捣固炼焦与常规炼焦技术对比

田日升

(山西西山煤气化有限责任公司，山西 古交 030200)

引 言

炼焦是煤炭再加工工艺之一，其核心生产过程是将原煤隔绝空气加热至1 000 ℃，最终得到焦炭、煤气以及其他化学产品。通过炼焦所得的焦炭产品被广泛应用于钢铁等对温度要求较高的行业。目前，炼焦行业中优质焦煤的储量越来越少，同时焦煤的灰分、硫分等含量较低，传统的炼焦技术并不是很适用。结合当前炼焦技术的发展趋势，捣固炼焦对应的工艺正好与焦煤的特征相匹配[1]。因此，研究基于捣固炼焦技术如何改善焦炭的质量是当前热议的话题。本文将通过对比捣固炼焦技术和常规炼焦技术探讨二者之间的关系和改善焦炭质量的方法。

1 捣固炼焦技术概述

所谓捣固炼焦指的是在炼焦之前，将焦煤采用捣固机捣固成略小于炭化室的煤饼后送入焦炉中。捣固炼焦的装煤密度大于常规炼焦的装煤密度，其中，捣固炼焦的装煤密度最大为1.1 t/m3，常规炼焦的装煤密度为0.7 t/m3。在实际炼焦过程中，为了保证所捣固成煤饼的稳定性常采用水对煤饼进行黏结和润滑。捣固炼焦的主要优势在于其可以用弱黏性甚至无黏性的焦煤生产出合格或者优质的焦炭，即在某种程度上扩大了使用原煤的范围，降低了焦煤炼焦炭的成本。

此外，基于捣固炼焦工艺送入焦炉中煤饼的密度较大，使得在实际炼焦过程中所产生的膨胀压力增加，进而有利于原煤黏结成为焦炭[2]。同时，实际炼焦过程中膨胀压力的增加还加剧了炭化室墙的压力。因此，鉴于膨胀压力增加的因素，在实际炼焦过程中重视膨胀压力对炭化室墙的冲击，以免炭化室墙被破坏。

综上所述，基于捣固炼焦工艺实现对原煤的炼焦过程重点对炼焦配煤、煤饼的稳定性、配合煤的膨胀程度以及炼焦煤的性质进行综合考虑。

本文重点通过实验形式研究不同堆积密度下所得炼焦的质量进行分析，并在上述研究的基础上对捣固炼焦和常规炼焦的技术进行对比[3]。

2 实验方案设计及方法研究

2.1 实验方案的设计

结合本实验的研究内容，重点对配煤堆积密度为0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 t/m3下对所得焦炭的结构和性质变化进行分析，从而得出基于捣固炼焦工艺下的最佳堆积密度。

重点对常规炼焦技术、捣固炼焦技术以及配煤炼焦技术所得焦炭的质量进行对比，从而得出如何改善捣固炼焦工艺下焦炭的质量，为后续提升焦炭的质量奠定基础。

2.2 实验方法研究

2.2.1 焦煤的准备

焦煤的准备包括有单种煤和配合煤的制备。

单种煤制备的工艺流程为：煤样首先采用鄂式破碎机进行破碎操作，而后采用直径为10 mm的圆孔筛进行筛分操作，最后采用3 mm的方孔筛进行筛分，保证所得煤样的粒度均匀。焦煤样制备完成后对其水分进行测定后储存备用。

配合煤样制备的工艺流程为：多种配合煤样首先采用辊式破碎机进行破碎操作，而后采用直径为10 mm的圆孔筛进行筛分操作，最后采用3 mm的方孔筛进行筛分，保证所得煤样的粒度均匀。焦煤样制备完成后对其水分进行测定后储存备用。

2.2.2 炼焦实验

本节重点对3种炼焦方式的炼焦过程的参数进行说明。

配煤炼焦实验：将所得各种单煤煤样按照配煤比均匀混合为炼焦煤，并在其中加入10%的水分后送入炼焦炉中。

常规炼焦实验：将已制备完成的工业炼焦煤加入10%的水分后送入炼焦中。

捣固炼焦实验：将炼焦煤装置在尺寸为200 mm×210 mm×240 mm的铁箱中，结合不同堆积密度和铁箱及炼焦煤的质量估算出装煤高度，为保证铁箱内炼焦煤的装煤高度一致，最后将铁箱内的炼焦煤捣固至设定的装煤高度。不同堆积密度炼焦煤对应的装煤高度如表1所示。

表1 不同堆积密度炼焦煤对应的装煤质量

本次炼焦实验的温度控制一致，具体实际炼焦操作共经历6个阶段，如表2所示。

表2 炼焦实验温度控制布置及时间

2.2.3 焦炭质量的检测

对不同情况下所得焦炭按照《焦炭工业分析测定方法》、《焦炭全硫含量的测定方法》等相关标准方法对焦炭的水分、挥发分、灰分、硫分以及其机械性能等进行测定[4]。

3 实验结果分析

堆积密度为常规炼焦和捣固炼焦技术的主要区别。因此，分析捣固炼焦与常规炼焦对所得焦炭的影响，可首先从堆积密度进行着手分析，并重点对堆积密度对焦炭的结构和质量的影响进行分析。

3.1 堆积密度对焦炭结构的影响

表现焦炭结构的参数主要为焦炭的气孔率、气孔分布和比表面积。经过实验研究可知，随着焦煤堆积密度的增加，对应的膨胀压力也增加，导致所得焦炭的气孔数量减小，气孔率降低。但是，当堆积密度大于1.0 t/m3时，对应的膨胀压力更大致使挥发性的物质外溢困难，导致气孔的直径增大，对应的气孔率增加。

随着焦煤堆积密度的增加，所得焦炭比表面积先减小后增大，且转折点对应的堆积密度为1.0 t/m3。

3.2 堆积密度对焦炭质量的影响

堆积密度会影响焦炭的抗碎强度、耐磨强度、反应后的强度以及反应性能等。经实验研究可知，堆积密度对焦炭反应后的强度以及反应性能的影响不大，主要影响其反应后强度及反应性能的因素为焦煤的入炉性质[5]。而且，当焦煤的堆积密度为0.9 t/m3～1.0 t/m3时对应所得焦炭的耐磨强度和抗碎强度的性能最佳；当焦煤的堆积密度为1.0 t/m3～1.1 t/m3时对应所得焦炭的反应后的强度和反应性能最强。

3.3 捣固炼焦与常规炼焦的对比

本次实验中捣固炼焦对应的堆积密度为1.1 t/m3，常规炼焦对应的堆积密度为0.8 t/m3。本节重点对捣固炼焦与常规炼焦下所得焦炭的质量进行对比，对比结果如表3所示。

表3 捣固与常规炼焦对应焦炭质量的对比

分析表3可知，捣固炼焦工艺与常规炼焦相比较能够提升并改善焦炭的质量，并主要表现为对焦炭抗碎强度和反应后强度性能的提升。同时，焦炭的抗碎强度和反应后强度为其被关注的两项关键指标。因此，捣固炼焦技术被广泛应用。

4 结语

炼焦为对煤炭进行加工的工艺，其能够提升煤炭的性能并将所得焦炭产品应用于钢铁行业。本文重点对当前常用的常规炼焦技术和捣固炼焦技术进行对比，并得出如下结论：

1) 当焦煤的堆积密度为0.9 t/m3～1.0 t/m3所得焦炭的耐磨强度和抗碎强度性能最佳；

2) 当焦煤的堆积密度为1.0 t/m3～1.1 t/m3所得焦炭的反应性能和反应后强度性能最佳；

3) 捣固炼焦与常规炼焦技术相比较能够显著提升焦炭的抗碎强度和反应后强度，能够改善焦炭的质量。