回配焦粉捣固炼焦试验研究

欧阳曙光，吕青青，李红超，周云辉

（1.武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉，430081；2.河南中鸿集团煤化有限公司，河南平顶山，467000）

焦化厂的焦粉量占焦炭产量的3%～5%，河南某公司年产130万t捣固焦炭，其中焦粉约为5万t。焦粉由于粒度小，不能用于高炉炼铁，其销售价格仅为冶金焦的60%左右，比瘦煤的价格还要低。为了提高焦粉附加值和节约炼焦煤资源，很多焦化企业尝试回配焦粉炼焦[1－7]。焦粉在配煤炼焦中起着瘦化剂和骨架的作用，在结焦过程中其本身无黏结性，回配焦粉的粒径、配比和基础配合煤的性质均对焦炭质量有明显的影响。目前对焦粉回配的研究大都针对顶装炼焦工艺，有关焦粉粒径对焦炭质量影响的研究尚不够深入，在回配焦粉的适宜粒径和配比等方面的研究结果也不统一。为此，本文以河南某公司现行捣固炼焦配煤方案为基础，研究焦粉粒径、配比和配合煤性质对焦炭质量的影响，以期探索焦粉回配的适宜粒径和配比。

1 试验

1.1 试验原料

试验所用原料为河南某公司单种炼焦用煤，即1／3焦煤、气煤、主焦煤、瘦煤、肥煤和长焰煤。

1.2 配煤方案

以河南某公司6 m捣固焦炉实际生产配煤方案为基础，利用焦粉替代部分瘦煤捣固炼焦。两种基础配煤方案如表1所示，两种基础配合煤的性质如表2所示。

通过改变焦粉的粒径范围、配比以及瘦煤配比，共设计了18个试验配煤方案。

表1 基础配煤方案Table 1 Proportion of the coal blends

表2 基础配合煤的性质Table 2 Properties of the basic coal blend

1.3 炼焦试验

采用40 kg小焦炉进行炼焦试验。首先将配合煤的水分调制为10%，将配合煤装入400 mm×300 mm×400 mm的铁箱中，干煤量为40 kg，入炉煤细度（＜3 mm）控制在95%，然后用小型捣固机将铁箱中的配合煤捣实，堆密度控制在1.10 g／cm3左右。先将小焦炉炭化室预热至750℃，然后将铁箱放入小焦炉，在18 h内按一定升温曲线将温度升至1 050℃并保温4 h，出炉后的焦炭采用湿法熄焦后备用。

1.4 焦炭质量分析

M40和M10测定按GB／T2006—2008进行；CSR和CRI测定按GB／T4000—2008进行。

2 结果与讨论

2.1 配入焦粉粒径对焦炭质量的影响

采用基础配煤方案1，在焦粉配入量为2%的条件下，图1为配入不同粒径焦粉所制焦炭的抗碎强度，图2为配入不同粒径焦粉所制焦炭的耐磨强度。由图1和图2可看出，当焦粉粒径大于0.2 mm时，焦炭的抗碎强度M40和耐磨强度M10较差，焦粉粒径小于0.2 mm时焦炭的抗碎强度和耐磨强度较好。结果表明，从焦炭的抗碎强度M40、耐磨强度M10和制粉能耗三方面综合考虑，焦粉的适宜粒径为小于0.2 mm。

图1 配入不同粒径焦粉所制焦炭的抗碎强度Fig.1 Crushing strength of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

图2 配入不同粒径焦粉所制焦炭的耐磨强度Fig.2 Abrasive strength of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

图3为配入不同粒径焦粉所制焦炭的反应性。图4为配入不同粒径焦粉所制焦炭的反应后强度。由图3和图4可看出，当焦粉粒径大于0.2 mm时，焦炭的反应性较高，反应后强度较低；当焦粉粒径小于0.2 mm时，焦粉的反应性较低，反应后强度较高，且随着粒径减小，其变化趋于平稳；当焦粉粒径小于0.06 mm时，焦炭的反应后强度逐渐减小，反应性变化不大。结果表明，从焦炭的反应性、反应后强度和制粉能耗三方面综合考虑，焦粉的适宜粒径小于0.2 mm。

综合以上分析可知，回配焦粉替代瘦煤进行捣固炼焦时，焦粉的适宜粒径小于0.2 mm。

图3 配入不同粒径焦粉所制焦炭的反应性Fig.3 Reactivity of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

图4 配入不同粒径焦粉所制焦炭的反应后强度Fig.4 CSR of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

2.2 焦粉配入量对焦炭质量的影响

在不同配合煤条件下，配入焦粉粒径均为小于0.2 mm。图5为两类配煤方案下焦炭抗碎强度随着焦粉配入量的变化，图6为两类配煤方案下焦炭耐磨强度随着焦粉配入量的变化。由图5和图6可看出，对于方案1，随着焦粉配比的增加，焦炭的抗碎强度M40先是逐渐上升，当达到最高值后迅速降低；焦炭的耐磨强度M10也呈现类似变化趋势，先是逐渐降低，达到最低值后迅速升高。对于方案2，随着焦粉配入量的增加，焦炭的冷态强度（M40和M10）均迅速变差。这是因为焦粉在配煤炼焦过程中只起着瘦化剂和骨架的作用，不能生成胶质体。基础配煤方案1的配合煤黏结能力略有富余（见表2）。当焦粉的配入量较小时，焦粉充分起着瘦化剂和骨架的作用，提高了焦炭的质量。当用焦粉大量替代瘦煤时，会造成胶质体的流动度和膨胀度过度降低，导致配合煤的黏结能力变差，无法将惰性组分充分黏结起来，造成焦炭质量下降。基础配煤方案2的配合煤黏结能力不足（见表2），配入焦粉就会使焦炭质量下降。

图5 焦炭抗碎强度随着焦粉配入量的变化Fig.5 Crushing strength of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

图6 焦炭耐磨强度随着焦粉配入量的变化Fig.6 Abrasive strength of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

图7为两类配煤方案下焦炭反应性随着焦粉配入量的变化，图8为两类配煤方案下焦炭后强度随着焦粉配入量的变化。由图7和图8可看出，在不同配合煤条件下，随着焦粉配入量的增加，焦炭的反应性和反应后强度变化趋势不同。基于基础方案1的配合煤在焦粉配入量较少时，焦炭的反应性变化较小，当焦粉配入量较大时，焦炭的反应性显著升高；焦炭的反应后强度CSR随着焦粉的配入量增加，先是趋于稳定后逐渐降低。基于基础方案2的配合煤则随着焦粉配入量的增加，焦炭反应性升高，焦炭反应后强度降低幅度也比较大。这主要是由于基于基础方案1的配合煤黏结能力略有富余，当焦粉的配入量较少时，焦炭热性能变化较小，随着其配入量的增加，焦粉吸附了过多的胶质体，导致配合煤在结焦过程中黏结能力不足，焦炭质量下降。基于基础方案2的配合煤黏结能力较差，配入焦粉后焦炭的反应性就明显升高，反应后强度迅速降低。因此当配合煤黏结能力不足时，不适合回配焦粉炼焦。

图7 焦炭反应性随着焦粉配入量的变化Fig.7 Reactivity of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

图8 焦炭反应后强度随着焦粉配入量的变化Fig.8 CSR strength of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

综合以上分析可知，在配煤炼焦过程中能否配入焦粉取决于配合煤的黏结能力，当配合煤黏结能力富余时，配入一定量焦粉对焦炭质量不会起到明显劣化作用，当焦粉配比较小时，还能在一定程度上改善焦炭质量；当配合煤的黏结能力不足时，配入焦粉会对焦炭质量产生明显劣化作用。在焦粉粒径不变的条件下回配焦粉，焦粉适宜添加量随着基础配合煤性质的不同而不同。随着焦粉粒径和配合煤质量的不同，焦粉回配炼焦的适宜添加量为1%～5%[4－7]。本试验中的基础配煤方案1适合回配焦粉炼焦，但因其黏结能力只是略有富余，适宜的配比焦粉为2%。

3 结论

（1）在本试验配煤条件下，当焦粉粒径大于0.2 mm时不适合捣固炼焦，焦粉粒径小于0.2 mm时在配合煤黏结能力有富余的条件下适合捣固炼焦。

（2）当配合煤黏结能力有富余时，配入一定比例适宜粒径的焦粉对焦炭不会起到明显劣化作用；当配合煤的黏结能力不足时，配入焦粉会对焦炭质量起着明显的劣化作用。

（3）以河南某公司捣固炼焦现行配煤方案为基础，回配焦粉粒径以小于0.2 mm为宜，焦粉配比为2%比较合理。

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