基氏流動(dòng)度在配煤煉焦中的應(yīng)用

曹貴杰

（遷安中化煤化工有限責(zé)任公司，河北 遷安064400）

國內(nèi)對(duì)煉焦煤性質(zhì)的研究通常采用黏結(jié)指數(shù)（G）、膠質(zhì)層最大厚度（Y）、奧亞膨脹度（b）等指標(biāo)。這些指標(biāo)由于測(cè)定方法的不同，不能同時(shí)表征煤在干餾時(shí)形成膠質(zhì)體的數(shù)量和質(zhì)量。

基氏流動(dòng)度表征煤在熱解時(shí)形成膠質(zhì)體的黏度，能同時(shí)反映膠質(zhì)體的數(shù)量和質(zhì)量，是研究煤的流變性和熱解動(dòng)力學(xué)的有效手段，在區(qū)分煤的某些特性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

遷安中化煤化工有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱遷安中化）采用常規(guī)指標(biāo)研究煉焦煤性質(zhì)，存在單種煤常規(guī)指標(biāo)較好，但配煤后焦炭強(qiáng)度下降的異?，F(xiàn)象。后于2017年新置1 臺(tái)JS1-1 型基氏流動(dòng)度測(cè)定儀，對(duì)遷安中化常用煉焦煤性質(zhì)進(jìn)行分析，并依據(jù)基氏流動(dòng)度指標(biāo)指導(dǎo)配煤，現(xiàn)介紹如下。

1 基氏流動(dòng)度對(duì)中強(qiáng)黏結(jié)性煤的性能區(qū)分

遷安中化常用的兩種1/3 焦煤屬中強(qiáng)黏結(jié)性煤，其常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)及40 kg 小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)結(jié)果分別見表1、表2。由表1 可知，兩種煉焦煤的G、Y、b等指標(biāo)比較接近；由表2 可知，B 煤煉焦所得焦炭（簡(jiǎn)稱B 焦炭）的冷態(tài)強(qiáng)度M10要優(yōu)于A 煤煉焦所得焦炭（簡(jiǎn)稱A 焦炭），但A 焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度CSR 較B 焦炭的好?？傮w上，兩種1/3 焦煤性質(zhì)比較接近，在配煤中可以相互替代。但在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，用B 煤替代A 煤后，焦炭的冷熱態(tài)強(qiáng)度劣化明顯。實(shí)踐證明，B 煤并不能大比例替代A 煤。

表1 兩種1/3 焦煤的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)

表2 40 kg 小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)結(jié)果%

遷安中化采用JS1-1 型基氏流動(dòng)度測(cè)定儀對(duì)兩種1/3 焦煤檢測(cè)分析，兩種1/3 焦煤的基氏流動(dòng)度指標(biāo)見表3。由表3 可知，A 煤的最大基氏流動(dòng)度和塑性溫度區(qū)間均優(yōu)于B 煤，表明A 煤在煉焦過程中可以產(chǎn)生較多的膠質(zhì)體，且塑性溫度區(qū)間較寬，根據(jù)塑性成焦理論，配入A 煤有利于提高焦炭質(zhì)量。

表3 兩種1/3 焦煤的基氏流動(dòng)度指標(biāo)

通過以上分析可知，相對(duì)于G、Y、b等指標(biāo)相近的中強(qiáng)黏結(jié)性煤，基氏流動(dòng)度有較好的區(qū)分能力。

2 基氏流動(dòng)度特征指標(biāo)與煉焦煤其他指標(biāo)的關(guān)系

統(tǒng)計(jì)遷安中化所有入廠煤的基氏流動(dòng)度指標(biāo)與G值、揮發(fā)分，采用散點(diǎn)圖，發(fā)現(xiàn)煉焦煤的基氏流動(dòng)度指標(biāo)與其揮發(fā)分、G值有一定的相關(guān)性。煉焦煤軟化溫度與揮發(fā)分的關(guān)系圖見圖1。由圖1 可知，軟化溫度在440 ℃以上時(shí)，揮發(fā)分小于20%；軟化溫度在415℃～440 ℃，對(duì)應(yīng)揮發(fā)分在20%～26%；軟化溫度小于415 ℃時(shí)，揮發(fā)分大于28%。

圖1 軟化溫度與揮發(fā)分的關(guān)系圖

煉焦煤G值與塑性溫度區(qū)間關(guān)系圖見圖2。由圖2 可知，塑性溫度區(qū)間小于60 ℃時(shí)，G值小于80；塑性溫度區(qū)間在60 ℃～75 ℃時(shí)，G值在80～85；塑性溫度區(qū)間大于75 ℃時(shí)，G值大于85。

圖2 G 值與塑性溫度區(qū)間關(guān)系圖

通過以上分析可知，通過對(duì)煉焦煤的基氏流動(dòng)度檢測(cè)，根據(jù)軟化溫度、塑性溫度區(qū)間，可大概推測(cè)其揮發(fā)分和G值范圍，再結(jié)合最大流動(dòng)度數(shù)值，即可判斷該煉焦煤的基本性質(zhì)。

3 利用基氏流動(dòng)度指導(dǎo)配煤煉焦

統(tǒng)計(jì)遷安中化入廠煤、配合煤的最大流動(dòng)度，揮發(fā)分及對(duì)應(yīng)的40 kg 試驗(yàn)焦?fàn)t冷態(tài)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，采用散點(diǎn)圖，得出M40、M10與煉焦煤基氏流動(dòng)度的對(duì)數(shù)值（logαmax）的關(guān)系圖見圖3、圖4。由圖3、圖4 可知，M40大于87%時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大流動(dòng)度的對(duì)數(shù)值在2.1～3.0；M10小于7%時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大流動(dòng)度的對(duì)數(shù)值在2.2～3.0。

圖3 M40 與logαmax 的關(guān)系圖

圖4 M10 與Logαmax 的關(guān)系圖

煉焦煤的logαmax與其揮發(fā)分的關(guān)系圖見圖5。由圖5 可知，煉焦煤的最大流動(dòng)度的對(duì)數(shù)值在2.2～3.0時(shí)，對(duì)應(yīng)的煉焦煤揮發(fā)分在23%～27%，此時(shí)，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度較好。因配合煤揮發(fā)分低于23%時(shí)，焦餅收縮小，易造成推焦困難，因此揮發(fā)分應(yīng)控制在23%～27%，流動(dòng)度的對(duì)數(shù)值在2.2～3.0 時(shí)，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度較好。

圖5 Logαmax 與揮發(fā)分的關(guān)系圖

因焦炭熱態(tài)強(qiáng)度受煤的灰分、成煤期等因素影響，與揮發(fā)分和基氏流動(dòng)度之間關(guān)系規(guī)律性不強(qiáng)，故不做分析。

4 問題及建議

測(cè)定煤樣的基氏流動(dòng)度時(shí)存在準(zhǔn)確性不高的問題，主要原因包括煤樣存放時(shí)間長(zhǎng)、混合不均、粒度組成不同、成型打擊次數(shù)不同等，因此必須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)操作，并注重經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)。

此外，同一種煉焦煤的基氏流動(dòng)度數(shù)據(jù)有異常時(shí)，要結(jié)合常規(guī)指標(biāo)和流動(dòng)度圖譜綜合判斷。遷安中化同一時(shí)間到廠的不同批次A 煤的煤質(zhì)指標(biāo)見表4。3 個(gè)批次A 煤的流動(dòng)度圖譜見圖6～圖8。由表4 可知，3 個(gè)批次A 煤的常規(guī)指標(biāo)接近，但是，其最大流動(dòng)度數(shù)值波動(dòng)較大。由圖6～圖8 可知，3 個(gè)批次A 煤的塑性溫度相同，均為97 ℃。圖6 及圖7 中最大流動(dòng)度區(qū)域相對(duì)平滑，而圖8 中流動(dòng)度區(qū)域出現(xiàn)明顯的陡峭尖峰后快速下降。造成該現(xiàn)象的原因，可能是隨著加熱溫度升高，揮發(fā)分瞬間逸出，煤樣收縮離開煤甄坩堝壁，攪拌槳旋轉(zhuǎn)阻力大幅減少、旋轉(zhuǎn)加快所致，但最大流動(dòng)度不具有代表性，如果去掉尖峰區(qū)域，其真實(shí)值應(yīng)在10 000 ddpm 以內(nèi)[2]。

表4 不同批次A 煤的煤質(zhì)指標(biāo)

圖6 第1 批次A 煤的流動(dòng)度圖譜

圖7 第2 批次A 煤的流動(dòng)度圖譜

圖8 第3 批次A 煤的流動(dòng)度圖譜

因此在基氏流動(dòng)度測(cè)定過程中，要注意有無異常情況出現(xiàn)，并結(jié)合常規(guī)指標(biāo)和流動(dòng)度圖譜綜合判斷，相互驗(yàn)證，科學(xué)合理指導(dǎo)配煤。

5 結(jié) 論

5.1 相對(duì)于常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)G值、Y值、b值等，基氏流動(dòng)度對(duì)中強(qiáng)黏結(jié)性煤有較好的區(qū)分能力，可以解釋遷安中化單種煤常規(guī)指標(biāo)較好，但配煤煉焦后出現(xiàn)焦炭強(qiáng)度下降的異常現(xiàn)象。

5.2 煉焦煤的最大流動(dòng)度和揮發(fā)分指標(biāo)同時(shí)在合理范圍內(nèi)，可以得到冷態(tài)強(qiáng)度較高的焦炭。當(dāng)煉焦煤最大流動(dòng)度的對(duì)數(shù)值在2.2～3.0，且揮發(fā)分在23%～27%時(shí)，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度較好，可達(dá)到M40＞87%，M10＜7%。

5.3 基氏流動(dòng)度特征指標(biāo)可反映煉焦煤的基本性質(zhì)，但還需結(jié)合流動(dòng)度圖譜、常規(guī)指標(biāo)等手段綜合判斷，互相驗(yàn)證，才能對(duì)煤質(zhì)有較為科學(xué)合理的判斷。