不同配比弱黏結(jié)性煤參與配煤煉焦的研究

曹 志，徐 靖，馬文娜，張小勇

(安徽工業(yè)大學(xué)a.煤潔凈轉(zhuǎn)化與高值化利用安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

中國(guó)煤炭資源豐富，涵蓋了從褐炭到無(wú)煙煤等各種煤化程度由低至高的煤類[1]。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煉焦煤資源沒(méi)能得到充分有效利用。煉焦煤是不可再生的資源，也是我國(guó)主要的能源資源，合理開(kāi)采對(duì)促進(jìn)能源利用及經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大促進(jìn)作用。變質(zhì)程度低的煤炭資源如長(zhǎng)焰煤、不黏煤和弱黏煤及變質(zhì)程度高的貧煤和無(wú)煙煤一般不作煉焦用煤，統(tǒng)稱非煉焦煤[2]。相比于煉焦煤，非煉焦煤在一定條件單獨(dú)煉焦時(shí)，黏結(jié)性極差，會(huì)出現(xiàn)不軟化、不熔融及形成的膠質(zhì)層厚度較薄等問(wèn)題[3]，導(dǎo)致無(wú)法形成質(zhì)量較好或塊狀的焦炭；非煉焦煤高灰低質(zhì)、占比大[4]、分布地域廣闊、價(jià)格低廉，有的煤種也有低灰分、低硫分等優(yōu)點(diǎn)[5]。

弱黏結(jié)性煤指黏結(jié)性能低的煤種，其黏結(jié)指數(shù)G偏低，惰性組分含量較高，包括低變質(zhì)程度的氣煤、類氣煤及高變質(zhì)程度的瘦煤、貧瘦煤等[6]。其中：氣煤、類氣煤主要指黏結(jié)指數(shù)低、變質(zhì)程度低的煉焦煤，按GB 5751—1986《中國(guó)煤炭分類》，G在50～65 以上、揮發(fā)分Vdaf質(zhì)量分?jǐn)?shù)在28%～37%及37%以上；瘦煤、貧瘦煤主要質(zhì)量特征為黏結(jié)指數(shù)低、變質(zhì)程度高于煉焦煤，按GB 5751—1986《中國(guó)煤炭分類》，G在5～20 及20～50 范圍、揮發(fā)分Vdaf質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～20%。弱黏結(jié)性煤資源豐富、價(jià)格低廉，如果能在滿足高爐用焦質(zhì)量的前提下，增加弱黏結(jié)性煤的配入量對(duì)降低焦炭的灰分硫分，擴(kuò)大煉焦煤源具有重要意義；如果能辨析其在煉焦過(guò)程的結(jié)焦行為，消除其對(duì)焦炭質(zhì)量的負(fù)面影響，提高配用量，不但有利于在提高焦炭質(zhì)量的前提下降低配煤成本，而且能擴(kuò)大資源適用范圍、節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煉焦煤資源的優(yōu)化利用。

國(guó)內(nèi)配煤煉焦應(yīng)用的非煉焦煤主要有無(wú)煙煤、弱黏煤和長(zhǎng)焰煤。無(wú)煙煤因資源豐富而應(yīng)用較多[7]，將其作為瘦化劑適當(dāng)配入，當(dāng)原料煤黏結(jié)性較好時(shí)可改善焦炭的塊度和強(qiáng)度[8]。長(zhǎng)焰煤屬于低煤階煤，顯微組分沒(méi)有黏結(jié)性，對(duì)強(qiáng)黏煤降黏作用強(qiáng)，但不呈線性規(guī)律[9]，配煤煉焦中可少量配入。近年，國(guó)內(nèi)學(xué)者嘗試將焦化副產(chǎn)物及非煤成分應(yīng)用于配煤煉焦中，周立軍等[10]通過(guò)坩堝焦試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焦粉配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在5%內(nèi)，但還需添加高黏結(jié)性物質(zhì)才能煉制出合格的焦炭；喬卉瑩[11]發(fā)現(xiàn)廢橡膠與配煤質(zhì)量比為1∶100時(shí)，可使煤樣的黏結(jié)指數(shù)增加31.5%；葉有貴等[12]依據(jù)弱黏結(jié)性煤配煤煉焦實(shí)際，對(duì)David Merrick關(guān)于界面結(jié)合強(qiáng)度計(jì)算式進(jìn)行優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的David Merrick計(jì)算式，可對(duì)研究弱黏結(jié)性煤與煙煤間的配伍性提供技術(shù)支持。上述表明，前人在配煤煉焦中不斷探索增加非煉焦煤的配入量，且取得一定研究成果。文中在此基礎(chǔ)上，分析長(zhǎng)焰煤與瘦煤按照不同含量配入焦煤、肥煤后對(duì)成焦影響的機(jī)理，以期為配煤煉焦中配入合適比例的弱黏結(jié)性煤提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)原料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

弱黏結(jié)性煤為長(zhǎng)焰煤和瘦煤，強(qiáng)黏煤為焦煤和肥煤。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 坩堝焦實(shí)驗(yàn)

取不同篩分煤樣的焦煤和肥煤各100 g，分別向其中單獨(dú)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，4%，5%的長(zhǎng)焰煤和3%，5%，7%的瘦煤，然后放入剛玉坩堝內(nèi)于井式爐內(nèi)加熱煉焦。在室溫下以4 ℃/min升至950 ℃，在950 ℃維溫0.5 h后取出剛玉坩堝，待溫度自然冷卻至常溫取出焦炭。

1.2.2 性能測(cè)試表征

工業(yè)分析 按照GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》測(cè)定焦煤、肥煤、長(zhǎng)焰煤和瘦煤4 種煤樣的水分Mad、灰分Ad、揮發(fā)分Vdaf。

元素分析 采用德國(guó)Vario ELIII 元素分析儀測(cè)定各煤樣中碳、氫、氧、氮、硫元素的含量，氧元素含量由差減法得出。

顯微組分 按照GB/T 8899—2013規(guī)定的步驟，使用HD型顯微光盤(pán)儀測(cè)定各煤樣的顯微組分。

熱重分析 稱取粒徑小于0.2 mm 的單種煤樣2.500 0 g，在氮?dú)夥諊鷹l件下采用熱重儀對(duì)其進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，室溫下以10 ℃/min的升溫速率升至1 000 ℃。

紅外光譜分析 取真空干燥試樣與KBr壓片，插入傅立葉紅外光譜儀(美國(guó)尼高力Nicolet 6700 FTIR)掃描分析4種煤樣的紅外光譜。

工藝性質(zhì) 按照GB/T 5447—2014《煙煤黏結(jié)指數(shù)測(cè)定方法》測(cè)定煤樣的黏結(jié)指數(shù)，按照GB/T 5450—2014《煙煤奧阿膨脹計(jì)試驗(yàn)》測(cè)定煤樣的奧阿膨脹度，按照GB/T 479—2000《煙煤膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定方法》測(cè)定煤樣的膠質(zhì)層最大厚度。

反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度 稱取粒徑為3～6 mm 的坩堝焦試樣20 g 放入剛玉管，氮?dú)夥諊聦⑵渖郎氐? 100 ℃，通CO2，流量0.5 L/min，設(shè)反應(yīng)時(shí)間為2 h。將反應(yīng)后失去的質(zhì)量占原焦樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為粒焦反應(yīng)性指標(biāo)(particle reactivity index，PRI)。取反應(yīng)后粒徑大于1 mm 的焦樣與鋼球碰撞轉(zhuǎn)股后，將1 mm 篩上物的質(zhì)量占入鼓焦炭質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為粒焦反應(yīng)后強(qiáng)度(particle strength after reaction，PSR)指標(biāo)。

顯微強(qiáng)度 稱取2 g 粒徑0.61～2.50 mm 的坩堝焦試樣與鋼珠轉(zhuǎn)鼓32 min 后，將粒徑＞0.21 mm 的試樣占轉(zhuǎn)鼓前焦炭試樣的百分比作為顯微強(qiáng)度指標(biāo)(microstrength index，MSI)。

光學(xué)組織 按照YB/T007—2017 規(guī)定的步驟制作焦炭的粉焦光片試樣，采用HD 型顯微光度計(jì)測(cè)定試樣的光學(xué)組織，測(cè)定的有效點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于400個(gè)，測(cè)定結(jié)束系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)焦炭光學(xué)組織各組分占有效點(diǎn)數(shù)的百分比及各向異性程度(焦炭光學(xué)組織指數(shù)，OTI)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單種煤的性質(zhì)

2.1.1 基礎(chǔ)性質(zhì)

4種煤樣的工業(yè)分析和元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單種煤樣的工業(yè)分析和元素分析Tab.1 Proximate analysis and ultimate analysis of single coal sample

從表1 可看出：焦煤水分Mad含量低、質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅0.08%，揮發(fā)分Vdaf較肥煤與長(zhǎng)焰煤煤低、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.51%；長(zhǎng)焰煤Mad高于其他煤樣、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.48%，灰分Ad低于其他煤樣、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.26%，硫元素St,d低于其他煤樣、質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅0.32%，屬于極低硫分煤。在焦煤與肥煤中配入長(zhǎng)焰煤，會(huì)降低所煉焦炭的灰分與含硫量，起到降灰降硫的作用，但長(zhǎng)焰煤揮發(fā)分較高，故應(yīng)適量配入。瘦煤是高變質(zhì)、低揮發(fā)分、低硫分的煙煤，Vdaf(質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.95%)低于其他3 種煤樣，灰分含量適中。配煤煉焦時(shí)，配入一定比例瘦煤能起到瘦化作用[13]，可降低配合煤的揮發(fā)分與硫含量，減小收縮度，利于提高焦炭塊度[14]。煤樣隨變質(zhì)程度的加深，C 含量增加、H與O含量逐漸降低、N含量變化不大，而S含量主要受地質(zhì)環(huán)境和條件的影響。瘦煤屬于高變質(zhì)程度弱黏結(jié)性煤，是4 種煤樣中變質(zhì)程度最高的煤，C 含量最高，O 與H 含量最低；長(zhǎng)焰煤屬于低變質(zhì)煤，O含量最高。

2.1.2 顯微組分

4種煤樣的顯微組分測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可看出，4種煤樣鏡質(zhì)組含量差距最大，占比在60.3%～78.4%之間。長(zhǎng)焰煤鏡質(zhì)組占比60.3%，低于其他3 種煤；惰質(zhì)組含量最高，大部分屬于絲質(zhì)體、少量屬于半絲質(zhì)體；殼質(zhì)組占比0.4%，高于其他3 種煤樣，含大量小孢子體和少量大孢子體，且都屬于易揮發(fā)成分。焦煤和瘦煤變質(zhì)程度高，鏡質(zhì)組含量較高、殼質(zhì)組含量均為0，這是因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，殼質(zhì)組在成煤過(guò)程完全分解。

表2 單種煤樣的顯微組分Tab.2 Macerals of single coal sample

2.1.3 熱解特性

4種煤樣的熱重(thermogravimetry,TG)與差熱(derivative thermogravimetry,DTG)曲線如圖1。

圖1 單種煤樣的熱解TG與DTG曲線Fig.1 TG and DTG curves of single coal sample

由圖1(a)可看出：350 ℃之前，除長(zhǎng)焰煤失重較大外，其他單種煤失重較小，此階段主要脫除煤樣中的H2O 及少量的CH4等氣體；350～650 ℃是主熱解溫度區(qū)間，4 種煤樣失重率均較大，肥煤失重率最大、長(zhǎng)焰煤和焦煤居中、瘦煤最小。這主要由于瘦煤揮發(fā)分含量遠(yuǎn)低于其他3種煤樣，而該溫度區(qū)間的失重主要是由于煤種大量揮發(fā)分生成與排出所致。由圖1(b)可看出：長(zhǎng)焰煤、焦煤與肥煤、瘦煤分別在553，590，621 ℃時(shí)失重速率最大；650 ℃后，焦煤、肥煤、瘦煤失重速率趨于平緩，長(zhǎng)焰煤失重速率仍較大。瘦煤分子間結(jié)構(gòu)緊密、芳香碳網(wǎng)較大，熱解時(shí)結(jié)構(gòu)不易破壞，需更高溫度才能破壞其物理結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致達(dá)到最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度較高。

綜合可看出：瘦煤最大的失重速率最低、熱解溫度區(qū)間分散，肥煤最大的失重速率最大、熱解溫度集中；變質(zhì)程度越高的煤樣失重率越小。溫度、壓力、時(shí)間及其相互作用的持續(xù)時(shí)間是煤樣變質(zhì)的主要因素，作用持續(xù)時(shí)間短的煤樣如長(zhǎng)焰煤，其芳香環(huán)縮合程度小、所含烷烴側(cè)鏈以及含氧官能團(tuán)較多[15]、分子排列規(guī)則化程度低、含碳量低，當(dāng)煤樣在加熱過(guò)程中，比表面積較大，更易加熱分解，因此其失重率較大。

2.1.4 紅外光譜

長(zhǎng)焰煤與瘦煤的紅外光譜如圖2。由圖2 可看出：長(zhǎng)焰煤與瘦煤在3 420 cm-1處有較強(qiáng)的吸收峰，為氫鍵締合狀態(tài)的羥基—OH 吸收峰，是所有峰中最寬最強(qiáng)的吸收峰；在2 923，2 850，720 cm-1處，兩弱黏結(jié)性煤均出現(xiàn)明顯的吸收峰，為亞甲基的反對(duì)稱、對(duì)稱、長(zhǎng)鏈CH2的伸縮振動(dòng)；在1 630 cm-1處為苯環(huán)的伸縮振動(dòng)，瘦煤吸收峰明顯，峰的強(qiáng)度一定程度說(shuō)明瘦煤所含的芳環(huán)結(jié)構(gòu)豐富；瘦煤與長(zhǎng)焰煤在1 450，1 380 cm-1處均出現(xiàn)吸收峰，分別為脂肪烴與環(huán)烷烴上氫的吸收峰。

圖2 長(zhǎng)焰煤與瘦煤的紅外光譜Fig.2 Infrared spectra of long flame coal and lean coal

2.2 配入弱黏結(jié)性煤后配合煤的工藝性質(zhì)

2.2.1 黏結(jié)指數(shù)

配入不同比例弱黏結(jié)性煤后配合煤樣黏結(jié)指數(shù)G的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3(a)可看出：在煉焦煤中配入較小比例的長(zhǎng)焰煤，焦煤黏結(jié)指數(shù)G降幅較小，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%內(nèi)時(shí)，焦煤G從84 降至77、肥煤G從84 降至80；質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)5%時(shí)，G才有明顯下降，質(zhì)量分?jǐn)?shù)從4%增至5%時(shí)，焦煤G從77降至71、肥煤G從80降至76，降幅較大。從圖3(b)可看出，在煉焦煤中添加瘦煤后G有所下降，隨瘦煤配入含量的增加，G在76上下波動(dòng)。

圖3 配入不同比例弱黏結(jié)性煤后焦煤與肥煤的黏結(jié)指數(shù)Fig.3 Caking index of coking coal and fat coal after adding different proportions of weak caking coal

2.2.2 奧阿膨脹度

配入長(zhǎng)焰煤與瘦煤后配合煤樣的奧阿膨脹度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。從表3 可看出：肥煤的總膨脹度(a+b)最大，為168.1%，焦煤的總膨脹度(a+b)為51.4%；在焦煤中配入長(zhǎng)焰煤，總膨脹度緩慢下降，質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5%時(shí)，已無(wú)最大膨脹度b，此時(shí)長(zhǎng)焰煤的配入嚴(yán)重破壞焦煤加熱時(shí)形成的膠質(zhì)體形態(tài)；在焦煤中配入瘦煤，總膨脹度降幅較?。皇菝簩?duì)肥煤總膨脹度的影響較大，總膨脹度降幅大，配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的瘦煤，肥煤總膨脹度從168.1%降到56.1%，降幅達(dá)67%，隨配入含量的增加，總膨脹度進(jìn)一步下降。

表3 配入長(zhǎng)焰煤、瘦煤后配合煤的奧阿膨脹度 單位：%Tab.3 Audibert-Arnu dilatation of mixed coal after adding long flame coal and lean coalUnit:%

2.2.3 膠質(zhì)層指數(shù)

配入長(zhǎng)焰煤、瘦煤后配合煤樣的膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 配入長(zhǎng)焰煤、瘦煤后配合煤的膠質(zhì)層指數(shù)Tab.4 Colloidal layer index of mixed coal after adding long flame coal and lean coal

由表4 可看出：配入長(zhǎng)焰煤后，焦煤與肥煤的膠質(zhì)層最大厚度Y均小幅增加，這是由于長(zhǎng)焰煤塊度較大，膠質(zhì)層煤樣需全部通過(guò)1.5 mm 圓孔篩，長(zhǎng)焰煤的粗顆粒較多，加熱過(guò)程中揮發(fā)分?jǐn)U散的阻力大、逸出速度慢，膠質(zhì)體變厚，Y增加；隨長(zhǎng)焰煤的配入，焦煤與肥煤的膠質(zhì)層最大收縮度X呈先降再升趨勢(shì)，配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%長(zhǎng)焰煤后的焦煤膠質(zhì)層體積曲線呈微波型，隨配入含量增加，體積曲線變成之型，這是由于長(zhǎng)焰煤含量增加，配合煤樣揮發(fā)分增加、透氣性好、積聚的煤氣能很快從半焦裂縫中逸出所致；配入瘦煤后，煉焦煤的膠質(zhì)層最大厚度Y在小幅度范圍內(nèi)波動(dòng)，收縮度X呈下降總趨勢(shì)，膠質(zhì)層最大厚度可反映煤樣加熱時(shí)產(chǎn)生膠質(zhì)體的數(shù)量，由此表明配入瘦煤對(duì)煉焦煤膠質(zhì)體的數(shù)量影響不大，但最終會(huì)使膠質(zhì)層最大收縮度X降低。

2.3 配入弱黏結(jié)性煤后配合煤坩堝焦的性質(zhì)

2.3.1 坩堝焦熱性質(zhì)

配入不同含量長(zhǎng)焰煤、瘦煤后焦煤與肥煤的坩堝焦熱性質(zhì)見(jiàn)圖4，5。

圖4 配入長(zhǎng)焰煤后焦煤、肥煤坩堝焦的熱性質(zhì)Fig.4 Thermal properties of crucible coke of coking coal and fat coal after adding long flame coal

由圖4(a)可看出：隨長(zhǎng)焰煤配入含量增加，焦煤與肥煤所煉坩堝焦質(zhì)量逐漸下降，粒焦反應(yīng)性PRI有增加趨勢(shì)，反應(yīng)后強(qiáng)度PSR 逐漸降低；配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%以內(nèi)時(shí)，焦煤所煉坩堝焦PRI 升幅較小，PRI 增加了4.59%，PSR 降低了8.23%，焦炭熱性質(zhì)劣化程度??；配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5%時(shí)，PRI 從43.98%增至52.45%，增幅較大，PSR 從32.86%降至6.01%，降幅較大，焦炭質(zhì)量下降迅速。由圖4(b)可看出，在肥煤中配入長(zhǎng)焰煤也出現(xiàn)了相似規(guī)律，配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5%時(shí)，肥煤PRI增幅較大、PSR降幅較大，焦炭質(zhì)量下降迅速。由圖5可看出：隨著瘦煤配入含量的增加，焦肥煤所煉坩堝焦質(zhì)量波動(dòng)較大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，焦炭質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)異，坩堝焦的反應(yīng)性最低、反應(yīng)后強(qiáng)度最高；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，焦炭質(zhì)量稍有下降；質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至7%時(shí)，焦炭質(zhì)量指標(biāo)得到小幅改善。

圖5 配入瘦煤后焦煤、肥煤坩堝焦的熱性質(zhì)Fig.5 Thermal properties of crucible coke of coking coal and fat coal after adding lean coal

2.3.2 坩堝焦顯微強(qiáng)度

配入長(zhǎng)焰煤、瘦煤后坩堝焦的顯微強(qiáng)度(MSI)見(jiàn)圖6。

圖6 配入長(zhǎng)焰煤、瘦煤后焦煤、肥煤坩堝焦的顯微強(qiáng)度Fig.6 Micro strength of crucible coke of coking coal and fat coal after adding long flame coal and lean coal

由圖6(a)可看出：焦煤、肥煤?jiǎn)为?dú)所煉坩堝焦的MSI分別為62.22%和52.23%，配入長(zhǎng)焰煤后，焦煤、肥煤所煉坩堝焦的MSI 均出現(xiàn)不同程度的下降，焦煤中配入長(zhǎng)焰煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，4%，5%時(shí)，MSI 分別降至57.12%，54.34%，45.23%，降幅逐漸增大；在肥煤中配入長(zhǎng)焰煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，4%，5%時(shí)，MSI 分別降至50.41%，25.78%，26.97%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)MSI 降幅最大，達(dá)26.45%，說(shuō)明此時(shí)長(zhǎng)焰煤的配入使肥煤所煉焦炭氣孔壁的厚度減小，在經(jīng)歷碳素溶損反應(yīng)后，其抗粉碎能力大大減弱。由圖6(b)可看出，在焦煤和肥煤中配入瘦煤對(duì)焦炭MSI的影響小，配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3%增至7%時(shí)，MSI降幅較小。

2.3.3 坩堝焦光學(xué)組織

在煉焦煤中配入長(zhǎng)焰煤所煉焦炭的光學(xué)組織測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可看出：長(zhǎng)焰煤的配入對(duì)OTI的劣化主要表現(xiàn)在絲質(zhì)、破片與各向同性的增加；單種焦煤、肥煤所煉焦炭的OTI分別為169.4，148.4，在焦煤與肥配入長(zhǎng)焰煤后，所煉焦炭的OTI 均下降。焦煤中配入長(zhǎng)焰煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至3%與4%時(shí)，OTI 分別從169.4 降至152.5，137.7，降幅分別為10.0%，18.7%，降幅較?。慌淙胭|(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5%時(shí)，OTI 從137.7 降至99.6，降幅達(dá)27.6%，降幅較大。肥煤中配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的長(zhǎng)焰煤，所煉焦炭的OTI降幅僅5.2%；配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%時(shí)，OTI小幅升高；配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5.0%時(shí)，OTI降幅達(dá)21.0%，OTI降幅隨長(zhǎng)焰煤配入含量的增加而增大。

表5 配入不同比例長(zhǎng)焰煤所煉焦炭的光學(xué)組織Tab.5 Optical structure of coke mixed with different proportions of long flame coal

由表2 可知，長(zhǎng)焰煤煤巖成分惰性組分占比達(dá)39.3%，高于焦煤和肥煤的惰性組分，在成焦過(guò)程中，煤樣中的惰性組分轉(zhuǎn)化成焦炭光學(xué)組織中的絲質(zhì)與破片，造成OTI的迅速下降。長(zhǎng)焰煤變質(zhì)程度低、揮發(fā)分含量高、黏結(jié)性差，其所煉焦炭的各向同性組織含量較多，且隨著煤的變質(zhì)程度提高，各向同性組織含量減少，各向異性組織含量變化則與之相反。在煉焦煤中配入瘦煤所煉焦炭的光學(xué)組織測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 配入不同比例瘦煤所煉焦炭的光學(xué)組織Tab.6 Optical structure of coke mixed with different proportions of lean coal

由表6可看出：瘦煤的配入對(duì)OTI指標(biāo)劣化主要表現(xiàn)在焦炭細(xì)粒鑲嵌組織的增多；在焦煤與肥煤中配入瘦煤，OTI 值均出現(xiàn)小幅下降。焦煤中配入瘦煤，質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至3%，5%，7%時(shí)，OTI 分別下降3.0%，10.2%，13.4%，降幅度?。环拭褐信淙胧菝?，配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至7%時(shí)，OTI 僅下降8.7%。結(jié)合瘦煤各種黏結(jié)性指標(biāo)分析可知，這主要是由于瘦煤變質(zhì)程度高，在成焦過(guò)程中其形成中間相的尺寸小，各向同性碳產(chǎn)生得多。

3 結(jié)論

1)長(zhǎng)焰煤灰分低、硫分低、水分較高，配合煤中配入長(zhǎng)焰煤會(huì)降低所煉焦炭的灰分與含硫量，起到降灰降硫的作用，但長(zhǎng)焰煤揮發(fā)分較高，應(yīng)適量配入。瘦煤熱解失重率最小、焦煤與肥煤居中、長(zhǎng)焰煤最大，這與他們的揮發(fā)分高低規(guī)律吻合。

2)瘦煤與長(zhǎng)焰煤在波數(shù)為2 923，2 850，720 cm-1處均出現(xiàn)明顯的吸收峰，分別為亞甲基的反對(duì)稱、對(duì)稱、長(zhǎng)鏈CH2的伸縮振動(dòng)；瘦煤在1 630 cm-1處(苯環(huán)的伸縮振動(dòng))的吸收峰明顯，芳環(huán)結(jié)構(gòu)豐富。

3)長(zhǎng)焰煤配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%以內(nèi)時(shí)，焦煤、肥煤黏結(jié)性和結(jié)焦性指標(biāo)變化不大；質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5%時(shí)，黏結(jié)指數(shù)G、奧阿膨脹度b、總膨脹度(a+b)及膠質(zhì)層最大厚度Y等指標(biāo)劣化嚴(yán)重。瘦煤配入對(duì)焦煤、肥煤產(chǎn)生膠質(zhì)體的數(shù)量影響不大，但最終會(huì)使膠質(zhì)層最大收縮度X降低；瘦煤配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在7%以內(nèi)時(shí)，配合煤工藝性質(zhì)指標(biāo)仍表現(xiàn)優(yōu)異。

4)長(zhǎng)焰煤配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%以內(nèi)時(shí)，所煉坩堝焦熱性質(zhì)與顯微強(qiáng)度稍有下降；配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至5%時(shí)，坩堝焦各質(zhì)量指標(biāo)迅速劣化。瘦煤配入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7%以內(nèi)時(shí)，所煉坩堝焦質(zhì)量指標(biāo)在一定范圍內(nèi)小幅波動(dòng)。長(zhǎng)焰煤的配入對(duì)坩堝焦OTI的劣化主要表現(xiàn)在焦炭絲質(zhì)、破片與各向同性的增加，瘦煤的配入對(duì)坩堝焦OTI的劣化主要表現(xiàn)在焦炭細(xì)粒鑲嵌組織的增多。