燕 慧， 岳偉明， 李亮亮

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

引 言

隨著焦?fàn)t大型化及噴吹煤的大量使用，各大鋼廠對焦炭質(zhì)量的要求也越來越苛刻，需要更高的冷熱態(tài)強(qiáng)度、更低的反應(yīng)性、低灰、低硫和較低且穩(wěn)定的水分。面對焦炭市場競爭的日趨激烈及優(yōu)質(zhì)煉焦煤的日益短缺，如何根據(jù)現(xiàn)有的煤炭資源和生產(chǎn)設(shè)備來生產(chǎn)達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)要求的焦炭，并使焦炭生產(chǎn)成本最小，是整個(gè)焦化行業(yè)追求的目標(biāo)。

我國大部分焦化廠都采用先配煤后粉碎的生產(chǎn)工藝，該工藝流程簡單，投資小，但也存在粉碎不均、配煤準(zhǔn)確度差的缺點(diǎn)；為得到強(qiáng)度更好、產(chǎn)量更高的焦炭，各焦化廠應(yīng)尋找各自最適合的粉碎細(xì)度。目前，我公司控制配煤細(xì)度要求<3 mm的煤粉達(dá)到72%～75%，為了更好地了解配合煤細(xì)度對焦炭質(zhì)量、產(chǎn)量的影響，我公司進(jìn)行了一系列不同細(xì)度下配合煤的40 kg小焦?fàn)t結(jié)焦性試驗(yàn)，尋找配合煤細(xì)度與焦炭質(zhì)量、產(chǎn)量的關(guān)系。

1 試驗(yàn)條件及測定標(biāo)準(zhǔn)

小焦?fàn)t試驗(yàn)條件：實(shí)際裝煤量為44.44 kg(濕煤)，水分10%±0.5%，細(xì)度要求分別控制在(72%～82%)±0.5%，結(jié)焦時(shí)間17.5 h，裝煤溫度800 ℃，焦餅中心溫度控制在(1 000±50) ℃。

2 配煤試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)采用我公司使用的配煤比，在不同配合煤細(xì)度下進(jìn)行40 kg小焦?fàn)t結(jié)焦性試驗(yàn)。配煤方案見表1。

表1 40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)配煤方案

3 配合煤細(xì)度與堆密度的關(guān)系

為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，配煤采用自配方式來控制配合煤細(xì)度，即為先配合后粉碎，共進(jìn)行6次結(jié)焦性試驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)均為平行實(shí)驗(yàn)，這6次試驗(yàn)的理論配合煤細(xì)度依次為：72%、74%、76%、78%、80%、82%。實(shí)測細(xì)度及堆密度見表2，煤細(xì)度與堆密度關(guān)系見圖1。

表2 實(shí)測細(xì)度及堆密度

圖1 配合煤細(xì)度與堆密度關(guān)系圖

由表2及圖1可以看出，在裝煤量相同的情況下，配合煤堆密度是隨著細(xì)度的增加呈拋物線形式；當(dāng)細(xì)度在79.56%時(shí)，堆密度達(dá)到最大值0.928 t/m3，隨后，堆密度隨著細(xì)度的增加而降低。這是由于，前期，隨著細(xì)度的提高，煤料間的間隙減小，使煤粒間的接觸更加緊密，因而堆密度增加；而細(xì)度越細(xì)，煤粒越小，面與面磨擦越大，這樣顆粒相互不容易擠緊，此時(shí)堆密度反而會下降。

4 40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭質(zhì)量

40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭質(zhì)量情況見表3，焦炭各粒級篩分情況見表4。

表3 40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭質(zhì)量情況

表4 40 kg小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭各粒級篩分情況

4.1 配合煤細(xì)度與焦炭平均塊度的關(guān)系(見圖2)

焦炭平均塊度隨著配合煤細(xì)度的增加呈拋物線形式，在約77%時(shí)達(dá)最大值。

圖2 配合煤細(xì)度與焦炭塊度關(guān)系圖

4.2 配合煤細(xì)度與焦炭塊度均勻系數(shù)的關(guān)系(見圖3)

焦炭塊度均勻系數(shù)隨著配合煤細(xì)度的增加呈拋物線形式，在約77%時(shí)達(dá)最大值。為了提高焦炭的大塊率，因而配合煤細(xì)度也不易過高，經(jīng)測算6次試驗(yàn)焦炭的大塊率可知，細(xì)度為76%時(shí)，焦炭大塊率較好。

圖3 配合煤細(xì)度與焦炭均勻系數(shù)關(guān)系圖

4.3 配合煤細(xì)度與焦炭顯氣孔率的關(guān)系(見圖4)

焦炭顯氣孔率隨著配合煤細(xì)度的增加呈拋物線形式，在約77.5%時(shí)為最低值。

圖4 配合煤細(xì)度與顯氣孔率關(guān)系圖

4.4 配合煤細(xì)度與焦炭抗碎、耐磨強(qiáng)度的關(guān)系(見圖5、圖6)

隨著配合煤細(xì)度的增加，焦炭機(jī)械強(qiáng)度有所改善，抗碎強(qiáng)度M40提高，耐磨強(qiáng)度M10降低。這是由于，粉碎細(xì)度提高，煤粉的分散表面積增加，由于固體顆粒對液體的吸附作用使膠質(zhì)體黏度增加，膠質(zhì)體易于填滿空隙，不利于氣體的析出，形成結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的焦炭，煉焦過程中半焦收縮小，焦炭裂紋少，因而提高了焦炭的機(jī)械強(qiáng)度。

圖5 配合煤細(xì)度與抗碎強(qiáng)度關(guān)系圖

圖6 配合煤細(xì)度與耐磨強(qiáng)度關(guān)系圖

4.5 配合煤細(xì)度與焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系(見第85頁圖7)

隨著堆密度的增加，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度CSR也呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，至約78%時(shí)達(dá)最大值；堆密度增加，焦炭氣孔率降低，與二氧化碳反應(yīng)時(shí)的表面積減少，反應(yīng)速率減小，因而反應(yīng)后強(qiáng)度有所上升。

圖7 配合煤細(xì)度與反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系圖

5 結(jié)論

1) 在配合煤水分、裝煤量一定的情況下，堆密度是隨著配合煤細(xì)度的增加先增加而后降低；當(dāng)配合煤細(xì)度在79.56%時(shí)，堆密度達(dá)到最大值0.928 t/m3，之后開始下降；當(dāng)配合煤細(xì)度范圍在72.00%～79.56%時(shí)，細(xì)度每提高1%，堆密度提高約13 kg/m3，結(jié)合我公司6 m焦?fàn)t有效容積38.5 m3、成焦率76%、全年預(yù)計(jì)生產(chǎn)15.33萬爐測算，細(xì)度提高1%，單爐裝煤量大概增加500 kg，單爐焦炭產(chǎn)量可以增加380 kg，全年預(yù)計(jì)焦炭產(chǎn)量可以增加5.8萬t。因此，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上適當(dāng)提高配合煤的細(xì)度，可提高焦炭質(zhì)量、產(chǎn)量。

2) 隨著配合煤細(xì)度的增加，煤料間的間隙減小，使煤粒間的接觸更加緊密，不利于氣體的析出，從而形成了結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的焦炭，因而焦炭塊度均勻、致密，氣孔率低，反應(yīng)后強(qiáng)度有所提高，焦炭抗碎強(qiáng)度M40提高，耐磨強(qiáng)度M10降低；而粉碎細(xì)度過細(xì)，煤粒越小，面與面磨擦越大，這樣顆粒不容易相互擠緊，從而影響配合煤堆密度及焦炭強(qiáng)度。

3) 根據(jù)40 kg焦?fàn)t試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，配合煤細(xì)度控制在(77.0±1)%的范圍內(nèi)，焦炭質(zhì)量、產(chǎn)量較佳；在工業(yè)焦?fàn)t實(shí)際應(yīng)用時(shí)還應(yīng)充分考慮配合煤細(xì)度提高后對配煤、回收等系統(tǒng)的影響，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的配合煤細(xì)度。