破碎方式和粒度對(duì)低階煤在煉焦配煤中的影響研究

劉瑩瑩

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；3.煤炭工業(yè)節(jié)能監(jiān)測(cè)中心，北京 100013)

焦炭在煉鋼過(guò)程中起支撐作用，在保持強(qiáng)度的基礎(chǔ)上熱量越高越好[1]。煉焦用煤的煤質(zhì)特性和煉焦工藝條件是影響焦炭品質(zhì)的兩大因素。煤料的粉碎是焦化備煤工藝中重要的一環(huán)，在配煤煉焦中根據(jù)不同煤種的煤質(zhì)特性控制其粉碎粒度[2]，通過(guò)調(diào)節(jié)煤粒度得到適宜的煤巖組分，改善其黏結(jié)性，提高焦炭質(zhì)量。

1 入爐煤粒度對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響

1.1 煉焦煤粉碎性能

入爐煤煤質(zhì)特性是影響煉焦過(guò)程及焦炭質(zhì)量的最主要因素，同時(shí)備煤工藝條件也與之有著密切關(guān)系。同一種煤的破碎細(xì)度不斷增加，焦炭強(qiáng)度先增加后降低；不同煤種的最佳粉碎度取決于煤的黏結(jié)性，黏結(jié)性越好，與焦炭強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的粉碎度越高。對(duì)于配煤煉焦而言，確定粉碎粒度的依據(jù)是各單種煤的煤質(zhì)、粉碎特性。為了保持強(qiáng)黏結(jié)性煤的黏結(jié)性優(yōu)勢(shì)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行粗粉碎，如配加弱黏煤或不黏煤，細(xì)粉碎可以增加其配入量。煤的黏結(jié)性不僅取決于煤質(zhì)特性，亦受煤顆粒大小以及整體粒度分布的影響，因此為得到強(qiáng)度最好的焦炭，須對(duì)不同煤種進(jìn)行粒度和粒度分布的調(diào)節(jié)，尋找最適宜的細(xì)度[3]。

1.2 不同煤種的粒度組成對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響

煤巖配煤理論將煤的巖相組成分為活性組分和惰性組分[4]。將氣、肥、焦、瘦四種傳統(tǒng)煉焦煤種破碎至不同的粒度，粗粒度優(yōu)于中、細(xì)粒度，說(shuō)明活性組分多的煤顆粒粒度較大有利于提高黏結(jié)性；黏結(jié)性較差的氣煤和瘦煤則相反，尤其是瘦煤，表明惰性組分多的煤顆粒細(xì)粉碎對(duì)煉焦有利，適宜細(xì)粉碎[5]。

在煉焦過(guò)程中，當(dāng)惰性組分較多且粗破碎時(shí)所得焦炭強(qiáng)度較差，粉碎粒度逐漸減小至小于3 mm時(shí)，焦炭強(qiáng)度最好，若繼續(xù)粉碎至小于0.5 mm時(shí)焦炭強(qiáng)度又明顯下降。如過(guò)細(xì)粉碎是不利于黏結(jié)的。細(xì)粉碎有利于活性組分較多的煤料煉焦，所得焦炭強(qiáng)度高，若進(jìn)一步細(xì)粉碎，焦炭強(qiáng)度仍略有提高，雖然過(guò)細(xì)粉碎會(huì)在一定程度上降低黏結(jié)性，但與此同時(shí)也降低了收縮階段的內(nèi)應(yīng)力，減小了龜裂，因此焦炭強(qiáng)度仍有所提高。

1.3 入爐煤的粒度分布原則

備煤工序中如何選擇適宜的粉碎工藝、破碎設(shè)備是以入爐煤的粉碎粒度分布最優(yōu)化為基礎(chǔ)的，為實(shí)現(xiàn)粒度分布最優(yōu)化應(yīng)遵循以下原則[7]：

1) 入爐煤的細(xì)?；途鶆蚧?。為了保證入爐煤破碎后各組分煤顆粒混合均勻，入爐煤整體粒度組成中大部分顆粒的粒度應(yīng)小于3 mm。

2) 入爐煤的粉碎。為了避免由于過(guò)細(xì)粉碎使表面積增大的煤顆粒過(guò)度吸附膠質(zhì)體或者由于小顆粒熱解時(shí)內(nèi)部氣體容易析出減少膠質(zhì)體的生成導(dǎo)致的黏結(jié)性降低，應(yīng)對(duì)入爐煤中黏結(jié)性好的煤和活性組分粗粉碎，黏結(jié)性差的煤和惰性組分細(xì)粉碎，以減少裂紋中心。

3) 控制入爐煤粒度的上、下限。入爐煤一般的破碎粒度下限為0.5 mm，粒度上限與入爐煤堆密度密切相關(guān)，一般是隨堆密度的增加而降低。

4) 入爐煤粒度分布的堆密度最大原則。入爐煤中各粒級(jí)的含量分布，應(yīng)保證不同粒度的煤粒可相互填充，以實(shí)現(xiàn)入爐煤堆密度最大。通過(guò)提高入爐煤的堆密度，改善其黏結(jié)性，保證焦炭質(zhì)量。

2 低階煤備煤處理方式及破碎粒度影響

備煤工藝中的煤粉碎大體分為配合粉碎和分別粉碎兩種工藝[8]，不同煤和配合煤應(yīng)采用與之相適應(yīng)的備煤工藝。為此，開(kāi)展了低階煤備煤處理方式及其粒度影響試驗(yàn)研究。

2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

結(jié)合強(qiáng)黏結(jié)性煤粗粉碎要優(yōu)于細(xì)粉碎，本試驗(yàn)黏結(jié)性的基礎(chǔ)煤破碎粒度組成、配煤方案及煉焦工藝條件均不發(fā)生變化，主要考慮配入的不同粒度的低階煤，探索低階煤的粒度和破碎方式在煉焦配煤中的影響。本試驗(yàn)中設(shè)計(jì)低階煤的粒度組成見(jiàn)表1。

表1 低階煤的粒度組成 %

在確定低階煤的最佳粒度組成后，保持配煤方案及其它煉焦工藝條件不變的前提下，采用配合粉碎的方式進(jìn)行煉焦試驗(yàn)，并對(duì)兩種備煤方式所得焦炭質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。

目前,眾多院校尤其是高職院校已經(jīng)非常重視校企之間的合作，開(kāi)展的合作形式可謂多種多樣，如邀請(qǐng)企業(yè)經(jīng)理參與課堂教學(xué)，組織學(xué)生去企業(yè)實(shí)習(xí)、實(shí)踐、觀摩、聽(tīng)企業(yè)經(jīng)理行業(yè)講座等,讓在校學(xué)生提早接觸企業(yè)，了解會(huì)展行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和要求。這不僅滿足了企業(yè)對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的要求，也滿足了企業(yè)所需要的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)要求。

2.2 破碎粒度對(duì)頂裝工藝所得焦炭質(zhì)量的影響

在頂裝配煤煉焦工藝條件下，考慮到低階煤可能配入量不會(huì)太大，低階煤粒度對(duì)焦炭質(zhì)量影響可能較小。因此，設(shè)計(jì)配煤方案中，低階煤配入量為15%，基礎(chǔ)煤占85%。不同粒度組成的低階煤(表1)與基礎(chǔ)煤配合煉焦，所得焦炭質(zhì)量見(jiàn)表2、表3。

表2 低階煤配煤煉焦粒度試驗(yàn)焦炭粒度(頂裝)

表3 低階煤配煤煉焦粒度試驗(yàn)焦炭基本性質(zhì)(頂裝)

對(duì)焦炭的冷、熱態(tài)強(qiáng)度與不同粒度的低階煤作圖。圖1是不同粒度的低階煤對(duì)焦炭冷強(qiáng)度的影響，圖2為不同粒度的低階煤對(duì)焦炭熱性質(zhì)的影響。

圖1 不同粒度的低階煤與焦炭機(jī)械強(qiáng)度關(guān)系

圖2 不同粒度的低階煤與焦炭熱性質(zhì)關(guān)系

由圖1可以看出，隨著低階煤粒度組成逐漸變細(xì)，并在低階煤粒度3 mm以下約85%時(shí)，焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度最佳；根據(jù)圖2知，隨著低階煤粒度組成逐漸變細(xì)，并在低階煤粒度3 mm以下約85%時(shí)焦炭熱性質(zhì)最好。綜合考慮焦炭的冷、熱態(tài)強(qiáng)度，可以認(rèn)為頂裝煉焦工藝下，低階煤粒度3 mm以下約85%時(shí)，焦炭質(zhì)量較好。因此，粒度過(guò)細(xì)的低階煤配煤煉焦所得焦炭質(zhì)量較差。

2.3 破碎粒度對(duì)搗固工藝所得焦炭質(zhì)量的影響

在搗固配煤煉焦工藝下，可以適當(dāng)多配入高揮發(fā)分的低階煤。因此，設(shè)計(jì)配煤方案時(shí)，低階煤配比為20%，基礎(chǔ)煤種占80%。同頂裝工藝一樣，基礎(chǔ)煤種粒度組成保持不變，只按表1數(shù)據(jù)改變低階煤粒度組成配合煉焦，得到的焦炭質(zhì)量見(jiàn)表4、表5。

表4 低階煤配煤煉焦粒度試驗(yàn)焦炭粒度(搗固)

表5 低階煤配煤煉焦粒度試驗(yàn)焦炭基本性質(zhì)(搗固)

對(duì)表中焦炭的冷、熱態(tài)強(qiáng)度與不同粒度的低階煤作圖。圖3是不同粒度的低階煤對(duì)焦炭冷強(qiáng)度的影響，圖4為不同低階煤粒度對(duì)焦炭熱強(qiáng)度的影響。

圖3 不同粒度的低階煤對(duì)機(jī)械強(qiáng)度影響

圖4 不同粒度的低階煤對(duì)熱強(qiáng)度影響

由圖3可知，焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度隨低階煤粒度組成的變細(xì)呈下降趨勢(shì)，觀察圖4，焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度在低階煤粒度3 mm以下約85%時(shí)最佳。綜合考慮，說(shuō)明在搗固工藝條件下，低階煤粒度3 mm以下適宜的配煤煉焦工藝粒度占比約為85%。

2.4 破碎方式對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

為研究何種備煤工藝更適合低階煤配煤煉焦，特設(shè)計(jì)如下試驗(yàn)。以粒度影響試驗(yàn)中確定的低階煤最佳粒度配煤方案為對(duì)比對(duì)象，保持該方案的配比不變，分別在搗固和頂裝兩種煉焦工藝下，進(jìn)行兩種備煤工藝下的煉焦試驗(yàn)，所得焦炭質(zhì)量見(jiàn)表6、表7。

表6 不同備煤工藝下焦炭粒度

表7 不同備煤工藝下焦炭基本性質(zhì)

從表6和表7中數(shù)據(jù)可以得到：在頂裝工藝下，兩種備煤工藝相比，分別粉碎所得焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度稍好，但差別不大；焦炭的CSR配合粉碎下為53.3%，而分別粉碎下為53.8%，兩者的差別在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)。綜合分析說(shuō)明，分別粉碎所得焦炭質(zhì)量稍好于配合粉碎所得焦炭質(zhì)量，但兩者差別不顯著。

在搗固工藝下，分別粉碎與配合粉碎相比，焦炭質(zhì)量稍好一些。綜合考慮，搗固工藝下，分別粉碎所得焦炭質(zhì)量稍好于配合粉碎所得焦炭質(zhì)量，但兩者差別亦不顯著。

綜上所述，可以認(rèn)為“分別粉碎”較“配合粉碎”時(shí)所得焦炭質(zhì)量稍好，說(shuō)明低階煤配煤煉焦，選擇何種備煤工藝，對(duì)焦炭質(zhì)量影響不大。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于對(duì)煤粉碎特性的分析，無(wú)論是入爐煤粒度的分布原則，還是不同煤種的適宜破碎粒度，均是為了保證入爐煤的黏結(jié)性最優(yōu)。

本文選用了6種不同粒度組成的低階煤進(jìn)行配煤煉焦試驗(yàn)，分別研究了配加低階煤在兩種不同備煤方式、兩種煉焦工藝下對(duì)焦炭質(zhì)量的影響。通過(guò)40 kg焦?fàn)t試驗(yàn)，無(wú)論是何種煉焦工藝，分別破碎所得焦炭的質(zhì)量都略優(yōu)于配合粉碎，但差距不明顯。無(wú)論是頂裝工藝還是搗固工藝，低階煤適宜的配煤煉焦工藝粒度為3 mm以下占比85%左右，所得焦炭的冷、熱態(tài)強(qiáng)度最佳，遵循了入爐煤的粒度分布細(xì)粒化和均勻化的原則。