龐克亮，王超

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009；2.鞍鋼集團(tuán)北京研究院有限公司，北京102200）

中國(guó)是焦炭的生產(chǎn)和消耗大國(guó)，我國(guó)焦炭產(chǎn)能已達(dá)到世界焦炭產(chǎn)能的60%，2018年我國(guó)焦炭總產(chǎn)量為43 820萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)0.8%，其中鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠同比增長(zhǎng)0.37%，為11 109萬(wàn)t，其他焦化企業(yè)同比增長(zhǎng) 0.92%，達(dá) 32 711萬(wàn) t[1]。 截止到2016年，我國(guó)高爐爐容在4 000 m3以上的已達(dá) 22座，其中 5 000 m3以上的也已有 5座[2]。 隨著高爐大型化發(fā)展及噴吹技術(shù)的應(yīng)用，高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求日益提高，焦炭在煉鐵中的骨架作用越來(lái)越明顯[3]。

截至2016年，全國(guó)煉焦煤資源探明儲(chǔ)量為3 073億t，約占世界煉焦煤總量的23%，占全國(guó)煤炭總量的19%，其中具有可開(kāi)采價(jià)值的煉焦煤資源量?jī)H為395億t，占比煉焦煤儲(chǔ)量的12.9%?？梢钥闯鑫覈?guó)煉焦煤資源相對(duì)匱乏，這其中又以低變質(zhì)的氣煤占比最大，煉焦主力煤種強(qiáng)黏結(jié)性肥煤和焦煤非常短缺。我國(guó)有限的煉焦煤資源制約了焦炭質(zhì)量的提升，且與高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的需求相矛盾，向煉焦及煉鐵工作者提出了挑戰(zhàn)。

入爐煤特性和煉焦工藝是影響焦炭質(zhì)量因素的主要方面。入爐煤對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響因素主要包括水分、灰分、硫分、細(xì)度、黏結(jié)性和結(jié)焦性等指標(biāo)。此外，搗固、配型煤、煤調(diào)濕等預(yù)處理工藝及干熄焦等對(duì)焦炭質(zhì)量也有重要影響。隨著煤巖配煤等新型配煤技術(shù)的應(yīng)用，焦炭質(zhì)量有了明顯提升[4-7]，而在焦?fàn)t型式及入爐煤性質(zhì)確定的條件下，煉焦煤的預(yù)處理及煉焦工藝對(duì)焦炭質(zhì)量的改善有重要作用，且理論和生產(chǎn)實(shí)踐都表明，入爐煤堆密度對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響直接、明顯。

1 入爐煤堆密度對(duì)焦炭性能的影響

焦?fàn)t炭化室內(nèi)單位體積能夠容納的入爐煤質(zhì)量即為入爐煤堆密度。試驗(yàn)及應(yīng)用實(shí)踐表明，隨著入爐煤堆密度增大，入爐煤顆粒之間的接觸變得緊密，會(huì)使入爐煤熱解氣相產(chǎn)物向外逸出的阻力變大，從而提高入爐煤黏結(jié)性和結(jié)焦性，提升制備焦炭的氣孔性能，提高焦炭機(jī)械強(qiáng)度，降低焦炭各向同性結(jié)構(gòu)的含量，降低焦炭反應(yīng)性。因此，入爐煤堆密度的增大對(duì)改善焦炭質(zhì)量作用明顯[8-9]。此外，通過(guò)提高裝爐堆密度還有助于增加不黏煤和弱黏煤的使用量。

1.1 入爐煤堆密度對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

1.1.1 入爐煤堆密度對(duì)焦炭顯氣孔率的影響

通過(guò)進(jìn)行不同堆密度條件下的煉焦試驗(yàn)，考察焦炭顯氣孔率隨入爐煤堆密度的變化情況，結(jié)果如圖1所示。

圖1 入爐煤堆密度與焦炭顯氣孔率關(guān)系

由圖1可以看出，增大入爐煤堆密度，焦炭的顯氣孔率降低。在堆密度由0.7 t/m3提高至0.9 t/m3過(guò)程中，焦炭顯氣孔率的降低較慢，在堆密度由0.9 t/m3提高至1.2 t/m3過(guò)程中，焦炭顯氣孔率加速下降趨勢(shì)明顯。這是由于入爐煤堆密度較低時(shí)，煤料自重力不足以抑制膨脹壓力，料層表現(xiàn)為膨脹，焦炭顯氣孔率高。而隨著焦?fàn)t大型化的發(fā)展，料層高度已達(dá)7.0 m以上，煤料自重能夠克服膨脹壓力，從而降低了焦炭顯氣孔率。

1.1.2 入爐煤堆密度對(duì)焦炭抗碎強(qiáng)度及耐磨強(qiáng)度的影響

通過(guò)進(jìn)行不同堆密度條件下的煉焦試驗(yàn)，考察焦炭的抗碎強(qiáng)度（M40）及耐磨強(qiáng)度（M10）隨入爐煤堆密度的變化情況，結(jié)果如圖2所示。

圖2 入爐煤堆密度與焦炭抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度的關(guān)系

由圖2可以看出，增大入爐煤堆密度，焦炭抗碎強(qiáng)度得到提高，耐磨強(qiáng)度有所降低。這是由于增大入爐煤堆密度，煉焦加熱過(guò)程中析出的膠質(zhì)體能促使煤顆粒更好地結(jié)合，使煤微觀活性組分及惰性組分更好地發(fā)生界面結(jié)合，從而提高焦炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，表現(xiàn)為焦炭冷態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)的提高。

1.1.3 入爐煤堆密度對(duì)焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的影響

通過(guò)進(jìn)行不同堆密度條件下的煉焦試驗(yàn)，考察焦炭反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）隨入爐煤堆密度的變化情況，結(jié)果如圖3所示。

圖3 入爐煤堆密度與焦炭反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系

由圖3可以看出，增大入爐煤堆密度，焦炭反應(yīng)性指標(biāo)表現(xiàn)為先降低后增高趨勢(shì)。當(dāng)堆密度達(dá)到0.85～0.95 t/m3左右時(shí)，焦炭反應(yīng)性達(dá)到最低點(diǎn)。入爐煤堆密度提高過(guò)程中，由于前期膨脹壓力作用相對(duì)顯著，焦炭氣孔相對(duì)較大，而隨著堆密度增大，焦炭顯氣孔率逐漸降低，焦炭平均孔徑及比表面積受入爐煤料自重作用也逐漸變小，焦炭反應(yīng)性降低；而后期入爐煤堆密度增加到一定程度時(shí)，煤膨脹壓力會(huì)受堆密度抑制，影響氣相產(chǎn)物擴(kuò)散，擾動(dòng)小氣孔融并，使焦炭顯氣孔率變小但比表面積增大，焦炭的反應(yīng)性增大。受增大入爐煤堆密度作用影響，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)的變化與反應(yīng)性存在相反走勢(shì)。

1.2 入爐煤堆密度影響焦炭質(zhì)量的作用機(jī)理

在煉焦過(guò)程中，煉焦煤受熱軟化，在達(dá)到塑性狀態(tài)階段時(shí)，對(duì)焦炭氣孔的作用最大，隨入爐煤堆密度的提高，煤顆粒之間距離變小，煉焦熱解時(shí)的氣相產(chǎn)物的擴(kuò)散難度增加，表現(xiàn)為煉焦煤熱解膨脹壓力增大，煤顆粒間緊湊的同時(shí)，所需的黏結(jié)組分由于相對(duì)量的減少而變得相對(duì)充足，煤顆粒界面的結(jié)合更加牢固[10]，煤顆粒的接觸面積也隨之增大，從而使得所制備的焦炭氣孔量少、徑小、壁厚，改善了焦炭的強(qiáng)度。同時(shí)，提高入爐煤堆密度使膨脹壓力增大，有利于熱解產(chǎn)物小分子之間的聚合反應(yīng)，促進(jìn)煤顆粒表面黏結(jié)和界面反應(yīng)，可得到分子大小較好的穩(wěn)定性生成物，進(jìn)而直接增大膠質(zhì)體的液相產(chǎn)物產(chǎn)生量，改善煉焦煤的塑性狀態(tài)，提高入爐煤的黏結(jié)性能，促進(jìn)焦炭強(qiáng)度性能的提高。從焦炭氣孔結(jié)構(gòu)形成及演變角度看，增大入爐煤堆密度促使煤熱解過(guò)程中氣相產(chǎn)物的逸出阻力增大，增加了膠質(zhì)體熱解氣相產(chǎn)物停留時(shí)間，使塑性狀態(tài)膠質(zhì)體在演變固化過(guò)程中就能夠積聚更多熱解氣相產(chǎn)物，從而使焦炭的氣孔率和比表面積均減小，而由此帶來(lái)的結(jié)果就是焦炭的反應(yīng)性的降低。因此，在一定范圍內(nèi)增大入爐煤堆密度，對(duì)提高焦炭冷熱態(tài)強(qiáng)度質(zhì)量及氣孔等性質(zhì)指標(biāo)的作用效果明顯。

2 入爐煤堆密度的主要影響因素

2.1 入爐煤水分

入爐煤水分對(duì)入爐煤堆密度的影響較大，具體如圖4所示。在入爐煤水分為6%～7%時(shí)，入爐煤堆密度達(dá)到最低。水分小于6%時(shí)，水分越低堆密度越大，水分大于7%時(shí)，堆密度隨水分含量提高而增大，此時(shí)水分的提高對(duì)煤顆粒之間的相對(duì)移動(dòng)起到了較好的潤(rùn)滑作用。但單純提高入爐煤水分會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦時(shí)間增加、煉焦耗熱量增大，對(duì)煉焦生產(chǎn)不利。研究表明，入爐煤水分提高1%，會(huì)使結(jié)焦時(shí)間增加20 min，因此水分對(duì)焦炭生產(chǎn)效率和產(chǎn)量影響明顯，應(yīng)保持穩(wěn)定在一定范圍，不能過(guò)高。此外，煉焦煤水分過(guò)高，雖然會(huì)使煉焦化學(xué)副產(chǎn)物增加，但實(shí)際入爐煤量低，焦炭質(zhì)量和焦炭產(chǎn)量也會(huì)受到影響。

圖4 入爐煤水分對(duì)入爐煤堆密度的影響

現(xiàn)階段，由于存在市場(chǎng)來(lái)煤水分偏高和煉焦生產(chǎn)單位氣候環(huán)境潮濕等問(wèn)題，入爐煤水分控制方向主要以降低入爐煤的水分為主。降低入爐煤水分，能夠抑制因煤中水的表面張力對(duì)煤顆粒之間相互接觸的影響，促進(jìn)煤顆粒的滑動(dòng)，從而增大入爐煤堆密度，降低炭化室內(nèi)縱向入爐煤堆密度的差異，弱化入爐煤堆密度差異對(duì)焦炭質(zhì)量不均勻的影響。

當(dāng)前煤調(diào)濕預(yù)處理技術(shù)對(duì)降低入爐煤水分、提高入爐煤堆密度效果明顯，得到了較為廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。焦?fàn)t熱廢氣因相對(duì)濕度低、含氧量少，有利于煉焦煤干燥功能安全高效地實(shí)現(xiàn)，符合煤調(diào)濕技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。煤調(diào)濕技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)出有效調(diào)控水分的核心設(shè)備及智能化控制系統(tǒng)，有效解決好細(xì)顆粒煤的過(guò)干燥問(wèn)題，協(xié)調(diào)管理好煙道氣的使用量，保證煤調(diào)濕處理與和焦?fàn)t生產(chǎn)直接的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定，對(duì)煤調(diào)濕過(guò)程中的煤塵環(huán)保問(wèn)題完善處理，避免發(fā)生二次污染[11]。

然而，從煤調(diào)濕技術(shù)的原理和發(fā)展趨勢(shì)看，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)的應(yīng)用中表現(xiàn)出了一定的問(wèn)題，仍有待妥善解決，如煤塵量大幅度增加，加速了焦?fàn)t相關(guān)部位的石墨生成，化學(xué)副產(chǎn)物中含渣量增大等。同時(shí)，煤調(diào)濕裝備的開(kāi)發(fā)使用還面臨需配置一定數(shù)量的固定崗位人員的問(wèn)題。此外，從投資和收益看，煤調(diào)濕技術(shù)的使用能夠減少加熱用煤氣量、提高焦炭產(chǎn)量、增加弱黏煤用量，同時(shí)考慮電、蒸汽、水和氮?dú)獾认?，綜合計(jì)算得出，煤調(diào)濕項(xiàng)目投資年收益率為8%～12%，回收期較長(zhǎng)。煤調(diào)濕技術(shù)的使用前提是入爐煤水分對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)有明顯影響，因此各企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際需求情況選擇使用。如在南方，有很多鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及焦化廠確實(shí)存在入爐煤水分較大，造成煉焦煤黏結(jié)，對(duì)入爐煤煉焦影響大的情況，有必要穩(wěn)定合理控制水分；而在北方，尤其是東北地區(qū)，煉焦生產(chǎn)單位的煉焦煤水分含量一般相對(duì)較低，調(diào)濕的幅度較低，由于煤調(diào)濕工藝設(shè)備投資大，相對(duì)成本回收期更長(zhǎng)，煤調(diào)濕工藝可以作為儲(chǔ)備技術(shù)進(jìn)行研發(fā)[12]。

2.2 入爐煤細(xì)度

入爐煤細(xì)度是指在煉焦入爐煤時(shí)所使用的配合煤煤粒級(jí)小于3 mm的入爐煤質(zhì)量所占入爐煤整體質(zhì)量的百分比例。由于煉焦煤的成煤條件不同，其可磨性不同，煉焦煤的細(xì)度存在差異，而在配合煤粉碎過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)造成相同粉碎條件下的粉碎粒徑不同，形成了可量化的細(xì)度指標(biāo)概念用于指導(dǎo)煉焦煤預(yù)處理。入爐煤細(xì)度對(duì)煉焦生產(chǎn)影響明顯，直接影響多項(xiàng)煤焦指標(biāo)，尤其是入爐煤堆密度，從而使焦?fàn)t產(chǎn)焦量和焦炭強(qiáng)度受影響。當(dāng)入爐煤細(xì)度小時(shí)，會(huì)加劇裝爐時(shí)煤顆粒間的偏析，煤顆?；旌喜痪鶆?，表現(xiàn)為焦炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)不均；而當(dāng)入爐煤細(xì)度大時(shí)，首先會(huì)增加粉碎機(jī)動(dòng)力消耗，其次會(huì)增大入爐煤塵，使生產(chǎn)操作環(huán)境惡化，影響環(huán)保達(dá)標(biāo)，甚至有可能出現(xiàn)黏結(jié)性煤“破黏”現(xiàn)象，造成焦炭質(zhì)量下滑。入爐煤細(xì)度對(duì)入爐煤堆密度的影響如圖5所示。

圖5 入爐煤細(xì)度對(duì)入爐煤堆密度的影響

由圖5可以看出，在入爐煤細(xì)度由60%增大到85%過(guò)程中，入爐堆密度呈逐漸下降走勢(shì)。細(xì)度低時(shí)，入爐煤的顆粒較大，特別配合煤中黏結(jié)性差的煤種的粒度較大，導(dǎo)致配合煤各組分均勻性降低，加劇入爐煤偏析的可能性，從而使煉焦過(guò)程中各組分的煤顆粒相互作用效果變差，最終劣化焦炭結(jié)構(gòu)，使焦炭質(zhì)量變差；而細(xì)度高時(shí)，配合煤中的0.2～0.5 mm粒級(jí)的煤顆粒比例增大，導(dǎo)致煤粒比表面積增大，同等條件下的煤熱解液相產(chǎn)物量不能滿足煤粒相互作用需要。而且細(xì)度低時(shí)煤粒熱解的氣相產(chǎn)物逸出阻力小，導(dǎo)致熱解氣相產(chǎn)物中的游離氫與大分子自由基的作用時(shí)間縮短，中等分子量的液相產(chǎn)物的生成量少，降低了煤料的黏結(jié)性。同時(shí)，細(xì)度過(guò)低，會(huì)造成入爐煤堆密度小，入爐煤煉焦加熱過(guò)程中的熔融程度低，所制備的焦炭孔隙多，最終導(dǎo)致焦炭變差。此外，入爐煤細(xì)度較大時(shí)，煤顆粒在受熱過(guò)程中一次裂解的氫原子因與煤分解產(chǎn)物進(jìn)行反應(yīng)，生成甲烷和不飽和碳?xì)浠衔锒驹诿毫?nèi)部消耗完畢，因此所得焦?fàn)t煤氣中氫含量低，但最終所得焦油等產(chǎn)品量會(huì)因總揮發(fā)分產(chǎn)量高而多于入爐煤細(xì)度低時(shí)?？傮w看來(lái)，入爐煤細(xì)度對(duì)煉焦生產(chǎn)的影響十分復(fù)雜，各焦炭及化產(chǎn)品生產(chǎn)單位應(yīng)該根據(jù)自身工藝、設(shè)備及焦炭產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求，合理調(diào)控入爐煤細(xì)度，以提高生產(chǎn)水平。

在實(shí)際入爐煤煉焦生產(chǎn)中，焦煤、肥煤的膠質(zhì)體多、結(jié)焦性好，應(yīng)適度粗粉碎，如果細(xì)度過(guò)低，會(huì)造成煤質(zhì)破黏，導(dǎo)致焦肥煤自瘦化。而瘦煤、氣煤煤種本身硬度大，適合細(xì)粉碎。瘦煤的結(jié)焦性差，在煉焦加熱過(guò)程中，顆粒大的瘦煤會(huì)增加焦炭?jī)?nèi)部裂紋中心的形成，劣化焦炭質(zhì)量，而較小顆粒可參與所得焦炭氣孔壁的生成，提高氣孔壁厚度，改善焦炭質(zhì)量。但瘦煤顆粒也不宜過(guò)細(xì)，否則會(huì)使煤粒的比表面積增大，消耗過(guò)多揮發(fā)分液相，影響焦炭質(zhì)量，特別會(huì)降低耐磨強(qiáng)度。此外，如果入爐煤細(xì)度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致粉碎所需動(dòng)力消耗過(guò)大，粉塵過(guò)多，焦油渣量也大。通過(guò)以上分析來(lái)看，各焦化生產(chǎn)單位應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際情況，合理控制入爐煤細(xì)度，而且應(yīng)注意盡可能有效控制5 mm以上的大粒煤絕對(duì)量[12]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)各鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及獨(dú)立焦化廠因煉焦工藝、設(shè)備及煉焦用煤等的不同，對(duì)入爐煤細(xì)度控制差別較大，如首鋼京唐通過(guò)降低入爐煤細(xì)度提高7.63 m焦?fàn)t入爐煤堆密度，使焦炭冷熱強(qiáng)度基本維持不變，而單孔入爐煤量提高1.25 t，年增入爐煤量10.54萬(wàn)t，平均塊度僅降低1.1 mm，還能夠減少推焦冒煙，環(huán)保效果較好[13]。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)焦化生產(chǎn)企業(yè)多應(yīng)用先配后粉工藝，對(duì)配合煤細(xì)度及焦炭質(zhì)量控制較為不利，相對(duì)而言，煉焦煤采用先粉后配或增加預(yù)篩分等方法將對(duì)煉焦生產(chǎn)更為有利，是有價(jià)值且具可行性的煉焦煤預(yù)處理發(fā)展方向，值得眾多焦化生產(chǎn)單位思考。

2.3 物理壓實(shí)

物理壓實(shí)是通過(guò)機(jī)械外力作用于入爐煤，從而提高入爐煤堆密度，達(dá)到提高焦炭質(zhì)量、拓展煉焦煤資源、處理廢物等實(shí)際效果。物理壓實(shí)直接使煤粒間的間隙減小，減少單位煤粒量相互作用所需煉焦熱解液相產(chǎn)物量，實(shí)現(xiàn)以較少的熱解液相產(chǎn)物在煤粒表面上均勻分布，使煤粒之間的界面結(jié)合更為牢固的目標(biāo)。物理壓實(shí)煤預(yù)處理技術(shù)主要有配型煤、搗固兩種。因物理壓實(shí)對(duì)入爐煤堆密度、焦炭質(zhì)量的提高作用明顯，因此對(duì)增加弱黏煤和非煉焦煤的使用具有較好的容納性，對(duì)拓展煤源、節(jié)省優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源具有極佳效果。

2.3.1 配型煤煉焦

配型煤煉焦就是將部分煉焦入爐煤在裝入焦?fàn)t前，通過(guò)機(jī)械作用力將其擠壓成型，然后與散煤按一定比例（一般以不超過(guò)30%為宜）混合裝入焦?fàn)t的煉焦一種煉焦方式。常規(guī)頂裝焦?fàn)t的入爐煤堆密度為0.7 t/m3左右，而型煤的堆密度為1.1～1.2 t/m3。在焦?fàn)t爐體容量固定的條件下，型煤配入后，炭化室內(nèi)煤料的整體堆密度得到提高，能夠使煤料的黏結(jié)組分和非黏結(jié)組分結(jié)合更加緊密，使煉焦煤的結(jié)焦性能得到改善[14]。型煤配比與入爐煤堆密度關(guān)系如圖6所示。由圖6可以看出，在型煤配比為0～40%時(shí)，提高型煤配比，入爐煤堆密度提高，從而有助于提高焦炭強(qiáng)度，型煤配比每提高10%，入爐煤堆密度提高約0.5%；當(dāng)配比為40%左右時(shí)，堆密度基本達(dá)到最大值；配比超過(guò)40%后，入爐煤堆密度反而降低。這是因?yàn)樾兔号浔瘸^(guò)40%繼續(xù)增大后，散煤煤粉不能夠有效填補(bǔ)型煤造成的空隙，降低了入爐煤堆密度，從而導(dǎo)致焦炭質(zhì)量降低。型煤配比的使用主要需要考慮配型煤的焦炭質(zhì)量滿足情況、型煤制備裝置的投資帶來(lái)的生產(chǎn)成本增加及工藝設(shè)備損耗可控等因素。因此，型煤配比主要作用不是為提高入爐煤堆密度，而是在于改善配合煤煉焦性能和改善焦炭質(zhì)量。

圖6 型煤配比與入爐煤堆密度關(guān)系

2.3.2 搗固煉焦

搗固煉焦就是把入爐煤整體搗固成一塊體積略小于炭化室的煤餅，側(cè)裝入炭化室內(nèi)的一種煉焦方式。搗固處理后入爐煤堆密度能夠由0.7 t/m3提高到0.9～1.2 t/m3。入爐煤搗固后，相對(duì)于頂裝散煤，能明顯提高入爐煤堆密度，明顯減少單位煤粒量相互作用所需煉焦熱解液相產(chǎn)物量，使煤粒表面上的熱解液相產(chǎn)物均勻分布，進(jìn)而使煤粒之間的界面結(jié)合更為牢固。由于搗固后煤粒間空隙減小，熱解生成氣相產(chǎn)物逸出難度增大，入爐煤膨脹壓力增大，有利于煤熱解產(chǎn)物的縮合，可以使熱解中間產(chǎn)物的作用更充分、生成物更穩(wěn)定，顯著提高結(jié)焦性能，改善焦炭質(zhì)量。搗固煉焦的使用效果對(duì)入爐煤的可搗性有較高要求。不同入爐煤方式下的煉焦指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果[15]如表1所示。

表1 不同入爐煤方式下的煉焦指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在一定的配煤方案和加熱制度下，與頂裝煉焦相比，搗固煉焦對(duì)焦炭氣孔壁作用明顯，可以使氣孔壁厚度增加，明顯改善焦炭耐磨強(qiáng)度指標(biāo)；同時(shí)，由于搗固入爐煤堆密度大，增大了煉焦過(guò)程中的半焦收縮和焦炭收縮應(yīng)力，造成焦炭裂紋多，導(dǎo)致?lián)v固煉焦制備的焦炭粒度略低于頂裝煉焦，此問(wèn)題刻通過(guò)調(diào)節(jié)配煤解決。此外，搗固煉焦能夠增大入爐煤堆密度，改善結(jié)焦性能，是提高焦炭質(zhì)量有效方法，在保證焦炭質(zhì)量的同時(shí)增加高揮發(fā)分煤、弱黏結(jié)性煤的使用，節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源，從而降低生產(chǎn)成本，其中節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源是其顯著技術(shù)作用。

將搗固煉焦與煤預(yù)熱復(fù)合使用，就是將煤預(yù)熱能夠縮短結(jié)焦時(shí)間的作用植入到搗固煉焦中，使其應(yīng)用于搗固煉焦的高揮發(fā)分煤、弱黏結(jié)性煤使用中，這種聯(lián)合工藝能夠最大化實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的共生放大，是值得焦化生產(chǎn)單位關(guān)注的新的煉焦技術(shù)發(fā)展的方向。

2.3.3 頂裝煤壓實(shí)

裝爐煤壓實(shí)煉焦主要應(yīng)用對(duì)象為頂裝焦?fàn)t，以物理壓實(shí)方法，借助機(jī)械加壓裝置，通過(guò)頂裝焦?fàn)t爐頂裝煤孔，對(duì)炭化室內(nèi)的煉焦配合煤進(jìn)行壓實(shí)處理，在生產(chǎn)時(shí)間允許的情況下，通過(guò)多反復(fù)的壓實(shí)-補(bǔ)煤-平煤-壓實(shí)操作達(dá)到增大入爐煤堆密度、提高焦炭質(zhì)量和產(chǎn)量的最終目標(biāo)。頂入爐煤壓實(shí)煉焦工藝技術(shù)以提高入爐煤堆密度為出發(fā)點(diǎn)，借鑒了搗固工藝對(duì)改善焦炭質(zhì)量的作用機(jī)理，深化了平煤操作，通過(guò)煤壓實(shí)工藝，可有效增大焦?fàn)t入爐煤堆密度，改善原料煤結(jié)焦過(guò)程中的黏結(jié)性能，改善焦炭質(zhì)量，提高單位工序焦炭產(chǎn)量，降低煉焦生產(chǎn)成本，進(jìn)而節(jié)約資源、不污染環(huán)境，促進(jìn)焦化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[16-24]。

3 提高入爐煤堆密度的發(fā)展方向

（1）增大入爐煤堆密度，能夠使焦炭氣孔特性、焦炭冷熱態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)發(fā)生明顯的規(guī)律性改善。因此，增大入爐煤堆密度是提升焦炭強(qiáng)度的有效措施。

（2）當(dāng)前國(guó)內(nèi)焦化生產(chǎn)企業(yè)多應(yīng)用先配后粉工藝，但相對(duì)而言，采用先粉后配及增加預(yù)篩分等工藝則更為有利，是煉焦煤預(yù)處理有價(jià)值和可行性的發(fā)展方向，值得各焦化生產(chǎn)單位思考。

（3）配型煤煉焦預(yù)處理技術(shù)對(duì)煉焦煤黏結(jié)性具有較好的改善效果，對(duì)焦炭質(zhì)量、產(chǎn)量調(diào)控作用顯著，搗固煉焦與煤預(yù)熱聯(lián)合工藝能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的有機(jī)結(jié)合。物理壓實(shí)提高入爐煤堆密度是煉焦新技術(shù)發(fā)展的重要方向。

（4）頂裝煤壓實(shí)煉焦工藝技術(shù)通過(guò)增大焦?fàn)t入爐煤堆密度能夠達(dá)到良好的增產(chǎn)提質(zhì)效果，提高煉焦過(guò)程中入爐煤黏結(jié)性能，提升焦炭質(zhì)量，增加單位工序焦炭產(chǎn)量，是增加焦炭產(chǎn)量和提高焦炭質(zhì)量的重要技術(shù)研究方向。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，面對(duì)高爐大型化的發(fā)展普及和煉焦煤資源儲(chǔ)量不足的現(xiàn)實(shí)，提高焦炭質(zhì)量和拓展煉焦煤資源范圍是焦化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一方面要深化對(duì)煉焦煤特性的認(rèn)知，掌握煉焦過(guò)程的具體變化，另一方面要完善焦炭在高爐中的行為模擬與性能評(píng)價(jià)，通過(guò)深入基礎(chǔ)研究，開(kāi)展一系列的自主創(chuàng)新與技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)煤焦化技術(shù)生產(chǎn)的智能化、智慧化工業(yè)應(yīng)用示范，持續(xù)推進(jìn)煤焦化技術(shù)的進(jìn)步提升，具有切實(shí)的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而提高入爐煤堆密度是焦炭質(zhì)量提升和煉焦煤資源拓展的一個(gè)較為理想的焦化工業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究切入點(diǎn)，具有實(shí)際可操作性。降低入爐煤水分、提高入爐煤細(xì)度及外加物理壓實(shí)作用等方法是增大入爐煤堆密度的有效措施，對(duì)提高焦炭質(zhì)量及產(chǎn)量效果明顯，值得在以后的技術(shù)工作中持續(xù)關(guān)注。同時(shí)，需深入對(duì)搗固機(jī)械大型化瓶頸問(wèn)題，搗固煤餅的坍塌控制、低水分入爐煤煙塵污染及相應(yīng)的化產(chǎn)品回收問(wèn)題，無(wú)黏結(jié)劑型煤強(qiáng)度問(wèn)題等進(jìn)行技術(shù)研究，使之滿足高爐大型化發(fā)展條件下的焦炭質(zhì)量需求，符合國(guó)家的節(jié)能減排政策導(dǎo)向要求，做到生產(chǎn)、環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展。