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(jié)焦過程中膨脹壓強(qiáng)與焦炭質(zhì)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(jié)構(gòu)和不同裝煤密度條件下的焦炭質(zhì)量與煉焦過程中膨脹壓強(qiáng)的測試發(fā)現(xiàn)二者間具有正相關(guān)性。指出在配煤結(jié)構(gòu)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(guī)工業(yè)分析指標(biāo)相比，煉焦膨脹壓強(qiáng)更能精確地反映焦炭質(zhì)量的變化，煉焦膨脹壓強(qiáng)可以用在搗固焦?fàn)t和煤調(diào)濕等工藝中來調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)和預(yù)測焦炭質(zhì)量。

膨脹壓強(qiáng)；裝煤密度；焦炭質(zhì)量；膠質(zhì)體

0 引言

煉焦工作者早已注意到煤在炭化過程中會產(chǎn)生結(jié)焦壓力，高的結(jié)焦壓力會給焦?fàn)t生產(chǎn)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(dāng)?shù)慕Y(jié)焦壓力又有利于煤的粘結(jié)[1]。一般認(rèn)為炭化室內(nèi)的膨脹壓力在加入煤料不久后就達(dá)到一個范圍較寬的最高值，然后逐漸下降，當(dāng)膠質(zhì)體開始出現(xiàn)時又逐漸增加，在兩側(cè)膠質(zhì)體融合時突然達(dá)到一最大值，然后在焦?fàn)t中心的焦炭固化收縮時降低[2]?，F(xiàn)有的煤質(zhì)評價指標(biāo)中比較強(qiáng)調(diào)的是G值，Y值，基氏流動度，膨脹度等，對于煤在結(jié)焦過程中的膨脹壓力的測量和關(guān)注比較少。

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

1 實(shí)驗(yàn)研究

1）實(shí)驗(yàn)用單種煤取自某焦化廠翻車機(jī)，縮分后破碎至2mm以下備用。

2）單種煤、配煤結(jié)焦實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)用2 kg小型坩堝焦?fàn)t，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(jié)構(gòu)測試：按YB／T077—1995《焦炭光學(xué)組織的測定方法》測試，將焦塊制取焦樣，再進(jìn)行光片制作，采用面積數(shù)點(diǎn)統(tǒng)計法，在德國進(jìn)口的MSP—200顯微鏡進(jìn)行測試。

4）焦炭熱性能測定：參照國標(biāo)GB／T4000—2008《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的測試方法》進(jìn)行。

5）結(jié)焦過程中的膨脹壓強(qiáng)測試采用自主設(shè)計的專利設(shè)備煉焦膨脹儀進(jìn)行測量。采用可活動側(cè)壁鏈接壓力傳感器的方式測量結(jié)焦過程中的膨脹壓力，然后換算為膨脹壓強(qiáng)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 煤質(zhì)分析

表1 單種煤煤質(zhì)工業(yè)分析及最高結(jié)焦膨脹壓強(qiáng)

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，本實(shí)驗(yàn)所用的氣煤和瘦煤的G值，Y值比較低，說明他們的膠質(zhì)體數(shù)量少，最高膨脹壓強(qiáng)也比較低。肥煤，焦煤和1/3焦煤的最高膨脹壓強(qiáng)比瘦煤和氣煤高出很多，焦煤的最高膨脹壓強(qiáng)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(zhì)體數(shù)量不如肥煤多，但是焦煤的結(jié)焦膨脹壓強(qiáng)大于肥煤的結(jié)焦膨脹壓強(qiáng)，說明焦煤的膠質(zhì)體比肥煤的膠質(zhì)體更粘稠。瘦煤和氣煤中的膠質(zhì)體比較稀薄或者數(shù)量少，單獨(dú)煉焦時膠質(zhì)體對揮發(fā)份外逸產(chǎn)生的阻力比較小，因此不會產(chǎn)生大的膨脹壓強(qiáng)。而其他膠質(zhì)體比較多的煤種中揮發(fā)份外逸時要沖破的膠質(zhì)層比較厚，或者膠質(zhì)體的粘稠度更大，所以產(chǎn)生的膨脹壓強(qiáng)就大些。

2.2 配煤煉焦實(shí)驗(yàn)

裝煤堆密度對結(jié)焦壓力和焦炭質(zhì)量的影響很大，本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整壓塊質(zhì)量和時間來調(diào)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(shí)驗(yàn)

表2為裝煤密度為0.69～0.72g/cm3時的煉焦實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表2 低密度裝煤煉焦實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)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(qiáng)粘結(jié)性肥煤和瘦煤的配比逐步降低。

從表中數(shù)據(jù)可以看出隨著氣煤配比的提高，結(jié)焦最高壓強(qiáng)逐步下降，與G值和Y值同步下降，同時焦炭熱性能指標(biāo)CSR也出現(xiàn)明顯的降低。弱粘結(jié)性氣煤配比增加，強(qiáng)粘結(jié)性肥煤和焦煤配比降低后，結(jié)焦過程中產(chǎn)生的膠質(zhì)體數(shù)量減少，粘稠度降低，雖然揮發(fā)份的量增加了，但是在揮發(fā)份外逸的時候并沒有足量的膠質(zhì)體來阻擋，因此最高膨脹壓強(qiáng)降低了。膨脹壓強(qiáng)的降低導(dǎo)致膠質(zhì)體的流動性不夠，對惰性物質(zhì)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(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)探討在配煤結(jié)構(gòu)相同，而裝煤密度不同的時候結(jié)焦膨脹壓強(qiáng)和焦炭質(zhì)量的關(guān)系。下表為提高裝煤密度時的煉焦實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3中的配煤結(jié)構(gòu)與表2中的配煤結(jié)構(gòu)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(zhì)量和膨脹壓強(qiáng)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(zhì)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(jié)性煤配比提高的條件下，裝煤密度低時焦炭質(zhì)量下降的更大一些。在裝煤密度不同時的焦炭質(zhì)量區(qū)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(diǎn)以上。在高裝煤密度時，即使弱粘結(jié)性氣煤的配比提高到25%，其焦炭的CSR仍可以達(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 不同裝煤堆密度焦炭質(zhì)量

圖2 不同堆密度膨脹壓強(qiáng)

圖2顯示出不同裝煤密度時結(jié)焦過程中最高膨脹壓強(qiáng)的變化趨勢。與焦炭質(zhì)量的變化趨勢一致，隨著氣煤配比的提高，最高膨脹壓強(qiáng)下降，在裝煤堆密度較高時的最高膨脹壓強(qiáng)大于裝煤堆密度較低時的最高膨脹壓強(qiáng)，差值在2kPa左右。在頂裝焦?fàn)t中，裝煤密度與焦?fàn)t高度有關(guān)，4.3m焦?fàn)t的裝煤密度在0.65g/cm3左右，國內(nèi)現(xiàn)有最高的7.63m焦?fàn)t的裝煤密度在0.75/cm3左右。在配煤結(jié)構(gòu)沒有變化，煤質(zhì)沒有區(qū)別的情況下，大焦?fàn)t的焦炭質(zhì)量高于小焦?fàn)t，其內(nèi)在原因就是裝煤堆密度的提高導(dǎo)致了結(jié)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(yè)分析指標(biāo)，結(jié)焦過程中的膨脹壓力變化更能反應(yīng)焦炭質(zhì)量的變化。因此在搗固焦?fàn)t和煤調(diào)濕等工藝中利用膨脹壓力來調(diào)節(jié)配煤結(jié)構(gòu)，預(yù)測焦炭質(zhì)量可能比常規(guī)的煤質(zhì)分析指標(biāo)更準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

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

2）相對于G值，Y值等常規(guī)工業(yè)分析指標(biāo)，結(jié)焦過程中的膨脹壓力更能靈敏地反應(yīng)出焦炭質(zhì)量的變化，尤其是在搗固焦?fàn)t和煤調(diào)濕工業(yè)中。因此可以在水分和裝煤密度變化時利用結(jié)焦過程中的膨脹壓力來調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)和預(yù)測焦炭質(zhì)量。

［1］姚昭章.煉焦學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)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]，F(xiàn)uel，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?yàn)榕涿簾捊?。

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