王曉飛

（山西焦煤五麟煤焦開發(fā)有限責任公司，山西 汾陽 032200）

引言

煤炭為我國當前應(yīng)用的主要能源，其在未來很長時間內(nèi)依然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。對煤炭進行焦化處理后應(yīng)用可提升煤炭性能，并適用于煉鋼等行業(yè)。所謂煉焦指的是將煤炭在隔絕空氣的環(huán)境將其加熱至1 000 ℃左右，最終得到相應(yīng)的高溫焦炭、煤氣以及其他化學產(chǎn)品等。但是，在實際的煉焦過程中可采用常規(guī)和搗固煉焦工藝。目前，我國針對搗固煉焦的研究尚淺，并不了解其與常規(guī)煉焦工藝之間關(guān)系，不明確搗固煉焦工藝是否能夠改善焦炭質(zhì)量且對應(yīng)的改善幅度為多大[1]。因此，本文重點對常規(guī)煉焦和搗固煉焦進行對比研究。

1 實驗方案

本文將采用實驗的方式對常規(guī)煉焦和搗固煉焦的情況進行對比研究，重點對實驗方案和相關(guān)實驗和分析方法進行設(shè)計。

1.1 實驗方案設(shè)計

對于搗固煉焦工藝而言，從理論上將其提升或改善焦炭質(zhì)量的主要舉措為通過增加入爐煤的堆積密度實現(xiàn)其功能。因此，本文首先對不同堆積密度下基于搗固煉焦工藝所得焦炭的質(zhì)量進行對比，得出搗固煉焦工藝下最佳的堆積密度；其次，在上述研究成果的基礎(chǔ)上重點對搗固煉焦和常規(guī)煉焦工藝所得焦炭質(zhì)量進行對比，從而得出搗固煉焦和常規(guī)煉焦工藝之間在焦炭質(zhì)量方面的區(qū)別。

1.2 實驗方法

實驗方法包括有相關(guān)待實驗煤樣的制備和煉焦實驗方法。其中，針對煤樣的制備包括有單種煤樣的制備和生產(chǎn)配合煤的制備。

單種煤樣的制備：選取單種煤樣分別通過3 mm的方孔篩、顎式破碎機、10 mm 的圓孔篩等設(shè)備將煤樣的粒度控制在10 mm 一下，而且保證細度大于90%；制備后混合均勻并測定其水分后密封備用。

生產(chǎn)配煤的制備：通過3 mm 的方孔篩、顎式破碎機、10 mm 的圓孔篩等設(shè)備保證配煤可全部通過10 mm 的圓孔篩，且保證細度大于90%；制備后混合均勻并測定其水分后密封備用。

本次煉焦試驗在專業(yè)的焦爐上進行，在實際煉焦過程中的溫度控制階段，如表1 所示。

表1 煉焦溫度控制階段及時間要求

1.3 分析方法設(shè)計

本次實驗的分析方法包括對煤質(zhì)、焦炭質(zhì)量以及焦炭氣孔、比表面積等參數(shù)的測定。針對煤質(zhì)分析主要參照《煤的工業(yè)分析方法》等相關(guān)標準對其催化指數(shù)進行測定；針對焦炭質(zhì)量主要參照《焦炭工業(yè)分析測定方法》等標準對焦炭的水分、揮發(fā)分、灰分、硫分、冷態(tài)機械強度、熱態(tài)強度等參數(shù)進行測定；針對焦炭氣孔、比表面等參數(shù)采用美國進口的專用儀器進行測定[2]。

2 搗固煉焦與常規(guī)煉焦的技術(shù)對比

基于對不同堆積密度對焦炭質(zhì)量和結(jié)構(gòu)影響的實驗研究，得出當堆積密度為1.0 t/m3～1.2 t/m3時所得焦炭的耐磨性能和抗碎強度為最佳，對應(yīng)的焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后的強度為最佳。因此，針對搗固煉焦實驗將其堆積密度設(shè)定為1.1 t/m3。

2.1 搗固煉焦與常規(guī)煉焦對比

結(jié)合我國當前焦爐大型化的發(fā)展趨勢，其對應(yīng)的堆積密度與搗固煉焦工藝存在一定的差異。本次試驗對于常規(guī)煉焦將其堆積密度設(shè)定為0.8 t/m3。

2.1.1 不同煉焦方式對焦炭耐磨強度和抗碎強度的影響

通過實驗對不同煉焦方式對應(yīng)所得焦炭的耐磨強度和抗碎強度的平均值進行對比，對比結(jié)果如表2所示。

表2 煉焦方式對焦炭耐磨強度和抗碎強度的影響

如表2 所示，搗固煉焦所得焦炭的平均耐磨強度較常規(guī)煉焦降低1.76%；搗固煉焦所得焦炭的平均抗碎強度較常規(guī)煉焦增加0.73%。

2.2.2 不同煉焦方式對焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強度的影響

通過實驗對不同煉焦方式對應(yīng)所得焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強度的平均值進行對比，對比結(jié)果如表3所示。

表3 煉焦方式對焦炭耐磨強度和抗碎強度的影響

如表3 所示，搗固煉焦所得焦炭的平均反應(yīng)性較常規(guī)煉焦降低1.78%；搗固煉焦所得焦炭的反應(yīng)后強度較常規(guī)煉焦增加5.49%。

2.2 搗固煉焦對焦炭質(zhì)量的改善效果

通過上述研究可知，搗固煉焦與常規(guī)煉焦工藝存在本質(zhì)的差異，為深入掌握不同煉焦工藝所得焦炭性能的主要差異，本節(jié)基于數(shù)據(jù)處理軟件重點對兩種煉焦方式多的焦炭的氣孔率、耐磨強度、抗碎強度、反應(yīng)性以及反應(yīng)后強度進行比對研究。

2.2.1 煉焦方式對氣孔率的影響

焦炭的氣孔率與原煤的粘結(jié)指數(shù)、干燥無灰基揮發(fā)分等相關(guān)。從理論上講，當上述兩項參數(shù)的值越大時，對應(yīng)焦炭在焦結(jié)過程中逸出的氣體越多導(dǎo)致其生成的氣孔越多。對于搗固煉焦方式而言，由于其對應(yīng)原煤的堆積密度較大導(dǎo)致其在結(jié)焦過程中的膨脹壓力增加，導(dǎo)致焦炭的氣孔數(shù)量減少，所形成氣孔的直徑也減小[3]。

2.2.2 煉焦方式對焦炭耐磨強度和抗碎強度的影響

影響焦炭耐磨強度和抗碎強度影響的主要參數(shù)為原煤的揮發(fā)分和黏結(jié)指數(shù)。實踐表明，當原煤的揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)偏低時，基于搗固煉焦工藝可明顯對所得焦炭的耐磨強度和抗碎強度得到改善；但是，當原煤的揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)偏高時，采用搗固煉焦反而會降低焦炭的耐磨強度和抗碎強度或者增強不明顯[4]。

2.2.3 煉焦方式對焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強度的影響

原煤的揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)同樣是影響焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強度的主要參數(shù)。實踐表明：當原煤揮發(fā)分較高且黏結(jié)指數(shù)較低時，基于搗固煉焦工藝可明顯提升焦炭的反應(yīng)性以及反應(yīng)后的強度；反之，焦炭的性能改善不明顯甚至會降低[5]。

3 結(jié)語

焦化為對煤炭進行再處理的主要工藝方式，該工藝可對原煤性能及質(zhì)量進行改進以保證其適用于更高級別的行業(yè)中。本文重點對常規(guī)煉焦和搗固煉焦工藝進行對比研究，并總結(jié)如下：

1）搗固煉焦所得焦炭的平均耐磨強度較常規(guī)煉焦降低1.76%；搗固煉焦所得焦炭的平均抗碎強度較常規(guī)煉焦增加0.73%。

2）搗固煉焦所得焦炭的平均反應(yīng)性較常規(guī)煉焦降低1.78%；搗固煉焦所得焦炭的反應(yīng)后強度較常規(guī)煉焦增加5.49%。

3）影響焦炭氣孔率、耐磨強度、抗碎強度、反應(yīng)性以及反應(yīng)后強度的主要參數(shù)為原煤的揮發(fā)分和黏結(jié)指數(shù)。我國煤炭的儲量分布以氣煤為主，其性能決定可大范圍在我國推廣搗固煉焦工藝。