煉焦煤鏡質(zhì)組反射率分布、焦炭光學(xué)組織與焦炭熱性質(zhì)的相關(guān)性研究

岳偉明， 楊伯威

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

引 言

近年來，煤巖理論在配煤煉焦中的地位和作用已經(jīng)越來越為人們所重視，大多數(shù)焦化企業(yè)都開始利用煤巖分析的有關(guān)數(shù)據(jù)指導(dǎo)配煤。而隨著焦?fàn)t大型化和煤粉富氧噴吹技術(shù)的發(fā)展，高爐生產(chǎn)對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求，特別是焦炭的反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度。而焦炭的光學(xué)組織與焦炭的反應(yīng)性密切相關(guān)，焦炭光學(xué)組織是焦炭在高爐中劣化的一個重要因素。因此，通過研究焦炭光學(xué)組織與鏡質(zhì)組反射率分布之間的對應(yīng)關(guān)系及焦炭光學(xué)組織與焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系，對于指導(dǎo)煉焦配煤有著重要的意義。

本文以進(jìn)廠單種煤及煉焦配合煤在準(zhǔn)確測定鏡質(zhì)組反射率分布的基礎(chǔ)上，結(jié)合40 kg小焦?fàn)t實(shí)驗(yàn)，以期表明焦炭光學(xué)組織與鏡質(zhì)組反射率分布特征的關(guān)系，以及焦炭光學(xué)組織組成對焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的影響規(guī)律，從而更好地指導(dǎo)煉焦配煤生產(chǎn)，提高焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度。

1 試驗(yàn)條件及測定方法

1) 煤的鏡質(zhì)組反射率測定方法按照GB/T6948-2008規(guī)定進(jìn)行。

2) 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定方法按照GB/T4000-2008規(guī)定進(jìn)行。

3) 焦炭光學(xué)組織測定方法按照YB/T077-1995規(guī)定進(jìn)行。

4) 試驗(yàn)方法

將單種煤及配合煤在40 kg焦?fàn)t中進(jìn)行結(jié)焦性試驗(yàn)，其中，裝爐煤水分為(10±1)%，焦餅中心溫度為(950±30)℃，結(jié)焦時間為17.5 h，成焦后取部分焦炭按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焦炭光學(xué)組織測定和熱反應(yīng)強(qiáng)度測定。

2 單種煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)及光學(xué)組織的相關(guān)性

2.1 單種煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)的關(guān)系

對焦化廠現(xiàn)有單種煤進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率測定，其鏡質(zhì)組反射率分布情況及焦炭熱性質(zhì)分析見表1。

表1 焦煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)

焦煤的平均隨機(jī)反射率大致為1.2～1.6，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的占90%以上，反應(yīng)后強(qiáng)度達(dá)到60%以上，結(jié)焦性能良好。其中，中硫焦煤1平均隨機(jī)反射率較大,為1.570，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的占73.40%，反應(yīng)后強(qiáng)度最低為60.9%。

如表2所示，肥煤的平均隨機(jī)反射率大致為0.8～0.9，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的占80%～90%，反應(yīng)后強(qiáng)度達(dá)到45%～50%，結(jié)焦性能較好。

表2 肥煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)

如表3所示，1/3焦煤的平均隨機(jī)反射率大致為0.7～0.8，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的占70%～80%，反應(yīng)后強(qiáng)度達(dá)到40%～45%，結(jié)焦性能一般。

表3 1/3焦煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)

如表4所示，瘦煤的平均隨機(jī)反射率大致為1.65左右，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的僅占40%～50%，結(jié)焦性能較差，反應(yīng)后強(qiáng)度無法測定。

表4 瘦煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)

如表5所示，氣煤的平均隨機(jī)反射率大致為0.65，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的僅占30%，結(jié)焦性能較差，反應(yīng)后強(qiáng)度無法測定。

弱黏煤的平均隨機(jī)反射率大致為0.5，鏡質(zhì)組反射率分布在強(qiáng)黏區(qū)間的為0，幾乎無法結(jié)焦，反應(yīng)后強(qiáng)度無法測定。

2.2 單種煤成焦光學(xué)組織特征的分析

將在40 kg焦?fàn)t中成焦后的焦炭制成焦磚，對其進(jìn)行焦炭光學(xué)組織測定，其光學(xué)組織特征情況見表6和圖1。

焦煤的焦炭光學(xué)組織分析顯示，中粒鑲嵌及粗粒鑲嵌的含量在40%～50%，不完全及完全纖維狀和片狀含量4%～14%，絲炭與破片的含量在35%左右，其中，中硫焦煤1及高硫焦煤4的粗粒鑲嵌成分明顯高于其余焦煤。

表5 弱黏結(jié)煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭熱性質(zhì)

表6 焦煤光學(xué)組織特征

圖1 焦煤光學(xué)組織特征趨勢圖

如表7和圖2顯示，肥煤的焦炭光學(xué)組織分析顯示，與焦煤比較，細(xì)粒鑲嵌含量明顯增多，中粒鑲嵌及粗粒鑲嵌含量減少，但是其中肥煤3及高硫肥煤4的中粒鑲嵌含量較多，同時，不完全及完全纖維狀和片狀含量極少。

表7 肥煤光學(xué)組織特征

圖2 肥煤光學(xué)組織特征趨勢圖

如第52頁表8和圖3顯示，1/3焦煤的焦炭光學(xué)組織分析顯示：3種1/3焦煤的各組分含量對應(yīng)性一致，其中細(xì)粒鑲嵌含量在60%以上，絲炭與破片的含量在20%左右。

表8 1/3焦煤光學(xué)組織特征

圖3 1/3焦煤光學(xué)組織特征趨勢圖

表9和圖4顯示，瘦煤的焦炭光學(xué)組織分析顯示，中粒鑲嵌及粗粒鑲嵌的含量在20%～30%，同時不完全及完全纖維狀和片狀含量7%～14%，各向同性、絲炭與破片的含量為64.5%、65.2%。

表9 瘦煤光學(xué)組織特征

圖4 瘦煤光學(xué)組織特征趨勢圖

表10和圖5顯示，氣煤的焦炭光學(xué)組織分析顯示，細(xì)粒及中粒鑲嵌含量為35.0%，各向同性、絲炭與破片的含量為56.0%，其余9%的不完全及完全纖維狀和片狀結(jié)構(gòu)。

弱黏煤的黏結(jié)指數(shù)較低，幾乎不結(jié)焦，但是焦炭光學(xué)組織分析表明，除了各向同性及絲炭與破片，該煤種還有少量的不完全及完全纖維狀和片狀結(jié)構(gòu)的存在。

表10 弱黏結(jié)煤光學(xué)組織特征

2.3 單種煤鏡質(zhì)組反射率分布與焦炭光學(xué)組織及熱性質(zhì)的相關(guān)性

1) 單種煉焦煤成焦光學(xué)組織在煤質(zhì)鑒別方面具有重要意義，可以從本質(zhì)上較好地區(qū)別煉焦煤的性質(zhì)，尤其對于一些非常規(guī)煉焦煤，根據(jù)其與常規(guī)煉焦煤成焦結(jié)構(gòu)差異的比較，可以較準(zhǔn)確地進(jìn)行煤質(zhì)辨析。

圖5 氣煤及弱黏煤光學(xué)組織特征趨勢圖

2) 單種煤的鏡質(zhì)組反射率及其分布不同，其相應(yīng)的焦炭光學(xué)組織也不同；其中，焦煤的鏡質(zhì)組反射率在1.35左右，焦炭中的粗粒鑲嵌、纖維、片狀結(jié)構(gòu)增加；肥煤的鏡質(zhì)組反射率在0.80左右時，則細(xì)粒及中粒鑲嵌結(jié)構(gòu)增加；1/3焦煤的鏡質(zhì)組反射率在0.70左右時，則各向同性結(jié)構(gòu)、細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)增加；瘦煤的鏡質(zhì)組反射率在1.6左右時，則片狀、纖維和絲炭與破片結(jié)構(gòu)增加；氣煤和弱黏煤的鏡質(zhì)組反射率在0.60左右時，則各向同性結(jié)構(gòu)、絲炭與破片結(jié)構(gòu)明顯增加。

3) 當(dāng)單種煤成焦后焦炭中的中粒及粗粒鑲嵌、纖維與片狀結(jié)構(gòu)增加時，焦炭的熱性質(zhì)明顯提高；反之，當(dāng)細(xì)粒鑲嵌、各向同性、絲炭與破片的含量增加時，焦炭的熱性質(zhì)明顯變差。

焦炭光學(xué)組織與焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系。通過兩者之間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出它們之間的相關(guān)關(guān)系如式(1)。

Y=242.62-1.9X1-2.08X2-0.30X3

(1)

R2=0.803 5

式中，X1=各向同性百分率+絲炭與破片百分率；X2=細(xì)粒鑲嵌百分率+中粒鑲嵌百分率+粗粒鑲嵌百分率；X3=不完全纖維狀百分率+完全纖維狀百分率+片狀百分率；Y為焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度。

3 焦炭光學(xué)組織在配煤過程中的應(yīng)用

3.1 裝爐煤煤巖反射率分布與焦炭光學(xué)組織相關(guān)性

如第53頁圖6、圖7所示，裝爐煤的煤巖反射率分布集中在0.5～1.7，在0.65～0.8之間呈現(xiàn)一個峰值，導(dǎo)致焦炭光學(xué)組織細(xì)粒鑲嵌含量較多；2015年10月19日試驗(yàn)結(jié)果表明，反射率分布在0.8～0.9及1.5～1.7呈現(xiàn)兩個峰值，導(dǎo)致其焦炭光學(xué)組織粗粒鑲嵌與片狀結(jié)構(gòu)含量較多。

3.2 焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度實(shí)測與預(yù)測值差值

第53頁圖8顯示，通過上述關(guān)系式測算裝爐煤焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度與實(shí)測值比較，對應(yīng)性關(guān)系一致。

圖6 裝爐煤煤巖反射率分布圖

圖7 裝爐煤光學(xué)組織特征趨勢圖

圖8 焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度實(shí)測與預(yù)測值差值

4 結(jié)論

1) 單種煤鏡質(zhì)組反射率分布的變化，引起焦炭光學(xué)組織的變化，而焦炭光學(xué)組織的變化最終影響焦炭的熱性質(zhì)。

2)當(dāng)單種煤的鏡質(zhì)組反射率及其分布不同，其相應(yīng)的焦炭光學(xué)組織也不同；當(dāng)單種煤鏡質(zhì)組反射率小于0.75的比列增加時，則各向同性結(jié)構(gòu)、細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)增加；鏡質(zhì)組反射率在0.75～0.95的比例增加時，則中粒鑲嵌結(jié)構(gòu)開始增加；鏡質(zhì)組反射率在0.95～1.35的比例增加時，焦炭中的粗粒鑲嵌、纖維、片狀結(jié)構(gòu)增加；鏡質(zhì)組反射率在大于1.35的比例增加時，則片狀、纖維和絲炭與破片結(jié)構(gòu)增加。

3) 焦炭的熱性質(zhì)受各向同性組織、絲炭和破片組織影響較大，隨著焦炭中的各向同性組織、絲炭和破片組織含量的增加，焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度變差。