堆密度对结焦过程中膨胀压强与焦炭质量影响

詹立志 薛改凤 鲍俊芳 陈 鹏 张雪红

(武钢研究院，湖北 武汉 430080)

堆密度对结焦过程中膨胀压强与焦炭质量影响

詹立志 薛改凤 鲍俊芳 陈 鹏 张雪红

(武钢研究院，湖北 武汉 430080)

通过不同配煤结构和不同装煤密度条件下的焦炭质量与炼焦过程中膨胀压强的测试发现二者间具有正相关性。指出在配煤结构相同，但是水分不同，或者装煤密度变化比较大的情况下，与常规工业分析指标相比，炼焦膨胀压强更能精确地反映焦炭质量的变化，炼焦膨胀压强可以用在捣固焦炉和煤调湿等工艺中来调整配煤结构和预测焦炭质量。

膨胀压强；装煤密度；焦炭质量；胶质体

0 引言

炼焦工作者早已注意到煤在炭化过程中会产生结焦压力，高的结焦压力会给焦炉生产带来许多问题，轻则使推焦困难，重则破坏炉墙，降低炉墙使用寿命，而适当的结焦压力又有利于煤的粘结[1]。一般认为炭化室内的膨胀压力在加入煤料不久后就达到一个范围较宽的最高值，然后逐渐下降，当胶质体开始出现时又逐渐增加，在两侧胶质体融合时突然达到一最大值，然后在焦炉中心的焦炭固化收缩时降低[2]。现有的煤质评价指标中比较强调的是G值，Y值，基氏流动度，膨胀度等，对于煤在结焦过程中的膨胀压力的测量和关注比较少。

在配煤结构相同，装煤密度不同的情况下，虽然常规的分析手段表明煤质基本相同，但是炼制出的焦炭质量却存在明显的差异。研究者已经注意到装煤密度对焦炭质量的影响，而对于装煤密度对炼焦过程中膨胀压强的影响以及其与焦炭质量之间的关系并没有深入研究，本文试对装煤密度与炼焦膨胀压强和焦炭质量之间的关系进行探讨。

1 实验研究

1）实验用单种煤取自某焦化厂翻车机，缩分后破碎至2mm以下备用。

2）单种煤、配煤结焦实验：实验用2 kg小型坩埚焦炉，以一定升温曲线升温到980℃下保温3小时后自然冷却。

3）焦炭显微结构测试：按YB／T077—1995《焦炭光学组织的测定方法》测试，将焦块制取焦样，再进行光片制作，采用面积数点统计法，在德国进口的MSP—200显微镜进行测试。

4）焦炭热性能测定：参照国标GB／T4000—2008《焦炭反应性及反应后强度的测试方法》进行。

5）结焦过程中的膨胀压强测试采用自主设计的专利设备炼焦膨胀仪进行测量。采用可活动侧壁链接压力传感器的方式测量结焦过程中的膨胀压力，然后换算为膨胀压强。

2 实验结果与分析

2.1 煤质分析

表1 单种煤煤质工业分析及最高结焦膨胀压强

从表1中数据可以看出，本实验所用的气煤和瘦煤的G值，Y值比较低，说明他们的胶质体数量少，最高膨胀压强也比较低。肥煤，焦煤和1/3焦煤的最高膨胀压强比瘦煤和气煤高出很多，焦煤的最高膨胀压强甚至是瘦煤的四倍。焦煤的G值和Y值不如肥煤的G值和Y值高，可能是焦煤的胶质体数量不如肥煤多，但是焦煤的结焦膨胀压强大于肥煤的结焦膨胀压强，说明焦煤的胶质体比肥煤的胶质体更粘稠。瘦煤和气煤中的胶质体比较稀薄或者数量少，单独炼焦时胶质体对挥发份外逸产生的阻力比较小，因此不会产生大的膨胀压强。而其他胶质体比较多的煤种中挥发份外逸时要冲破的胶质层比较厚，或者胶质体的粘稠度更大，所以产生的膨胀压强就大些。

2.2 配煤炼焦实验

装煤堆密度对结焦压力和焦炭质量的影响很大，本实验通过调整压块质量和时间来调整装煤密度，使装煤密度为0.69～0.72g/cm3和0.95～0.98g/cm3两种。

2.2.1 低装煤密度炼焦实验

表2为装煤密度为0.69～0.72g/cm3时的炼焦实验结果。

表2 低密度装煤炼焦实验结果

实验配比共有五组，其中的气煤配比从1号的5%逐步提高到5号的25%，而强粘结性肥煤和瘦煤的配比逐步降低。

从表中数据可以看出随着气煤配比的提高，结焦最高压强逐步下降，与G值和Y值同步下降，同时焦炭热性能指标CSR也出现明显的降低。弱粘结性气煤配比增加，强粘结性肥煤和焦煤配比降低后，结焦过程中产生的胶质体数量减少，粘稠度降低，虽然挥发份的量增加了，但是在挥发份外逸的时候并没有足量的胶质体来阻挡，因此最高膨胀压强降低了。膨胀压强的降低导致胶质体的流动性不够，对惰性物质的浸润和包围不充分，所以焦炭的热性能比较差。

2.2.2 高密度装煤实验

本实验探讨在配煤结构相同，而装煤密度不同的时候结焦膨胀压强和焦炭质量的关系。下表为提高装煤密度时的炼焦实验结果。

表3中的配煤结构与表2中的配煤结构完全相同，G值和Y值都相同。图1和图2是两种装煤密度下的焦炭质量和膨胀压强对比。

图1显示随着气煤配比的提高，两种装煤密度条件下的焦炭质量都是下降的，装煤密度高时焦炭CSR下降的百分率为17%，装煤密度低时焦炭CSR下降的百分率为19.5%，说明在弱粘结性煤配比提高的条件下，装煤密度低时焦炭质量下降的更大一些。在装煤密度不同时的焦炭质量区别也较大，装煤密度为0.95～0.98g/cm3时的焦炭CSR比装煤密度为0.69～0.72g/cm3时的CSR都提高4个百分点以上。在高装煤密度时，即使弱粘结性气煤的配比提高到25%，其焦炭的CSR仍可以达到62.4%，可以满足高炉的需求，而此时低装煤密度的焦炭CSR只有56.7%。

表3 高密度装煤时炼焦实验结果

图1 不同装煤堆密度焦炭质量

图2 不同堆密度膨胀压强

图2显示出不同装煤密度时结焦过程中最高膨胀压强的变化趋势。与焦炭质量的变化趋势一致，随着气煤配比的提高，最高膨胀压强下降，在装煤堆密度较高时的最高膨胀压强大于装煤堆密度较低时的最高膨胀压强，差值在2kPa左右。在顶装焦炉中，装煤密度与焦炉高度有关，4.3m焦炉的装煤密度在0.65g/cm3左右，国内现有最高的7.63m焦炉的装煤密度在0.75/cm3左右。在配煤结构没有变化，煤质没有区别的情况下，大焦炉的焦炭质量高于小焦炉，其内在原因就是装煤堆密度的提高导致了结焦过程中膨胀压力的提高。同时还可以看到，相对于G值，Y值等煤的工业分析指标，结焦过程中的膨胀压力变化更能反应焦炭质量的变化。因此在捣固焦炉和煤调湿等工艺中利用膨胀压力来调节配煤结构，预测焦炭质量可能比常规的煤质分析指标更准确。

3 结语

1）增加装煤堆密度可以提高结焦过程中的膨胀压力，推动胶质体流动，同时减少煤粒间距离，因此胶质体对惰性物质的浸润更均匀充分，微观结构更致密，宏观质量更好。

2）相对于G值，Y值等常规工业分析指标，结焦过程中的膨胀压力更能灵敏地反应出焦炭质量的变化，尤其是在捣固焦炉和煤调湿工业中。因此可以在水分和装煤密度变化时利用结焦过程中的膨胀压力来调整配煤结构和预测焦炭质量。

［1］姚昭章.炼焦学[M].北京:冶金工业出版社,l995:57-61.

［2］Barriocanal C,Hays D,Patrick J W,A Laboratory study of the Mechanism of Coking Pressure Generation[J]，Fuel，l998,77(7):729-733.

詹立志（1972—)，湖北武汉人，博士，武钢研究院，研究方向为配煤炼焦 。

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