單煤煉焦焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度影響因素研究探討

仇歡歡

(山西焦煤集團(tuán) 煤焦銷售有限公司， 山西 太原 030024)

近年來，隨著高爐趨于大型化、高爐噴吹量的增大以及高效節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)，焦炭在高爐煉鐵中的作用越來越重要，它不僅是高爐負(fù)荷的載體，也是煤氣上升和鐵水、爐渣下降必不可少的媒介，這不僅要求焦炭有較高的冷強(qiáng)度，還必須有較高的熱強(qiáng)度，而焦炭質(zhì)量主要依賴于煉焦用煤的質(zhì)量，其次是取決于備煤及煉焦工藝[1]. 40 kg小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)是了解煤的煉焦特性及其焦炭特性的比較便捷的一種試驗(yàn)方法，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度是判斷煉焦煤結(jié)焦性能及品質(zhì)高低的一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)[2-3]，分析掌握影響焦炭熱強(qiáng)性能的煉焦煤煤質(zhì)特性，對(duì)合理利用有限的煉焦煤資源，預(yù)測(cè)焦炭質(zhì)量都有非常重要的實(shí)際意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

該次實(shí)驗(yàn)的煉焦煤主要來自山西古交、靈石、孝義、臨汾地區(qū)，對(duì)50種單種煤進(jìn)行了40 kg小焦?fàn)t不搗固煉焦試驗(yàn)，并對(duì)煉焦煤及其焦炭進(jìn)行了相關(guān)檢測(cè)分析。檢測(cè)項(xiàng)目包括工業(yè)分析、全硫、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率及標(biāo)準(zhǔn)差、焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及檢測(cè)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及檢測(cè)方法見表1.

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)定方法對(duì)應(yīng)國標(biāo)表

3 結(jié)果及討論

3.1 揮發(fā)分與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系

揮發(fā)分與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系見圖1，由圖1可知，揮發(fā)分在20%～26%的煤樣煉焦后焦炭的反應(yīng)性最低，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR值達(dá)到最高，基本都在60%以上(具體數(shù)據(jù)見表2)，在此區(qū)間的煤均屬于焦煤或肥煤。揮發(fā)分大于26%時(shí)，隨著揮發(fā)分的升高，也就是煤化程度的降低，焦炭反應(yīng)性逐漸增大，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度下降明顯。因此，煉焦煤揮發(fā)分中等時(shí)，煉焦后焦炭熱強(qiáng)度最好，隨著揮發(fā)分的升高，煉焦后焦炭熱強(qiáng)度下降明顯。

圖1 揮發(fā)分與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系圖

表2 揮發(fā)分在20%～26%的煉焦煤指標(biāo)及其焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度表

3.2 鏡質(zhì)體平均最大反射率與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系

鏡質(zhì)體平均最大反射率與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系見圖2. 由圖2可知，隨著鏡質(zhì)體平均最大反射率的升高，即煤化程度的升高，焦炭反應(yīng)性逐漸降低，反應(yīng)后強(qiáng)度逐漸增高，且鏡質(zhì)體平均最大反射率在1.2%～1.5%時(shí)，焦炭反應(yīng)性達(dá)到最小，反應(yīng)后強(qiáng)度值達(dá)到最高。隨著鏡質(zhì)體平均最大反射率的增大，焦炭反應(yīng)性有增大趨勢(shì)，反應(yīng)后強(qiáng)度有減小趨勢(shì)。

揮發(fā)分與鏡質(zhì)體平均最大反射率均屬于反映煤化程度的指標(biāo)，焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度隨著煤階的由低到高呈現(xiàn)出了同樣的變化規(guī)律。因此，煤化程度是對(duì)焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度影響較大的因素之一，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律。

3.3 黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系

黏結(jié)指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系見圖3. 由圖3可知，黏結(jié)指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系緊密，特征明顯，反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強(qiáng)度較高區(qū)域所對(duì)應(yīng)的黏結(jié)指數(shù)值大部分在80以上。

膠質(zhì)層最大厚度與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系見圖4. 由圖4可知，膠質(zhì)層最大厚度與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度沒有明顯的規(guī)律性關(guān)系，但可以發(fā)現(xiàn)焦炭反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強(qiáng)度較高時(shí)，膠質(zhì)層最大厚度值主要集中在15～22 mm(具體數(shù)據(jù)見表2).

圖4 煤的膠質(zhì)層指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系圖

3.4 影響焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度其它因素分析

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率值都很相近的兩個(gè)煤樣，其焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度值卻差別較大，具體數(shù)據(jù)見表3，表4.

表3 a、b兩種煤樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

表4 c、d兩種煤樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

根據(jù)國家煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)，表3中a、b兩種煤均屬于25號(hào)焦煤，其揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)、鏡質(zhì)體平均最大反射率數(shù)值相差很小，但其焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度卻相差約14%. 表4中c、d兩種煤均屬于15號(hào)焦煤，煤質(zhì)基本指標(biāo)相差很小，但其焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度卻相差30%以上。

因此，在判斷煉焦煤煉焦后的焦炭熱強(qiáng)度時(shí)單獨(dú)依靠揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率這些表象的煤質(zhì)指標(biāo)是不可靠的，除了通?？紤]的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)外，還應(yīng)該結(jié)合煤的混煤情況、堿金屬含量、成因因素(包括煤巖組成、成煤經(jīng)歷等)、元素組成(比如氧元素的含量)等進(jìn)行綜合判斷。比如煤巖組成中的惰質(zhì)組雖然沒有黏結(jié)性，但其在結(jié)焦過程中起骨架作用，是必不可少的部分，因此煤巖組分的含量、質(zhì)量或比例不理想可能是造成上述焦炭熱強(qiáng)度差距較大的原因之一，這需要通過煤巖組分檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析確定。

4 結(jié) 論

1) 揮發(fā)分、鏡質(zhì)體平均最大反射率是反映煤化程度的指標(biāo)，煤化程度是對(duì)焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度影響較大的因素之一，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律，揮發(fā)分在20%～26%，鏡質(zhì)體平均最大反射率在1.2%～1.5%時(shí)，煉焦后焦炭反應(yīng)性最低，反應(yīng)后強(qiáng)度達(dá)到最高。

2) 黏結(jié)指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度關(guān)系緊密，特征明顯，反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強(qiáng)度較高區(qū)域所對(duì)應(yīng)的黏結(jié)指數(shù)值大部分在80以上。

3) 膠質(zhì)層指數(shù)與焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系沒有明顯的規(guī)律，但反應(yīng)性較低，反應(yīng)后強(qiáng)度較高時(shí)，膠質(zhì)層最大厚度值主要集中在15～22 mm.

4) 在判斷煉焦煤煉焦后的焦炭熱強(qiáng)度時(shí)單獨(dú)依靠揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、鏡質(zhì)體平均最大反射率這些表象的煤質(zhì)指標(biāo)是不可靠的，除了通?？紤]的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)外，還應(yīng)該結(jié)合煤的混煤情況、堿金屬含量、成因因素(包括煤巖組成、成煤經(jīng)歷等)、元素組成(比如氧元素的含量)等進(jìn)行綜合判斷。