配合煤細(xì)度、水分對(duì)堆密度及焦炭質(zhì)量的影響

張俊濤，譚 超

(漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司，婁底417009)

1 引言

入爐煤細(xì)度及水分控制對(duì)裝爐煤堆密度、焦炭質(zhì)量等都會(huì)產(chǎn)生影響。細(xì)度過(guò)低，裝爐時(shí)煤粒偏析嚴(yán)重，煤?；旌喜痪斐山固?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)不均;細(xì)度過(guò)高，除增加粉碎機(jī)動(dòng)力消耗外還使得裝爐時(shí)煤塵增多，惡化裝爐環(huán)境，甚至造成粘結(jié)性煤“破粘”降低焦炭質(zhì)量。入爐煤水分較高時(shí)，升高煉焦能耗;水分太低時(shí)，可大幅度節(jié)約煉焦能耗，但會(huì)對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)穩(wěn)定及生產(chǎn)環(huán)境造成影響;入爐煤水分較高和較大幅度地波動(dòng)都對(duì)焦?fàn)t墻體具有破壞性，但水分變化對(duì)焦炭質(zhì)量的影響還未有深入研究。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因受干擾的因素復(fù)雜多變，入爐煤細(xì)度、水分對(duì)煤料堆密度和焦炭質(zhì)量的影響判斷尚不明確。因此，想通過(guò)固化其他因素，研究單因素變化對(duì)焦炭質(zhì)量的影響。

2 試驗(yàn)原理及方法

試驗(yàn)焦?fàn)t為北京煤化所研制的底裝煤式40kg試驗(yàn)小焦?fàn)t。試驗(yàn)焦?fàn)t操作條件:炭化室一次裝煤量(濕煤)約44公斤，裝煤時(shí)炭化室墻溫度700℃，加熱最終溫度1 090℃，焦餅最終溫度950℃，加溫時(shí)間12h至1 090℃，保溫7h，結(jié)焦時(shí)間19h，采用濕法熄焦，焦炭樣落下試驗(yàn)2次，轉(zhuǎn)鼓采用米庫(kù)姆試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓，熱強(qiáng)度按GB/T 4000－2008檢測(cè)。

細(xì)度控制方面，將取回的煤料多次轉(zhuǎn)堆充分混合，逐步提高入爐煤細(xì)度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中細(xì)度控制從64%到96%，共設(shè)計(jì)13個(gè)細(xì)度方案，每個(gè)方案做2爐。實(shí)驗(yàn)固化裝爐鐵箱體積，煤料達(dá)到裝煤線時(shí)，用縮分板鋪平，通過(guò)改變?nèi)霠t煤細(xì)度以測(cè)量堆密度。配合煤質(zhì)量指標(biāo) Ad:10.03%、Vdaf:28.66%、St，d:0.71%、G:79、Rmax:1.322。

水分控制方面，將取回的實(shí)驗(yàn)煤樣多次轉(zhuǎn)堆充分混合，然后破碎至所要求的細(xì)度控制指標(biāo)。第一爐實(shí)驗(yàn)煉焦煤樣以取回煤樣水分為基準(zhǔn)，后續(xù)各實(shí)驗(yàn)煤樣逐步增加入爐煤料水分至18%和遞減水分至1%，水分干燥過(guò)程為空氣干燥狀態(tài)。配合煤質(zhì)量指標(biāo)Ad:9.53%、Vdaf:28.19%、St，d:1.00%、G:83、D:78.4%、Rmax:1.262。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析討論

3.1 入爐煤細(xì)度及焦炭強(qiáng)度結(jié)果(見(jiàn)表1)

3.2 入爐煤水分及焦炭強(qiáng)度結(jié)果(見(jiàn)表2)

表1 入爐煤細(xì)度與煤料堆密度及焦炭質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)

表2 入爐煤水分與煤料堆密度及焦炭質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.3 入爐煤細(xì)度對(duì)煤料堆密度的影響分析

入爐煤細(xì)度與煤料堆密度關(guān)聯(lián)性分析如圖1。裝煤堆密度與入爐煤細(xì)度有較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為－0.66，堆密度隨著入爐煤細(xì)度的增加而下降。當(dāng)入爐煤細(xì)度控制在67% ～87%時(shí)，細(xì)度與堆密度相關(guān)性更強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為－0.80，在此區(qū)間入爐煤細(xì)度每增加1%，堆密度約降低3.5kg/m3。

圖1 堆密度與入爐煤細(xì)度關(guān)系趨勢(shì)圖

3.4 入爐煤細(xì)度對(duì)焦炭熱強(qiáng)度(CRI、CSR)的影響分析

入爐煤細(xì)度與CRI關(guān)聯(lián)性分析如圖2。焦炭CRI與入爐煤細(xì)度相關(guān)系數(shù)為0.49，P值0.09，表明細(xì)度的變化對(duì)CRI的影響不明顯。

入爐煤細(xì)度與CSR關(guān)聯(lián)性分析如圖3。焦炭CSR與入爐煤細(xì)度有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為－0.84，當(dāng)入爐煤細(xì)度過(guò)高時(shí)焦炭CSR有惡化趨勢(shì)。

3.5 入爐煤細(xì)度對(duì)焦炭冷強(qiáng)度(M40、M10)的影響分析

入爐煤細(xì)度與M40關(guān)聯(lián)性分析如圖4。焦炭M40與入爐煤細(xì)度相關(guān)系數(shù)為0.65，兩者之間有較強(qiáng)的相關(guān)性。提高入爐煤細(xì)度可以明顯改善焦炭M40指標(biāo)。

入爐煤細(xì)度與M10關(guān)聯(lián)性分析如圖5。焦炭M10與入爐煤細(xì)度相關(guān)系數(shù)為－0.41，P值0.163，兩者無(wú)相關(guān)性，同時(shí)細(xì)度變化對(duì)M10影響不顯著。

圖2 CRI與入爐煤細(xì)度關(guān)系趨勢(shì)圖

圖3 CSR與入爐煤細(xì)度關(guān)系趨勢(shì)圖

圖4 M40與入爐煤細(xì)度關(guān)系趨勢(shì)圖

3.6 入爐煤細(xì)度對(duì)焦炭塊度(平均粒度和塊度均勻系數(shù))的影響分析

入爐煤細(xì)度與焦炭平均粒度和塊度均勻系數(shù)關(guān)聯(lián)性分析如圖6、圖7。焦炭平均粒度與入爐煤細(xì)度相關(guān)系數(shù)為－0.08，P值0.79，無(wú)明顯相關(guān)性;焦炭塊度均勻系數(shù)與與入爐煤細(xì)度相關(guān)系數(shù)為0.279，P值0.356，無(wú)明顯相關(guān)性。

圖5 M10與入爐煤細(xì)度的關(guān)系趨勢(shì)圖

圖6 平均粒度與入爐煤細(xì)度的關(guān)系趨勢(shì)圖

圖7 均勻系數(shù)與入爐煤細(xì)度的關(guān)系趨勢(shì)圖

3.7 入爐煤水分對(duì)煤料堆比重的影響分析

入爐煤水分與煤料堆比重關(guān)聯(lián)性分析如圖8，當(dāng)水分在11.8%時(shí)，堆比重最小，水分在10.0%～14.0%時(shí)堆比重相對(duì)穩(wěn)定在較小值，水分低于10.0%時(shí)，堆比重隨水分的降低而逐步增大，水分低于8.0%時(shí)，隨水分的降低堆比重增加的幅度遞增，水分高于14.0%時(shí)，隨水分的增加堆比重增加的幅度遞增。

圖8 堆比重與入爐煤水分關(guān)系趨勢(shì)圖

3.8 入爐煤水分對(duì)焦炭熱強(qiáng)度(CRI、CSR)的影響分析

入爐煤水分與CRI關(guān)聯(lián)性分析如圖9。焦炭CRI與入爐煤水分相關(guān)系數(shù)為0.49，P值0.11，當(dāng)水分小于14%時(shí)，對(duì)CRI影響不顯著，而入爐煤水分大于14.0%時(shí)，CRI影響顯著，焦炭質(zhì)量明顯惡化，并且惡化程度加劇。

入爐煤水分與CSR關(guān)聯(lián)性分析如圖10。焦炭CSR與入爐煤水分有較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.63，當(dāng)入爐煤水分降低時(shí)有利于改善CSR。

3.9 入爐煤水分對(duì)焦炭冷強(qiáng)度(M40、M10)的影響分析

入爐煤水分與M40關(guān)聯(lián)性分析如圖11。焦炭M40與入爐煤水分相關(guān)系數(shù)為0.23，P值0.46，兩者之間沒(méi)有相關(guān)性，即入爐煤水分的變化對(duì)焦炭M40不產(chǎn)生影響。

入爐煤水分與M10關(guān)聯(lián)性分析如圖12。入爐煤水分在10.13%時(shí)M10最差，入爐煤水分在5.0% ～15.0%的區(qū)間內(nèi)，水分對(duì)M10影響不顯著，但是，當(dāng)水分過(guò)低或過(guò)高時(shí)對(duì)M10影響程度加大，M10將得到明顯改善。

圖10 CSR與入爐煤水分關(guān)系趨勢(shì)圖

圖11 M40與入爐煤水分關(guān)系趨勢(shì)圖

圖12 M10與入爐煤水分的關(guān)系趨勢(shì)圖

3.10 入爐煤水分對(duì)焦炭塊度(平均粒度和塊度均勻系數(shù))的影響分析

入爐煤水分與平均粒度和塊度均勻系數(shù)關(guān)聯(lián)性分析如圖13、圖14。焦炭平均粒度與入爐煤水分相關(guān)系數(shù)為0.57，有較好的相關(guān)性，水分增大時(shí)有利于提高焦炭塊度;焦炭塊度均勻系數(shù)與與入爐煤水分相關(guān)系數(shù)為－0.51，P 值0.11，無(wú)相關(guān)性。

圖13 平均粒度與入爐煤水分的關(guān)系趨勢(shì)圖

圖14 均勻系數(shù)與入爐煤水分的關(guān)系趨勢(shì)圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及建議

(1)煤料堆密度隨著入爐煤細(xì)度的增加呈下降趨勢(shì)。因此，從提高焦?fàn)t產(chǎn)能考慮，入爐煤細(xì)度不宜過(guò)高。在目前煤質(zhì)條件下，建議細(xì)度控制小于77%。

(2)CRI和CSR均隨入爐煤細(xì)度的增加緩慢惡化。細(xì)度在65%～80%時(shí)對(duì)兩者的影響相對(duì)很小，當(dāng)細(xì)度繼續(xù)增加時(shí)，CRI、CSR惡化程度加劇。當(dāng)細(xì)度大于83%時(shí)CSR明顯惡化。當(dāng)細(xì)度達(dá)到96%時(shí)，CSR降低8～10個(gè)百分點(diǎn)。細(xì)度增加，CSR反而惡化，應(yīng)與漣鋼目前用煤質(zhì)量有關(guān)，造成粘結(jié)性煤過(guò)細(xì)粉碎產(chǎn)生破粘，隨著破粘組分比例增加，對(duì)焦炭質(zhì)量影響加劇。

(3)提高入爐煤細(xì)度可以明顯改善焦炭M40和M10指標(biāo)，但當(dāng)入爐煤細(xì)度增至72%時(shí)，繼續(xù)提高細(xì)度對(duì)焦炭M40和M10指標(biāo)的影響已不再顯著。

(4)入爐煤水分在11.8%時(shí)堆比重處于最小值，在10.0% ～14.0%區(qū)間內(nèi)堆比重相對(duì)穩(wěn)定在較低水平，當(dāng)高于和低于此區(qū)間后，升高和降低入爐煤水分都有利于提高堆比重，而水分過(guò)高會(huì)大幅增加能耗，因此，低水分的入爐煤可有利于提高焦炭產(chǎn)量，同時(shí)節(jié)約能耗。當(dāng)入爐煤水分低于6.0%以下時(shí)，可提升焦?fàn)t產(chǎn)能約10%以上，節(jié)約能耗4.0%以上。

(5)入爐煤水分對(duì)焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)影響非常明顯，水分越高，CSR越差;而對(duì)CRI而言，水分只要低于14%都沒(méi)有明顯影響。因此，當(dāng)入爐煤水分較低時(shí)，可有效改善焦炭熱強(qiáng)度。

(6)入爐煤水分對(duì)焦炭抗碎強(qiáng)度M40不產(chǎn)生影響，而當(dāng)入爐煤水分低于6%時(shí)，有利于改善焦炭耐磨強(qiáng)度M10。

(7)入爐煤水分的降低有利于改善焦炭塊度均勻系數(shù)，當(dāng)入爐煤水分低于6%時(shí)，塊度均勻系數(shù)明顯提高。因此，當(dāng)一定的煉焦煤質(zhì)量下焦炭基礎(chǔ)塊度已能滿足高爐要求的前提下，可降低入爐煤水分來(lái)改善焦炭塊度均勻性。

(8)在目前常規(guī)頂裝焦?fàn)t工藝條件下，入爐煤水分過(guò)低時(shí)，將較大的影響焦?fàn)t生產(chǎn)操作，由于裝煤時(shí)揚(yáng)塵嚴(yán)重，操作條件惡化，裝煤時(shí)冒煙冒火加劇，上升管與集氣管焦油渣含量增加，炭化室墻面石墨沉積加快，因此生產(chǎn)上入爐煤水分控制時(shí)，需結(jié)合入爐煤質(zhì)量、粒度組成等因素，宜控制在8% ～10%。目前生產(chǎn)實(shí)際入爐煤水分控制情況:最低值8.0%，低于 10.0%的比率 8.0%，高于12.0%的比率占15%，水分在10% ～12%之間的比例占77%，而入爐煤水分與進(jìn)廠煤水分、煤場(chǎng)庫(kù)存、取煤操作有關(guān)，可從影響入爐煤水分的上述幾個(gè)方面采取精細(xì)化管理，將水分盡可能地控制低一些，有利于產(chǎn)量、質(zhì)量、煉焦能耗等技術(shù)指標(biāo)的改善。

(9)降低入爐煤水分對(duì)焦炭產(chǎn)量、質(zhì)量的改善優(yōu)勢(shì)明顯與裝煤時(shí)揚(yáng)塵帶來(lái)的一系列問(wèn)題的矛盾日顯突出。當(dāng)?shù)退盅b煤揚(yáng)塵問(wèn)題得到解決時(shí)，低水分煤的煉焦將大幅度降低焦化工序成本，提升焦炭質(zhì)量。

(10)在目前實(shí)驗(yàn)室條件下，僅考慮單因素的細(xì)度、水分變化對(duì)煤料堆密度和焦炭質(zhì)量的影響，未考慮工業(yè)生產(chǎn)中存在一定高度落差狀態(tài)下煤自身重力作用對(duì)焦炭產(chǎn)量、質(zhì)量的影響。下一步將模擬頂裝焦?fàn)t裝煤高度條件下進(jìn)一步驗(yàn)證入爐煤細(xì)度、水分對(duì)裝煤堆比重及焦炭質(zhì)量的影響幅度。

［1］于振東，等．焦?fàn)t生產(chǎn)技術(shù)［M］．沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003:23－26．