歐陽(yáng)曙光，呂青青，李紅超，周云輝

（1.武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢，430081；2.河南中鴻集團(tuán)煤化有限公司，河南平頂山，467000）

焦化廠的焦粉量占焦炭產(chǎn)量的3%～5%，河南某公司年產(chǎn)130萬(wàn)t搗固焦炭，其中焦粉約為5萬(wàn)t。焦粉由于粒度小，不能用于高爐煉鐵，其銷(xiāo)售價(jià)格僅為冶金焦的60%左右，比瘦煤的價(jià)格還要低。為了提高焦粉附加值和節(jié)約煉焦煤資源，很多焦化企業(yè)嘗試回配焦粉煉焦[1－7]。焦粉在配煤煉焦中起著瘦化劑和骨架的作用，在結(jié)焦過(guò)程中其本身無(wú)黏結(jié)性，回配焦粉的粒徑、配比和基礎(chǔ)配合煤的性質(zhì)均對(duì)焦炭質(zhì)量有明顯的影響。目前對(duì)焦粉回配的研究大都針對(duì)頂裝煉焦工藝，有關(guān)焦粉粒徑對(duì)焦炭質(zhì)量影響的研究尚不夠深入，在回配焦粉的適宜粒徑和配比等方面的研究結(jié)果也不統(tǒng)一。為此，本文以河南某公司現(xiàn)行搗固煉焦配煤方案為基礎(chǔ)，研究焦粉粒徑、配比和配合煤性質(zhì)對(duì)焦炭質(zhì)量的影響，以期探索焦粉回配的適宜粒徑和配比。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用原料為河南某公司單種煉焦用煤，即1／3焦煤、氣煤、主焦煤、瘦煤、肥煤和長(zhǎng)焰煤。

1.2 配煤方案

以河南某公司6 m搗固焦?fàn)t實(shí)際生產(chǎn)配煤方案為基礎(chǔ)，利用焦粉替代部分瘦煤搗固煉焦。兩種基礎(chǔ)配煤方案如表1所示，兩種基礎(chǔ)配合煤的性質(zhì)如表2所示。

通過(guò)改變焦粉的粒徑范圍、配比以及瘦煤配比，共設(shè)計(jì)了18個(gè)試驗(yàn)配煤方案。

表1 基礎(chǔ)配煤方案Table 1 Proportion of the coal blends

表2 基礎(chǔ)配合煤的性質(zhì)Table 2 Properties of the basic coal blend

1.3 煉焦試驗(yàn)

采用40 kg小焦?fàn)t進(jìn)行煉焦試驗(yàn)。首先將配合煤的水分調(diào)制為10%，將配合煤裝入400 mm×300 mm×400 mm的鐵箱中，干煤量為40 kg，入爐煤細(xì)度（＜3 mm）控制在95%，然后用小型搗固機(jī)將鐵箱中的配合煤搗實(shí)，堆密度控制在1.10 g／cm3左右。先將小焦?fàn)t炭化室預(yù)熱至750℃，然后將鐵箱放入小焦?fàn)t，在18 h內(nèi)按一定升溫曲線(xiàn)將溫度升至1 050℃并保溫4 h，出爐后的焦炭采用濕法熄焦后備用。

1.4 焦炭質(zhì)量分析

M40和M10測(cè)定按GB／T2006—2008進(jìn)行；CSR和CRI測(cè)定按GB／T4000—2008進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 配入焦粉粒徑對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

采用基礎(chǔ)配煤方案1，在焦粉配入量為2%的條件下，圖1為配入不同粒徑焦粉所制焦炭的抗碎強(qiáng)度，圖2為配入不同粒徑焦粉所制焦炭的耐磨強(qiáng)度。由圖1和圖2可看出，當(dāng)焦粉粒徑大于0.2 mm時(shí)，焦炭的抗碎強(qiáng)度M40和耐磨強(qiáng)度M10較差，焦粉粒徑小于0.2 mm時(shí)焦炭的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度較好。結(jié)果表明，從焦炭的抗碎強(qiáng)度M40、耐磨強(qiáng)度M10和制粉能耗三方面綜合考慮，焦粉的適宜粒徑為小于0.2 mm。

圖1 配入不同粒徑焦粉所制焦炭的抗碎強(qiáng)度Fig.1 Crushing strength of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

圖2 配入不同粒徑焦粉所制焦炭的耐磨強(qiáng)度Fig.2 Abrasive strength of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

圖3為配入不同粒徑焦粉所制焦炭的反應(yīng)性。圖4為配入不同粒徑焦粉所制焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度。由圖3和圖4可看出，當(dāng)焦粉粒徑大于0.2 mm時(shí)，焦炭的反應(yīng)性較高，反應(yīng)后強(qiáng)度較低；當(dāng)焦粉粒徑小于0.2 mm時(shí)，焦粉的反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強(qiáng)度較高，且隨著粒徑減小，其變化趨于平穩(wěn)；當(dāng)焦粉粒徑小于0.06 mm時(shí)，焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度逐漸減小，反應(yīng)性變化不大。結(jié)果表明，從焦炭的反應(yīng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度和制粉能耗三方面綜合考慮，焦粉的適宜粒徑小于0.2 mm。

綜合以上分析可知，回配焦粉替代瘦煤進(jìn)行搗固煉焦時(shí)，焦粉的適宜粒徑小于0.2 mm。

圖3 配入不同粒徑焦粉所制焦炭的反應(yīng)性Fig.3 Reactivity of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

圖4 配入不同粒徑焦粉所制焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度Fig.4 CSR of cokes prepared by several coal blends with different particle sizes of coke powder

2.2 焦粉配入量對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

在不同配合煤條件下，配入焦粉粒徑均為小于0.2 mm。圖5為兩類(lèi)配煤方案下焦炭抗碎強(qiáng)度隨著焦粉配入量的變化，圖6為兩類(lèi)配煤方案下焦炭耐磨強(qiáng)度隨著焦粉配入量的變化。由圖5和圖6可看出，對(duì)于方案1，隨著焦粉配比的增加，焦炭的抗碎強(qiáng)度M40先是逐漸上升，當(dāng)達(dá)到最高值后迅速降低；焦炭的耐磨強(qiáng)度M10也呈現(xiàn)類(lèi)似變化趨勢(shì)，先是逐漸降低，達(dá)到最低值后迅速升高。對(duì)于方案2，隨著焦粉配入量的增加，焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度（M40和M10）均迅速變差。這是因?yàn)榻狗墼谂涿簾捊惯^(guò)程中只起著瘦化劑和骨架的作用，不能生成膠質(zhì)體?；A(chǔ)配煤方案1的配合煤黏結(jié)能力略有富余（見(jiàn)表2）。當(dāng)焦粉的配入量較小時(shí)，焦粉充分起著瘦化劑和骨架的作用，提高了焦炭的質(zhì)量。當(dāng)用焦粉大量替代瘦煤時(shí)，會(huì)造成膠質(zhì)體的流動(dòng)度和膨脹度過(guò)度降低，導(dǎo)致配合煤的黏結(jié)能力變差，無(wú)法將惰性組分充分黏結(jié)起來(lái)，造成焦炭質(zhì)量下降?；A(chǔ)配煤方案2的配合煤黏結(jié)能力不足（見(jiàn)表2），配入焦粉就會(huì)使焦炭質(zhì)量下降。

圖5 焦炭抗碎強(qiáng)度隨著焦粉配入量的變化Fig.5 Crushing strength of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

圖6 焦炭耐磨強(qiáng)度隨著焦粉配入量的變化Fig.6 Abrasive strength of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

圖7為兩類(lèi)配煤方案下焦炭反應(yīng)性隨著焦粉配入量的變化，圖8為兩類(lèi)配煤方案下焦炭后強(qiáng)度隨著焦粉配入量的變化。由圖7和圖8可看出，在不同配合煤條件下，隨著焦粉配入量的增加，焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度變化趨勢(shì)不同?；诨A(chǔ)方案1的配合煤在焦粉配入量較少時(shí)，焦炭的反應(yīng)性變化較小，當(dāng)焦粉配入量較大時(shí)，焦炭的反應(yīng)性顯著升高；焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度CSR隨著焦粉的配入量增加，先是趨于穩(wěn)定后逐漸降低?；诨A(chǔ)方案2的配合煤則隨著焦粉配入量的增加，焦炭反應(yīng)性升高，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度降低幅度也比較大。這主要是由于基于基礎(chǔ)方案1的配合煤黏結(jié)能力略有富余，當(dāng)焦粉的配入量較少時(shí)，焦炭熱性能變化較小，隨著其配入量的增加，焦粉吸附了過(guò)多的膠質(zhì)體，導(dǎo)致配合煤在結(jié)焦過(guò)程中黏結(jié)能力不足，焦炭質(zhì)量下降?；诨A(chǔ)方案2的配合煤黏結(jié)能力較差，配入焦粉后焦炭的反應(yīng)性就明顯升高，反應(yīng)后強(qiáng)度迅速降低。因此當(dāng)配合煤黏結(jié)能力不足時(shí)，不適合回配焦粉煉焦。

圖7 焦炭反應(yīng)性隨著焦粉配入量的變化Fig.7 Reactivity of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

圖8 焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度隨著焦粉配入量的變化Fig.8 CSR strength of cokes prepared by different coal blends with different amounts of coke powder

綜合以上分析可知，在配煤煉焦過(guò)程中能否配入焦粉取決于配合煤的黏結(jié)能力，當(dāng)配合煤黏結(jié)能力富余時(shí)，配入一定量焦粉對(duì)焦炭質(zhì)量不會(huì)起到明顯劣化作用，當(dāng)焦粉配比較小時(shí)，還能在一定程度上改善焦炭質(zhì)量；當(dāng)配合煤的黏結(jié)能力不足時(shí)，配入焦粉會(huì)對(duì)焦炭質(zhì)量產(chǎn)生明顯劣化作用。在焦粉粒徑不變的條件下回配焦粉，焦粉適宜添加量隨著基礎(chǔ)配合煤性質(zhì)的不同而不同。隨著焦粉粒徑和配合煤質(zhì)量的不同，焦粉回配煉焦的適宜添加量為1%～5%[4－7]。本試驗(yàn)中的基礎(chǔ)配煤方案1適合回配焦粉煉焦，但因其黏結(jié)能力只是略有富余，適宜的配比焦粉為2%。

3 結(jié)論

（1）在本試驗(yàn)配煤條件下，當(dāng)焦粉粒徑大于0.2 mm時(shí)不適合搗固煉焦，焦粉粒徑小于0.2 mm時(shí)在配合煤黏結(jié)能力有富余的條件下適合搗固煉焦。

（2）當(dāng)配合煤黏結(jié)能力有富余時(shí)，配入一定比例適宜粒徑的焦粉對(duì)焦炭不會(huì)起到明顯劣化作用；當(dāng)配合煤的黏結(jié)能力不足時(shí)，配入焦粉會(huì)對(duì)焦炭質(zhì)量起著明顯的劣化作用。

（3）以河南某公司搗固煉焦現(xiàn)行配煤方案為基礎(chǔ)，回配焦粉粒徑以小于0.2 mm為宜，焦粉配比為2%比較合理。

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