干熄焦工艺对6m焦炉焦炭质量的影响

周尽晖，丁 玲，韩 军，王世杰，王光辉

（1.武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北 武汉，430081；2.武汉科技大学煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室，湖北 武汉，430081）

随着干熄焦技术的不断应用，有关干熄焦工艺对焦炭质量影响的研究不断开展。吕劲等认为干熄焦不能改变焦炭的化学组成和结构，对焦炭的光学组织影响也较小［1］。张文成和梁尚国等的研究表明，干熄焦使焦炭微孔数量和微孔表面积减小，其结果使反应后的焦炭强度提高［2－3］。高建军等认为，湿熄焦时，焦炭表面和气孔内由于水蒸发会出现碱金属的盐基物质沉积，其结果使焦炭的反应性提高［4］。

本文对相同配煤及炼焦工艺下6m焦炉红焦分别进行干法和湿法熄焦，通过对干、湿法熄焦焦炭质量的对比分析，研究干熄焦对焦炭质量的影响。

1 实验

1.1 焦样

焦样取自某大型焦化厂6m焦炉所产炽热红焦。干熄焦试样采用140t／h干法熄焦装置熄焦得到，湿熄焦试样由红焦用水喷洒80～120s、控水60s后获得。干、湿法熄焦焦炭的取样和制样按GB／T1997—2008标准执行。

1.2 分析检测

用AutoPore9Ⅳ500Ⅴ1.05微孔分析仪（美国）测定焦炭的内部孔隙。用IRIS Advantage ER／S电感耦合等离子体发射光谱仪（美国）分析焦炭的灰成分。焦炭工业分析按GB／T2001—2013执行，全硫含量测定按GB／T2286—2008执行，热态强度测定按GB／T4000—2008执行，冷态强度测定参照GB／T1996—2003，真相对密度d、假相对密度dA、显气孔率PS和总气孔率Pt等指标测定按GB／T4511.1—2008执行，焦炭光学组织划分和测定按YB／T077—1995进行。

焦炭显微强度（MSI）测定方法：取0.6～1.25mm 粒度的焦样2.00g，放入内径25.4 mm、长305mm的管中，同时装入12个8mm的钢球，以25r／min的速度旋转800r后取出，用0.21mm和0.60mm的圆孔筛在振筛机上振动4min，将粒度为0.60mm以上、0.21～0.60mm和0.21mm以下焦样的质量分别用R1、R2和R3表示，则R1＋R2为焦炭显微强度（MSI）。

焦炭矿物催化指数（MCI）计算方法：

式中：Ad为焦炭的干基灰分，%。焦炭OTI计算方法：

式中：fi为焦炭中各光学组织的质量分数，%；OTIi为焦炭各光学组织相对应的赋值。

2 结果与分析

2.1 工业分析

焦炭工业分析如表1所示。从表1中可看出，两种熄焦方法所产焦炭灰分、硫含量无明显差异，干熄焦水分和挥发分含量较低。

表1 焦炭工业分析 （wB／%）Table1 Proximate analyses of cokes

2.2 粒度筛分组成

焦炭粒度筛分组成如表2所示。从表2中可看出，与湿熄焦相比较，干熄焦的平均粒度ds减小了7.89mm，粒度均匀系数K提高了0.94，干熄焦中小于10mm的焦末增加量为2.28%，这些均有利于高炉冶炼的操作［5－6］。由于焦炭在干熄焦炉内上下运动过程中相互摩擦、挤压，使焦块沿裂纹处断裂，使大块焦减少，加上循环气体对焦炭表面的风蚀作用，结果使结构脆弱部分变为焦末，这是干熄焦平均粒度降低的主要原因。

表2 焦炭粒度筛分组成Table2 Particle size composition of cokes

2.3 气孔率及密度

焦炭气孔率及密度如表3所示。从表3中可看出，与湿熄焦相比较，干熄焦显气孔率Ps高出0.62个百分点，总气孔率Pt降低了0.24个百分点，干熄焦真密度d和视密度dA均略高于湿熄焦相应值，这是由于焦炭在干熄焦炉焖炉过程中的缩合作用使得焦炭真密度有所提高。

表3 焦炭气孔率及密度Table3 Density and porosity of cokes

2.4 孔径分布

焦炭孔径分布及孔隙比表面积如表4所示。从表4中可看出，干熄焦和湿熄焦中，孔径大于100μm的焦炭不到1%，焦炭大部分孔径为10～100μm。与湿熄焦相比，干熄焦孔隙比表面积较大，平均孔隙直径稍小，除小于1μm的孔径外，干熄焦其他孔径所占比率均大。这是因为干熄焦在干熄焦炉中经受高温干馏后，气孔更发达，孔径普遍增大。

表4 焦炭孔径分布及孔隙比表面积Table4 Specific surface area and pore size distribution of cokes

2.5 光学组织结构

焦炭光学组织结构如表5所示。从表5中可看出，与湿法熄焦相比，干法熄焦各向同性组织I、片状组织L、细粒镶嵌组织MF含量稍有增大，焦炭光学组织指数OTI基本相近，不会对焦炭性能产生明显影响。

表5 焦炭光学组织结构Table5 Optical texture of cokes

2.6 强度

焦炭强度指标如表6所示。由表6中可以看出，干熄焦冷热态强度得到明显的改善，焦炭显微强度MSI有所提高。这是由于干熄焦使焦炭的缩聚更加充分，焦炭更为致密，气孔壁质量提高，使其显微强度MSI提高。

表6 焦炭强度指标（wB／%）Table6 Strength at hot state of cokes

2.7 灰成分与矿物催化指数

焦炭灰成分和矿物催化指数如表7所示。从表7中可看出，与湿熄焦相比，干熄焦的灰成分中若干成分的含量有所降低，如K2O、Na2O含量分别降低了0.08和0.12个百分点，其结果使矿物催化指数MCI有所降低，而矿物催化指数的降低有利于高炉的顺行。

表7 焦炭灰成分和矿物催化指数Table7 Ash composition and MCI of cokes

3 结语

干熄焦对焦炭的灰分和硫含量改变不大，对焦炭的真密度、气孔率、灰成分和光学组织指数的影响较小，对焦炭的成熟度、平均粒度、粒度均匀系数、孔径分布、机械强度和热态强度等的改善明显。

［1］吕劲，何亚斌，汤长庚.干熄焦工艺对焦炭质量的影响［J］.钢铁，2002，37（1）：5－10.

［2］张文成.干熄焦焦炭质量特性研究［J］.冶金能源，2014，33（2）：45－48.

［3］梁尚国，史世庄，常红兵，等.武钢干湿法熄焦焦炭性能对比研究［J］.钢铁，2007，42（2）：15－17.

［4］高建军，赵世芬，郑永挺，等.湿法熄焦与干法熄焦的对比分析［J］.科技情报开发与经济，2009，19（23）：199－200.

［5］王维兴.我国炼铁技术现状及对焦炭质量的要求［J］.中国钢铁业，2011（1）：13－17.

［6］毕学工.焦炭质量与高炉冶炼关系的再思考［J］.过程工程学报，2009，9（S1）：438－442.