搗固煉焦對焦炭質(zhì)量的影響研究

王曉飛

（山西焦煤五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 汾陽 032200）

引言

煤炭為我國當(dāng)前應(yīng)用的主要能源，其在未來很長時間內(nèi)依然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。對煤炭進(jìn)行焦化處理后應(yīng)用可提升煤炭性能，并適用于煉鋼等行業(yè)。所謂煉焦指的是將煤炭在隔絕空氣的環(huán)境將其加熱至1 000 ℃左右，最終得到相應(yīng)的高溫焦炭、煤氣以及其他化學(xué)產(chǎn)品等。但是，在實際的煉焦過程中可采用常規(guī)和搗固煉焦工藝。目前，我國針對搗固煉焦的研究尚淺，并不了解其與常規(guī)煉焦工藝之間關(guān)系，不明確搗固煉焦工藝是否能夠改善焦炭質(zhì)量且對應(yīng)的改善幅度為多大[1]。因此，本文重點對常規(guī)煉焦和搗固煉焦進(jìn)行對比研究。

1 實驗方案

本文將采用實驗的方式對常規(guī)煉焦和搗固煉焦的情況進(jìn)行對比研究，重點對實驗方案和相關(guān)實驗和分析方法進(jìn)行設(shè)計。

1.1 實驗方案設(shè)計

對于搗固煉焦工藝而言，從理論上將其提升或改善焦炭質(zhì)量的主要舉措為通過增加入爐煤的堆積密度實現(xiàn)其功能。因此，本文首先對不同堆積密度下基于搗固煉焦工藝所得焦炭的質(zhì)量進(jìn)行對比，得出搗固煉焦工藝下最佳的堆積密度；其次，在上述研究成果的基礎(chǔ)上重點對搗固煉焦和常規(guī)煉焦工藝所得焦炭質(zhì)量進(jìn)行對比，從而得出搗固煉焦和常規(guī)煉焦工藝之間在焦炭質(zhì)量方面的區(qū)別。

1.2 實驗方法

實驗方法包括有相關(guān)待實驗煤樣的制備和煉焦實驗方法。其中，針對煤樣的制備包括有單種煤樣的制備和生產(chǎn)配合煤的制備。

單種煤樣的制備：選取單種煤樣分別通過3 mm的方孔篩、顎式破碎機(jī)、10 mm 的圓孔篩等設(shè)備將煤樣的粒度控制在10 mm 一下，而且保證細(xì)度大于90%；制備后混合均勻并測定其水分后密封備用。

生產(chǎn)配煤的制備：通過3 mm 的方孔篩、顎式破碎機(jī)、10 mm 的圓孔篩等設(shè)備保證配煤可全部通過10 mm 的圓孔篩，且保證細(xì)度大于90%；制備后混合均勻并測定其水分后密封備用。

本次煉焦試驗在專業(yè)的焦?fàn)t上進(jìn)行，在實際煉焦過程中的溫度控制階段，如表1 所示。

表1 煉焦溫度控制階段及時間要求

1.3 分析方法設(shè)計

本次實驗的分析方法包括對煤質(zhì)、焦炭質(zhì)量以及焦炭氣孔、比表面積等參數(shù)的測定。針對煤質(zhì)分析主要參照《煤的工業(yè)分析方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其催化指數(shù)進(jìn)行測定；針對焦炭質(zhì)量主要參照《焦炭工業(yè)分析測定方法》等標(biāo)準(zhǔn)對焦炭的水分、揮發(fā)分、灰分、硫分、冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度、熱態(tài)強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行測定；針對焦炭氣孔、比表面等參數(shù)采用美國進(jìn)口的專用儀器進(jìn)行測定[2]。

2 搗固煉焦與常規(guī)煉焦的技術(shù)對比

基于對不同堆積密度對焦炭質(zhì)量和結(jié)構(gòu)影響的實驗研究，得出當(dāng)堆積密度為1.0 t/m3～1.2 t/m3時所得焦炭的耐磨性能和抗碎強(qiáng)度為最佳，對應(yīng)的焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后的強(qiáng)度為最佳。因此，針對搗固煉焦實驗將其堆積密度設(shè)定為1.1 t/m3。

2.1 搗固煉焦與常規(guī)煉焦對比

結(jié)合我國當(dāng)前焦?fàn)t大型化的發(fā)展趨勢，其對應(yīng)的堆積密度與搗固煉焦工藝存在一定的差異。本次試驗對于常規(guī)煉焦將其堆積密度設(shè)定為0.8 t/m3。

2.1.1 不同煉焦方式對焦炭耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度的影響

通過實驗對不同煉焦方式對應(yīng)所得焦炭的耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度的平均值進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表2所示。

表2 煉焦方式對焦炭耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度的影響

如表2 所示，搗固煉焦所得焦炭的平均耐磨強(qiáng)度較常規(guī)煉焦降低1.76%；搗固煉焦所得焦炭的平均抗碎強(qiáng)度較常規(guī)煉焦增加0.73%。

2.2.2 不同煉焦方式對焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的影響

通過實驗對不同煉焦方式對應(yīng)所得焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的平均值進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表3所示。

表3 煉焦方式對焦炭耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度的影響

如表3 所示，搗固煉焦所得焦炭的平均反應(yīng)性較常規(guī)煉焦降低1.78%；搗固煉焦所得焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度較常規(guī)煉焦增加5.49%。

2.2 搗固煉焦對焦炭質(zhì)量的改善效果

通過上述研究可知，搗固煉焦與常規(guī)煉焦工藝存在本質(zhì)的差異，為深入掌握不同煉焦工藝所得焦炭性能的主要差異，本節(jié)基于數(shù)據(jù)處理軟件重點對兩種煉焦方式多的焦炭的氣孔率、耐磨強(qiáng)度、抗碎強(qiáng)度、反應(yīng)性以及反應(yīng)后強(qiáng)度進(jìn)行比對研究。

2.2.1 煉焦方式對氣孔率的影響

焦炭的氣孔率與原煤的粘結(jié)指數(shù)、干燥無灰基揮發(fā)分等相關(guān)。從理論上講，當(dāng)上述兩項參數(shù)的值越大時，對應(yīng)焦炭在焦結(jié)過程中逸出的氣體越多導(dǎo)致其生成的氣孔越多。對于搗固煉焦方式而言，由于其對應(yīng)原煤的堆積密度較大導(dǎo)致其在結(jié)焦過程中的膨脹壓力增加，導(dǎo)致焦炭的氣孔數(shù)量減少，所形成氣孔的直徑也減小[3]。

2.2.2 煉焦方式對焦炭耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度的影響

影響焦炭耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度影響的主要參數(shù)為原煤的揮發(fā)分和黏結(jié)指數(shù)。實踐表明，當(dāng)原煤的揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)偏低時，基于搗固煉焦工藝可明顯對所得焦炭的耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度得到改善；但是，當(dāng)原煤的揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)偏高時，采用搗固煉焦反而會降低焦炭的耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度或者增強(qiáng)不明顯[4]。

2.2.3 煉焦方式對焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的影響

原煤的揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)同樣是影響焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的主要參數(shù)。實踐表明：當(dāng)原煤揮發(fā)分較高且黏結(jié)指數(shù)較低時，基于搗固煉焦工藝可明顯提升焦炭的反應(yīng)性以及反應(yīng)后的強(qiáng)度；反之，焦炭的性能改善不明顯甚至?xí)档蚚5]。

3 結(jié)語

焦化為對煤炭進(jìn)行再處理的主要工藝方式，該工藝可對原煤性能及質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)以保證其適用于更高級別的行業(yè)中。本文重點對常規(guī)煉焦和搗固煉焦工藝進(jìn)行對比研究，并總結(jié)如下：

1）搗固煉焦所得焦炭的平均耐磨強(qiáng)度較常規(guī)煉焦降低1.76%；搗固煉焦所得焦炭的平均抗碎強(qiáng)度較常規(guī)煉焦增加0.73%。

2）搗固煉焦所得焦炭的平均反應(yīng)性較常規(guī)煉焦降低1.78%；搗固煉焦所得焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度較常規(guī)煉焦增加5.49%。

3）影響焦炭氣孔率、耐磨強(qiáng)度、抗碎強(qiáng)度、反應(yīng)性以及反應(yīng)后強(qiáng)度的主要參數(shù)為原煤的揮發(fā)分和黏結(jié)指數(shù)。我國煤炭的儲量分布以氣煤為主，其性能決定可大范圍在我國推廣搗固煉焦工藝。