捣固炼焦对焦炭质量的影响研究

王晓飞

（山西焦煤五麟煤焦开发有限责任公司，山西 汾阳 032200）

引言

煤炭为我国当前应用的主要能源，其在未来很长时间内依然在我国能源结构中占据主导地位。对煤炭进行焦化处理后应用可提升煤炭性能，并适用于炼钢等行业。所谓炼焦指的是将煤炭在隔绝空气的环境将其加热至1 000 ℃左右，最终得到相应的高温焦炭、煤气以及其他化学产品等。但是，在实际的炼焦过程中可采用常规和捣固炼焦工艺。目前，我国针对捣固炼焦的研究尚浅，并不了解其与常规炼焦工艺之间关系，不明确捣固炼焦工艺是否能够改善焦炭质量且对应的改善幅度为多大[1]。因此，本文重点对常规炼焦和捣固炼焦进行对比研究。

1 实验方案

本文将采用实验的方式对常规炼焦和捣固炼焦的情况进行对比研究，重点对实验方案和相关实验和分析方法进行设计。

1.1 实验方案设计

对于捣固炼焦工艺而言，从理论上将其提升或改善焦炭质量的主要举措为通过增加入炉煤的堆积密度实现其功能。因此，本文首先对不同堆积密度下基于捣固炼焦工艺所得焦炭的质量进行对比，得出捣固炼焦工艺下最佳的堆积密度；其次，在上述研究成果的基础上重点对捣固炼焦和常规炼焦工艺所得焦炭质量进行对比，从而得出捣固炼焦和常规炼焦工艺之间在焦炭质量方面的区别。

1.2 实验方法

实验方法包括有相关待实验煤样的制备和炼焦实验方法。其中，针对煤样的制备包括有单种煤样的制备和生产配合煤的制备。

单种煤样的制备：选取单种煤样分别通过3 mm的方孔筛、颚式破碎机、10 mm 的圆孔筛等设备将煤样的粒度控制在10 mm 一下，而且保证细度大于90%；制备后混合均匀并测定其水分后密封备用。

生产配煤的制备：通过3 mm 的方孔筛、颚式破碎机、10 mm 的圆孔筛等设备保证配煤可全部通过10 mm 的圆孔筛，且保证细度大于90%；制备后混合均匀并测定其水分后密封备用。

本次炼焦试验在专业的焦炉上进行，在实际炼焦过程中的温度控制阶段，如表1 所示。

表1 炼焦温度控制阶段及时间要求

1.3 分析方法设计

本次实验的分析方法包括对煤质、焦炭质量以及焦炭气孔、比表面积等参数的测定。针对煤质分析主要参照《煤的工业分析方法》等相关标准对其催化指数进行测定；针对焦炭质量主要参照《焦炭工业分析测定方法》等标准对焦炭的水分、挥发分、灰分、硫分、冷态机械强度、热态强度等参数进行测定；针对焦炭气孔、比表面等参数采用美国进口的专用仪器进行测定[2]。

2 捣固炼焦与常规炼焦的技术对比

基于对不同堆积密度对焦炭质量和结构影响的实验研究，得出当堆积密度为1.0 t/m3～1.2 t/m3时所得焦炭的耐磨性能和抗碎强度为最佳，对应的焦炭的反应性和反应后的强度为最佳。因此，针对捣固炼焦实验将其堆积密度设定为1.1 t/m3。

2.1 捣固炼焦与常规炼焦对比

结合我国当前焦炉大型化的发展趋势，其对应的堆积密度与捣固炼焦工艺存在一定的差异。本次试验对于常规炼焦将其堆积密度设定为0.8 t/m3。

2.1.1 不同炼焦方式对焦炭耐磨强度和抗碎强度的影响

通过实验对不同炼焦方式对应所得焦炭的耐磨强度和抗碎强度的平均值进行对比，对比结果如表2所示。

表2 炼焦方式对焦炭耐磨强度和抗碎强度的影响

如表2 所示，捣固炼焦所得焦炭的平均耐磨强度较常规炼焦降低1.76%；捣固炼焦所得焦炭的平均抗碎强度较常规炼焦增加0.73%。

2.2.2 不同炼焦方式对焦炭反应性和反应后强度的影响

通过实验对不同炼焦方式对应所得焦炭的反应性和反应后强度的平均值进行对比，对比结果如表3所示。

表3 炼焦方式对焦炭耐磨强度和抗碎强度的影响

如表3 所示，捣固炼焦所得焦炭的平均反应性较常规炼焦降低1.78%；捣固炼焦所得焦炭的反应后强度较常规炼焦增加5.49%。

2.2 捣固炼焦对焦炭质量的改善效果

通过上述研究可知，捣固炼焦与常规炼焦工艺存在本质的差异，为深入掌握不同炼焦工艺所得焦炭性能的主要差异，本节基于数据处理软件重点对两种炼焦方式多的焦炭的气孔率、耐磨强度、抗碎强度、反应性以及反应后强度进行比对研究。

2.2.1 炼焦方式对气孔率的影响

焦炭的气孔率与原煤的粘结指数、干燥无灰基挥发分等相关。从理论上讲，当上述两项参数的值越大时，对应焦炭在焦结过程中逸出的气体越多导致其生成的气孔越多。对于捣固炼焦方式而言，由于其对应原煤的堆积密度较大导致其在结焦过程中的膨胀压力增加，导致焦炭的气孔数量减少，所形成气孔的直径也减小[3]。

2.2.2 炼焦方式对焦炭耐磨强度和抗碎强度的影响

影响焦炭耐磨强度和抗碎强度影响的主要参数为原煤的挥发分和黏结指数。实践表明，当原煤的挥发分和粘结指数偏低时，基于捣固炼焦工艺可明显对所得焦炭的耐磨强度和抗碎强度得到改善；但是，当原煤的挥发分和粘结指数偏高时，采用捣固炼焦反而会降低焦炭的耐磨强度和抗碎强度或者增强不明显[4]。

2.2.3 炼焦方式对焦炭反应性和反应后强度的影响

原煤的挥发分和粘结指数同样是影响焦炭反应性和反应后强度的主要参数。实践表明：当原煤挥发分较高且黏结指数较低时，基于捣固炼焦工艺可明显提升焦炭的反应性以及反应后的强度；反之，焦炭的性能改善不明显甚至会降低[5]。

3 结语

焦化为对煤炭进行再处理的主要工艺方式，该工艺可对原煤性能及质量进行改进以保证其适用于更高级别的行业中。本文重点对常规炼焦和捣固炼焦工艺进行对比研究，并总结如下：

1）捣固炼焦所得焦炭的平均耐磨强度较常规炼焦降低1.76%；捣固炼焦所得焦炭的平均抗碎强度较常规炼焦增加0.73%。

2）捣固炼焦所得焦炭的平均反应性较常规炼焦降低1.78%；捣固炼焦所得焦炭的反应后强度较常规炼焦增加5.49%。

3）影响焦炭气孔率、耐磨强度、抗碎强度、反应性以及反应后强度的主要参数为原煤的挥发分和黏结指数。我国煤炭的储量分布以气煤为主，其性能决定可大范围在我国推广捣固炼焦工艺。