田日升

(山西西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 古交 030200)

引 言

煉焦是煤炭再加工工藝之一，其核心生產(chǎn)過程是將原煤隔絕空氣加熱至1 000 ℃，最終得到焦炭、煤氣以及其他化學(xué)產(chǎn)品。通過煉焦所得的焦炭產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于鋼鐵等對(duì)溫度要求較高的行業(yè)。目前，煉焦行業(yè)中優(yōu)質(zhì)焦煤的儲(chǔ)量越來越少，同時(shí)焦煤的灰分、硫分等含量較低，傳統(tǒng)的煉焦技術(shù)并不是很適用。結(jié)合當(dāng)前煉焦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，搗固煉焦對(duì)應(yīng)的工藝正好與焦煤的特征相匹配[1]。因此，研究基于搗固煉焦技術(shù)如何改善焦炭的質(zhì)量是當(dāng)前熱議的話題。本文將通過對(duì)比搗固煉焦技術(shù)和常規(guī)煉焦技術(shù)探討二者之間的關(guān)系和改善焦炭質(zhì)量的方法。

1 搗固煉焦技術(shù)概述

所謂搗固煉焦指的是在煉焦之前，將焦煤采用搗固機(jī)搗固成略小于炭化室的煤餅后送入焦?fàn)t中。搗固煉焦的裝煤密度大于常規(guī)煉焦的裝煤密度，其中，搗固煉焦的裝煤密度最大為1.1 t/m3，常規(guī)煉焦的裝煤密度為0.7 t/m3。在實(shí)際煉焦過程中，為了保證所搗固成煤餅的穩(wěn)定性常采用水對(duì)煤餅進(jìn)行黏結(jié)和潤滑。搗固煉焦的主要優(yōu)勢(shì)在于其可以用弱黏性甚至無黏性的焦煤生產(chǎn)出合格或者優(yōu)質(zhì)的焦炭，即在某種程度上擴(kuò)大了使用原煤的范圍，降低了焦煤煉焦炭的成本。

此外，基于搗固煉焦工藝送入焦?fàn)t中煤餅的密度較大，使得在實(shí)際煉焦過程中所產(chǎn)生的膨脹壓力增加，進(jìn)而有利于原煤黏結(jié)成為焦炭[2]。同時(shí)，實(shí)際煉焦過程中膨脹壓力的增加還加劇了炭化室墻的壓力。因此，鑒于膨脹壓力增加的因素，在實(shí)際煉焦過程中重視膨脹壓力對(duì)炭化室墻的沖擊，以免炭化室墻被破壞。

綜上所述，基于搗固煉焦工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)原煤的煉焦過程重點(diǎn)對(duì)煉焦配煤、煤餅的穩(wěn)定性、配合煤的膨脹程度以及煉焦煤的性質(zhì)進(jìn)行綜合考慮。

本文重點(diǎn)通過實(shí)驗(yàn)形式研究不同堆積密度下所得煉焦的質(zhì)量進(jìn)行分析，并在上述研究的基礎(chǔ)上對(duì)搗固煉焦和常規(guī)煉焦的技術(shù)進(jìn)行對(duì)比[3]。

2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及方法研究

2.1 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的研究內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)配煤堆積密度為0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 t/m3下對(duì)所得焦炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化進(jìn)行分析，從而得出基于搗固煉焦工藝下的最佳堆積密度。

重點(diǎn)對(duì)常規(guī)煉焦技術(shù)、搗固煉焦技術(shù)以及配煤煉焦技術(shù)所得焦炭的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，從而得出如何改善搗固煉焦工藝下焦炭的質(zhì)量，為后續(xù)提升焦炭的質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法研究

2.2.1 焦煤的準(zhǔn)備

焦煤的準(zhǔn)備包括有單種煤和配合煤的制備。

單種煤制備的工藝流程為：煤樣首先采用鄂式破碎機(jī)進(jìn)行破碎操作，而后采用直徑為10 mm的圓孔篩進(jìn)行篩分操作，最后采用3 mm的方孔篩進(jìn)行篩分，保證所得煤樣的粒度均勻。焦煤樣制備完成后對(duì)其水分進(jìn)行測(cè)定后儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

配合煤樣制備的工藝流程為：多種配合煤樣首先采用輥式破碎機(jī)進(jìn)行破碎操作，而后采用直徑為10 mm的圓孔篩進(jìn)行篩分操作，最后采用3 mm的方孔篩進(jìn)行篩分，保證所得煤樣的粒度均勻。焦煤樣制備完成后對(duì)其水分進(jìn)行測(cè)定后儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

2.2.2 煉焦實(shí)驗(yàn)

本節(jié)重點(diǎn)對(duì)3種煉焦方式的煉焦過程的參數(shù)進(jìn)行說明。

配煤煉焦實(shí)驗(yàn)：將所得各種單煤煤樣按照配煤比均勻混合為煉焦煤，并在其中加入10%的水分后送入煉焦?fàn)t中。

常規(guī)煉焦實(shí)驗(yàn)：將已制備完成的工業(yè)煉焦煤加入10%的水分后送入煉焦中。

搗固煉焦實(shí)驗(yàn)：將煉焦煤裝置在尺寸為200 mm×210 mm×240 mm的鐵箱中，結(jié)合不同堆積密度和鐵箱及煉焦煤的質(zhì)量估算出裝煤高度，為保證鐵箱內(nèi)煉焦煤的裝煤高度一致，最后將鐵箱內(nèi)的煉焦煤搗固至設(shè)定的裝煤高度。不同堆積密度煉焦煤對(duì)應(yīng)的裝煤高度如表1所示。

表1 不同堆積密度煉焦煤對(duì)應(yīng)的裝煤質(zhì)量

本次煉焦實(shí)驗(yàn)的溫度控制一致，具體實(shí)際煉焦操作共經(jīng)歷6個(gè)階段，如表2所示。

表2 煉焦實(shí)驗(yàn)溫度控制布置及時(shí)間

2.2.3 焦炭質(zhì)量的檢測(cè)

對(duì)不同情況下所得焦炭按照《焦炭工業(yè)分析測(cè)定方法》、《焦炭全硫含量的測(cè)定方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)焦炭的水分、揮發(fā)分、灰分、硫分以及其機(jī)械性能等進(jìn)行測(cè)定[4]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

堆積密度為常規(guī)煉焦和搗固煉焦技術(shù)的主要區(qū)別。因此，分析搗固煉焦與常規(guī)煉焦對(duì)所得焦炭的影響，可首先從堆積密度進(jìn)行著手分析，并重點(diǎn)對(duì)堆積密度對(duì)焦炭的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的影響進(jìn)行分析。

3.1 堆積密度對(duì)焦炭結(jié)構(gòu)的影響

表現(xiàn)焦炭結(jié)構(gòu)的參數(shù)主要為焦炭的氣孔率、氣孔分布和比表面積。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究可知，隨著焦煤堆積密度的增加，對(duì)應(yīng)的膨脹壓力也增加，導(dǎo)致所得焦炭的氣孔數(shù)量減小，氣孔率降低。但是，當(dāng)堆積密度大于1.0 t/m3時(shí)，對(duì)應(yīng)的膨脹壓力更大致使揮發(fā)性的物質(zhì)外溢困難，導(dǎo)致氣孔的直徑增大，對(duì)應(yīng)的氣孔率增加。

隨著焦煤堆積密度的增加，所得焦炭比表面積先減小后增大，且轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的堆積密度為1.0 t/m3。

3.2 堆積密度對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

堆積密度會(huì)影響焦炭的抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度、反應(yīng)后的強(qiáng)度以及反應(yīng)性能等。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究可知，堆積密度對(duì)焦炭反應(yīng)后的強(qiáng)度以及反應(yīng)性能的影響不大，主要影響其反應(yīng)后強(qiáng)度及反應(yīng)性能的因素為焦煤的入爐性質(zhì)[5]。而且，當(dāng)焦煤的堆積密度為0.9 t/m3～1.0 t/m3時(shí)對(duì)應(yīng)所得焦炭的耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度的性能最佳；當(dāng)焦煤的堆積密度為1.0 t/m3～1.1 t/m3時(shí)對(duì)應(yīng)所得焦炭的反應(yīng)后的強(qiáng)度和反應(yīng)性能最強(qiáng)。

3.3 搗固煉焦與常規(guī)煉焦的對(duì)比

本次實(shí)驗(yàn)中搗固煉焦對(duì)應(yīng)的堆積密度為1.1 t/m3，常規(guī)煉焦對(duì)應(yīng)的堆積密度為0.8 t/m3。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)搗固煉焦與常規(guī)煉焦下所得焦炭的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 搗固與常規(guī)煉焦對(duì)應(yīng)焦炭質(zhì)量的對(duì)比

分析表3可知，搗固煉焦工藝與常規(guī)煉焦相比較能夠提升并改善焦炭的質(zhì)量，并主要表現(xiàn)為對(duì)焦炭抗碎強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度性能的提升。同時(shí)，焦炭的抗碎強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度為其被關(guān)注的兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。因此，搗固煉焦技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)語

煉焦為對(duì)煤炭進(jìn)行加工的工藝，其能夠提升煤炭的性能并將所得焦炭產(chǎn)品應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)。本文重點(diǎn)對(duì)當(dāng)前常用的常規(guī)煉焦技術(shù)和搗固煉焦技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，并得出如下結(jié)論：

1) 當(dāng)焦煤的堆積密度為0.9 t/m3～1.0 t/m3所得焦炭的耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度性能最佳；

2) 當(dāng)焦煤的堆積密度為1.0 t/m3～1.1 t/m3所得焦炭的反應(yīng)性能和反應(yīng)后強(qiáng)度性能最佳；

3) 搗固煉焦與常規(guī)煉焦技術(shù)相比較能夠顯著提升焦炭的抗碎強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度，能夠改善焦炭的質(zhì)量。