐漸增大，焦炭反應(yīng)后強度下降明顯。因此，煉焦煤揮發(fā)分中等時，煉焦后焦炭熱強度最好，隨著揮發(fā)分的升高，煉焦后焦炭熱強度下降明顯。

圖1 揮發(fā)分與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系圖

表2 揮發(fā)分在20%～26%的煉焦煤指標(biāo)及其焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度表

3.2 鏡質(zhì)體平均最大反射率與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的關(guān)系

鏡質(zhì)體平均最大反射率與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系見圖2. 由圖2可知，隨著鏡質(zhì)體平均最大反射率的升高，即煤化程度的升高，焦炭反應(yīng)性逐漸降低，反應(yīng)后強度逐漸增高，且鏡質(zhì)體平均最大反射率在1.2%～1.5%時，焦炭反應(yīng)性達(dá)到最小，反應(yīng)后強度值達(dá)到最高。隨著鏡質(zhì)體平均最大反射率的增大，焦炭反應(yīng)性有增大趨勢，反應(yīng)后強度有減小趨勢。

揮發(fā)分與鏡質(zhì)體平均最大反射率均屬于反映煤化程度的指標(biāo)，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度隨著煤階的由低到高呈現(xiàn)出了同樣的變化規(guī)律。因此，煤化程度是對焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度影響較大的因素之一，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律。

3.3 黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的關(guān)系

黏結(jié)指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系見圖3. 由圖3可知，黏結(jié)指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系緊密，特征明顯，反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強度較高區(qū)域所對應(yīng)的黏結(jié)指數(shù)值大部分在80以上。

膠質(zhì)層最大厚度與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系見圖4. 由圖4可知，膠質(zhì)層最大厚度與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度沒有明顯的規(guī)律性關(guān)系，但可以發(fā)現(xiàn)焦炭反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強度較高時，膠質(zhì)層最大厚度值主要集中在15～22 mm(具體數(shù)據(jù)見表2).

圖4 煤的膠質(zhì)層指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系圖

3.4 影響焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度其它因素分析

實驗過程中發(fā)現(xiàn)揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率值都很相近的兩個煤樣，其焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度值卻差別較大，具體數(shù)據(jù)見表3，表4.

表3 a、b兩種煤樣實驗數(shù)據(jù)對比表

表4 c、d兩種煤樣實驗數(shù)據(jù)對比表

根據(jù)國家煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)，表3中a、b兩種煤均屬于25號焦煤，其揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)、鏡質(zhì)體平均最大反射率數(shù)值相差很小，但其焦炭反應(yīng)后強度卻相差約14%. 表4中c、d兩種煤均屬于15號焦煤，煤質(zhì)基本指標(biāo)相差很小，但其焦炭反應(yīng)后強度卻相差30%以上。

因此，在判斷煉焦煤煉焦后的焦炭熱強度時單獨依靠揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率這些表象的煤質(zhì)指標(biāo)是不可靠的，除了通常考慮的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)外，還應(yīng)該結(jié)合煤的混煤情況、堿金屬含量、成因因素(包括煤巖組成、成煤經(jīng)歷等)、元素組成(比如氧元素的含量)等進(jìn)行綜合判斷。比如煤巖組成中的惰質(zhì)組雖然沒有黏結(jié)性，但其在結(jié)焦過程中起骨架作用，是必不可少的部分，因此煤巖組分的含量、質(zhì)量或比例不理想可能是造成上述焦炭熱強度差距較大的原因之一，這需要通過煤巖組分檢測數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析確定。

4 結(jié) 論

1) 揮發(fā)分、鏡質(zhì)體平均最大反射率是反映煤化程度的指標(biāo)，煤化程度是對焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度影響較大的因素之一，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律，揮發(fā)分在20%～26%，鏡質(zhì)體平均最大反射率在1.2%～1.5%時，煉焦后焦炭反應(yīng)性最低，反應(yīng)后強度達(dá)到最高。

2) 黏結(jié)指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度關(guān)系緊密，特征明顯，反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強度較高區(qū)域所對應(yīng)的黏結(jié)指數(shù)值大部分在80以上。

3) 膠質(zhì)層指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度的關(guān)系沒有明顯的規(guī)律，但反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強度較高時，膠質(zhì)層最大厚度值主要集中在15～22 mm.

4) 在判斷煉焦煤煉焦后的焦炭熱強度時單獨依靠揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率這些表象的煤質(zhì)指標(biāo)是不可靠的，除了通常考慮的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)外，還應(yīng)該結(jié)合煤的混煤情況、堿金屬含量、成因因素(包括煤巖組成、成煤經(jīng)歷等)、元素組成(比如氧元素的含量)等進(jìn)行綜合判斷。