影響焦炭質(zhì)量的因素分析

王步花

(山西運城焦化煤氣廠，山西 運城 044000)

焦炭是冶煉工業(yè)的主要燃料，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，對焦炭質(zhì)量的要求愈來愈高，煉焦生產(chǎn)中需配入大量的優(yōu)質(zhì)焦煤。但我國優(yōu)質(zhì)焦煤資源有限，占我國煤炭儲量的比例不足4%，因此，研究和不斷探討提高焦炭質(zhì)量是焦化企業(yè)的長期任務(wù)。為擴大煉焦資源，山西運城焦化煤氣廠建成了2×50孔TJL4350D型單熱式搗鼓焦?fàn)t。

1 影響焦炭質(zhì)量的因素

影響焦炭質(zhì)量的因素幾乎是全方位的，在生產(chǎn)前有煤的煤種、質(zhì)量、接收、儲存等，在焦化生產(chǎn)中有配煤、爐溫調(diào)節(jié)等煉焦生產(chǎn)操作的影響，出爐后又有熄焦操作等的影響?？梢娚a(chǎn)過程的每個環(huán)節(jié)都可能影響到焦炭的質(zhì)量。

1.1 來煤接收

來煤應(yīng)按規(guī)程取樣分析，根據(jù)煤種分別接受，卸往指定地點，防止不同煤種在接受和卸煤過程中互混。為穩(wěn)定煤的質(zhì)量，來煤經(jīng)堆放，均勻后再送往粉碎，配煤工序。各種煤的卸煤場地必須清潔，更換場地時應(yīng)徹底清掃。受煤坑更換煤種時，也應(yīng)清掃干凈。

1.2 煤的貯存

該廠備煤系統(tǒng)能力是按60萬t/年產(chǎn)焦炭的焦?fàn)t生產(chǎn)能力而配套設(shè)計的，精煤場儲量約為焦?fàn)t12天的用煤量。配煤倉采用8 m直徑、雙曲線斗嘴的圓筒倉5個，儲量約為2 500 t。使焦?fàn)t連續(xù)、均衡生產(chǎn)，穩(wěn)定焦炭質(zhì)量。

煤的存放時間也不能過長，以免引起煤質(zhì)氧化、燃點降低，煤質(zhì)變壞，對煉焦不利。若存放時間過長，由于氧化產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)，煤還會自燃。

1.3 配煤質(zhì)量管理

該廠配煤系統(tǒng)采用PLC控制與就地操作相結(jié)合的控制方式來保證配煤的準(zhǔn)確性。加強配煤比的日常檢測，對電子秤定期標(biāo)定和校核，強化配煤質(zhì)量管理。以配煤前單種煤的指標(biāo)按配煤比計算，配合煤指標(biāo)與實際配合煤指標(biāo)相比較，來考核配煤的準(zhǔn)確度，規(guī)定配煤前后揮發(fā)分相差不超過±0.7%，灰分不超過 ±0.3%。

1.4 焦炭灰分和硫分取決于煉焦配合煤

配合煤的灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭，配合煤和焦炭的灰分存在以下關(guān)系，即:

式中:

A煤、A焦—分別為配合煤和焦炭的灰分，%;

K—全焦率，%

結(jié)合洗煤成本，提高中煤利用效果等綜合權(quán)衡，配合煤灰分以8%～9%比較合理。由于我國中等煤化度的焦煤和肥煤灰高難洗。但高揮發(fā)的氣煤儲量大且灰低、易洗，因此，適量多配高揮發(fā)低灰煤是降低配合煤灰分的一條有效途徑。

配合煤大約有60% ～70%硫分轉(zhuǎn)入焦炭，配合煤的全焦率為70% ～80%，所以焦炭硫分約為配合煤硫分的80% ～90%。對于同一種配合煤，提高煉焦的最終溫度可降低焦炭的含硫量。

該廠結(jié)合當(dāng)?shù)胤拭毫蚍指叩奶攸c，配以25%含硫低的瘦煤，以降低配合煤的硫分。

1.5 焦炭揮發(fā)分和水分受煉焦生產(chǎn)操作條件控制

焦炭揮發(fā)分是焦炭成熟的標(biāo)志。焦炭揮發(fā)分與煉焦煤料、煉焦最終溫度有關(guān)。配合煤揮發(fā)分高，在一定的煉焦工藝條件下，焦炭揮發(fā)分也高。隨著煉焦的最終溫度升高，焦炭揮發(fā)分降低。焦炭揮發(fā)分過高，說明焦炭沒有完全成熟，出現(xiàn)生焦。焦炭揮發(fā)分過低時，說明焦炭過火，焦炭裂紋增多，易碎。

焦炭水分是在熄焦操作時產(chǎn)生的，受熄焦方式和熄焦操作因素的影響。該廠采用的是濕法熄焦方式，為降低焦粉含量，有利于高爐生產(chǎn)，焦炭水分控制在7%左右。

1.6 焦炭機械強度的影響因素

焦炭機械強度是焦炭在運輸和使用過程中抵抗磨損和破損的能力，是焦炭的主要質(zhì)量指標(biāo)。我國主要以米庫姆轉(zhuǎn)鼓試驗指標(biāo)評定焦炭機械強度，即抗碎強度M40和耐磨強度M10。影響焦炭機械強度的主要因素是煉焦煤的性質(zhì)，備煤操作和煉焦工藝條件等。

1.6.1 配合煤的影響

1)配煤的黏結(jié)性與結(jié)焦性。表征煤的黏結(jié)和結(jié)焦性的指標(biāo)很多，該廠主要以G值和y值來控制配合煤的黏結(jié)性與結(jié)焦性。煙煤黏結(jié)指數(shù)屬于黏結(jié)性指標(biāo)，膠質(zhì)層厚度既反映煤的黏結(jié)性，又能表征煤的結(jié)焦性，當(dāng)配煤的黏結(jié)性和結(jié)焦性指標(biāo)達(dá)到足夠值時才能生產(chǎn)出高強度的焦炭。該廠配合煤的G值一般控制75～85，y值一般控制在19～25 mm。

2)配合煤的揮發(fā)分及收縮度。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗表明，當(dāng)配合煤的揮發(fā)分為25% ～30%時，焦炭的氣孔率和比表面積最小，焦炭的耐磨強度和反應(yīng)后強度達(dá)到最優(yōu)范圍。當(dāng)配合煤的揮發(fā)分低于25%時，在配合煤黏結(jié)性很好的條件下，雖能生產(chǎn)出高強度的焦炭，但因煉焦膨脹壓力增大，焦餅收縮減少，造成爐墻受損、推焦困難。在該廠生產(chǎn)初期，由于入爐煤配入瘦焦煤達(dá)50%，曾出現(xiàn)過推焦困難的現(xiàn)象。當(dāng)配合煤的揮發(fā)分大于35%時，即使配合煤的黏結(jié)性很好，但由于收縮系數(shù)大，焦炭的平均粒度小，抗碎強度低，因此，裝爐煤的揮發(fā)分不宜過高。

1.6.2 備煤及煉焦工藝指標(biāo)的影響

1)裝爐煤堆密度。在煉焦生產(chǎn)中，通過采用增大堆密度來改善焦炭質(zhì)量的辦法已在生產(chǎn)中應(yīng)用。煤料堆密度提高，對提高焦炭質(zhì)量有利，但搗固煉焦焦炭的抗碎強度M40改善不大，甚至還略有下降，而耐磨強度M10卻有較大幅度的提高，這是搗固焦的一大特點。當(dāng)煤料堆密度增加后，半焦收縮受各層間收縮速度不同的作用，比較致密的焦炭由于硬度大，對內(nèi)應(yīng)力的松弛作用變小，所以，焦炭更容易產(chǎn)生裂紋。裂紋多焦炭塊度小，抗碎強度M40就降低。所以，該廠在搗固焦的配合煤中添加焦粉來降低煤料的收縮梯度，以減少焦炭裂紋的產(chǎn)生，裂紋少，塊度增大。但焦粉的添加比例要適當(dāng)，否則對焦炭耐磨性不利。

2)裝爐煤水分。裝爐煤水分一般控制在10%以下，降低水分有利于增加裝爐煤的堆比重，并減少熱量損失，提高煉焦速度和焦炭質(zhì)量。

3)裝爐煤細(xì)度。裝爐煤細(xì)度增大，使煤質(zhì)配合均勻，有利于提高焦炭強度。但煤的細(xì)度過大時，堆密度降低，裝爐煙塵量增多，焦炭質(zhì)量下降。一般裝爐煤的細(xì)度為90%以上，經(jīng)過該廠對所用煤種不同配煤比的粉碎試驗表明，以控制＞5 mm粒級在10%以下，＜0.5 mm粒級不超過40%為好。

4)煉焦溫度與燜爐時間。提高煉焦最終溫度與延長燜爐處理時間，使結(jié)焦后期的熱分解與熱縮聚程度增高，可使焦炭揮發(fā)分降低，焦炭氣孔壁材質(zhì)更加致密，碳結(jié)構(gòu)中氫含量減少。耐磨強度有所提高，但隨著氣孔壁的致密化，微裂紋擴展，則抗碎強度稍有降低。

1.7 焦炭熱性質(zhì)的影響因素

焦炭的冷強度是焦炭熱強度的保證，焦炭的熱性能與焦炭的氣孔率、氣孔壁厚度、界面結(jié)合情況以及焦塊的大小、裂紋的情況有關(guān)。

1.7.1 煉焦煤的煤化程度

低變質(zhì)程度煤所生產(chǎn)的焦炭有較高的反應(yīng)性，隨著變質(zhì)程度的增加，所生產(chǎn)的焦炭反應(yīng)性也逐漸降低，當(dāng)煤的變質(zhì)程度接近貧煤時，焦炭反應(yīng)性略有上升。為了解煤種及配煤結(jié)構(gòu)對焦炭性能的影響，特制定了不同配比的試驗方案，用20 kg試驗焦?fàn)t進(jìn)行了煉焦，并檢測了焦炭的冷熱強度，結(jié)果見表1。

表1 不同配煤結(jié)構(gòu)對焦炭性能的影響%

試驗表明，中等煤化程度的單種煤和中等黏結(jié)性的煤相配煉出的焦炭氣孔率低，而且與CO2反應(yīng)后氣孔率的增值也較小，熱性能最佳，即純焦煤煉焦所得焦炭熱性能最好，其次是肥煤。配入氣煤的焦炭熱性能稍差。

1.7.2 配合煤中灰分影響焦炭熱性能

在煤中灰成分中的鉀、鈉氧化物對焦炭與二氧化碳反應(yīng)有催化作用。同時煤中的灰成分在煉焦過程中降低了煤的黏結(jié)性，增加焦炭的裂紋。高灰分的焦炭，在高爐冶煉中，在熱的作用下裂紋繼續(xù)擴展，焦炭粉化，從而降低了焦炭的熱性能。

2 結(jié)論

1)煤的煤化程度、煤中的灰分、煤的黏結(jié)性與結(jié)焦性能是保證焦炭質(zhì)量的首要條件。2)改善生產(chǎn)工藝、強化生產(chǎn)操作管理是穩(wěn)定焦炭質(zhì)量的重要因素。3)要提高焦炭質(zhì)量，必須要對每個環(huán)節(jié)齊抓共管。

［1］李清田，劉洪春.煉焦工藝與技術(shù)［D］.太原:太原理工大學(xué)，2005:45－50.

［2］潘立慧.煉焦新技術(shù)［M］.冶金工業(yè)出版社，2006:141－149.