新日铁炼焦多配非微粘结煤技术简介.doc

新日铁炼焦多配非微粘结煤技术简介0 % W9 u. | : c0 d# C) x) w8 c众所周知，炼焦用粘结性煤资源少、价格高，日本的炼焦煤基本上全靠进口，为降低成本，对开发多配非微粘结煤而保焦炭强度的技术十分重视。大分钢铁厂1983年开发成功煤预干燥装料法(CMC)并用于生产，1992年又开发成功煤预成型装料法(DAPS)并用于生产。对于焦炉装入煤的水分，CMC法为56，DAPS法为24，这样既可节约能源，提高生产效率，又有利于提高非粘煤的配比和降低成本，综合效果良好，现已在新日铁各厂的焦炉推广。. T8 u j4 Wv+ |* D炼焦煤预干燥配煤技术简介5 j( / G6 % D. p2 E0 I1装入煤水分和密度的关系$ n9 e) V; X B9 Z常规焦炉的装入煤水分为9左右，装料密度068gcm3。采用煤预干燥工艺时按水分为5计，则装入煤密度相应提高至074gcm3；若采用煤预成型工艺时的水分按2计，则装入煤密度达085gcm3。在随水分降低、装入煤密度提高的情况下，提高生产效率是肯定的，但作为CMC法必须解决配料方法和膨胀压的管理技术，因为只有抑制住膨胀压方能生产出高强度的焦炭。2 3 w/ T% + N+ u/ h+ R: o% k2试验方法4 : _/ d0 M/ h% f(1) 膨胀压（软化熔融层内的煤气压）。3组试验用煤的主要成分和性能如表1。4 * H D/ C! Q: $ b9 m F 4 B& gZ* B Z& M U& s/ o8 c 表1 试验用煤的主要成分和性能 ! q. Z N4 U* v: U( a5 Z0 ( v v. t3 n煤种 主成分， 总膨胀比 塑性测定法的最大流动度 反射比 s1 : A, m% M0 _4 T2 l 挥发分灰分 vol lgMFddpm 0 5 C& X8 C+ 2 M# k# 5 & B7 E) o) ?) l/ n9 _8 L1 n一组4 a2 W8 ?7 K8 e+ s A 18.6 10 50 1.65 1.485 S7 d4 I: ) j- G B 28.7 8.5 298 4.14 1.02Z; u B/ M. d C 27.2 7.9 88 3.03 0.97; N+ - M ?/ H. u; Y: 1 W5 KA2 H$ C D 36.2 8.1 32 2.34 0.681 p ) u7 lI4 z7 e7 X) B& % Z E 36.3 8.8 27 1.6 0.724 s+ t5 n8 n2 i+ H3 ?) dk0 t二组* / M* X$ 1 F( Z2 l. |& e5 G F 20.7 9.8 102 2.56 1.41, o5 w! l G 23.8 8.9 104 2.93 1.28/ i; i- n4 Y& Q. A8 T5 D H 35.7 9.1 29 2.08 0.790 B9 G# z* N9 Z$ c- ?三组2 w4 * r* _2 I8 . V I 18.5 9.7 65 1.71 1.570 9 - P) H, T5 ?4 f0 T J 20.9 9.6 28 1.45 1.42& Q6 a R/ h1 x1 ! Y K 25.8 9 260 3.84 1.146 Q: S+ D R F4 |/ H4 k% F1 E L 25.7 8 108 2.53 1.15, p , O( S& S& r% J& ? M 34.4 6.9 189 4.31 0.89$ p- l5 w% i) h& h% x0 e! H N 36.4 9.7 65 2.57 0.764 ?0 q# R$ C9 % N5 K2 I7 K O 36.1 10.2 19 1.96 0.74$ w: H8 L. b( Q. J5 v F& |! K/ j! q P 36.6 10.4 30 2.39 0.720 e; u& 9 dM ZE9 g9 5 * h7 M3 p试验焦炉为电热式，炉宽420mm、炉长600mm、炉高400mm。干馏工艺同常规焦炉，在1250下加热，185h后出炉。膨胀压用内径1mm、外径2mm的不锈钢管插入炉中心距炉底120mm处测定。8 Y9 K2 Y- U% A4 P试验时先以粘结煤A配以不同比例的B、C煤或C、E等低碳化度的非微粘煤(平均反射率08、最大流动度25，简称SCC），脱水至3，按装入密度085gcm3入炉，进行有关膨胀压的测定。另对F、G、H三种煤按207010(B1)、205822(B2)和204535(B3)等3种配比，混合后并将水分调整至310、密度068088gcm3，装入炉中进行干馏试验。/ n& u$ u 4 _3 b/ U(2) 焦炭强度。将表1所示的IP共8种煤配合为按规定装入密度（070gcm3、080gcm3和090gcm3）入炉干馏后，对焦炭测定了其DI15015和DI1506，其时的水分分别为9、6和3。另将B1、B2和B3等3种配煤按装入密度068gcm3、075gcm3和082gcm3分别进行干馏后测定了焦炭强度指数。8 R/ a4 X7 V) e6 ! D( p2 h(3) 粘结性。对试验用煤测定了全膨胀率和最大流动度(JISM8801)，另在测定全膨胀率时还测定了试验用成型煤的重量。0 F. 8 e( xs9 x: R7 4 l3试验结果和考察# V9 d$ s0 I, h6 H(1) 煤干燥作业中的膨胀压。从试验结果得知：高膨胀压的A煤分别配入挥发份2729的粘结煤B、C时，配合煤的膨胀压和常规合成煤的结果相当。但A煤中分别配入D、E等SCC时，则其膨胀压比常规合成煤时大幅下降。初步分析，由于D、E煤的软化熔融温度低，比A煤提前熔融和固化，当A煤软化熔融时，所产生的气体可从D、E煤已固化后的气孔中跑掉，故膨胀压大幅下降。当配比达20时，即从配比0的300kpa下降至3050kpa，这低于混合煤的250kpa。另从装入密度和膨胀压关系的试验结果看，B3配煤在088gcm3时，其膨胀压为20kpa，和B2配煤在084gcm3、B1配煤081gcm3时的水平相当，这和装入密度上升时膨胀压快速上升的一般规律不同，初步分析B表明，SCC配比加大后有降低膨胀压的作用。从而，对煤预干燥后便装入密度远高于湿煤的068gcm3水平时，仍可通过多配入非微粘煤以保持膨胀压不变。4 W/ I$ K$ Q/ F* e5 O o3 ?(2) 煤预干燥作业时的焦炭强度。从第3组8种煤的试验结果看，装入煤密度由07gcm3提高到09gcm3时，DI1506普遍提高，但不同煤种间差别很大。如I、K、L、M、N等煤由8084上升到8286，P煤则由75上升至85，J煤则由60上升到85，D煤由52上升至75，说明后3种煤起点低而上升较快。另从3种装入密度下各种煤的全膨胀率和DI1506的关系看，当全膨胀率降至4030以下时，DI1506即快速下降。如07gcm3时由10040的80下降到30时的75和20时的52，08gcm3时则由10030的82下降至20时的60，09gcm3时则从10030时的85下降至20时的75。由此看出，提高装入密度可缓解DI1506的下降。初步分析，这和焦炭气孔结构的形成有关。当煤炭在炉内加热到400时，煤炭开始软化膨胀，煤炭粒子亦向粒子间空隙膨胀，当煤炭粒子膨胀率大于粒子间空隙率时，则彼此的接合十分紧密，致使焦炭强度提高；相反则由于彼此结合差而使焦炭变脆。而煤炭粒子间的结合程度又与装入煤密度和煤的膨胀性关系密切。另外最大流动度由12提高到2时，则DI1506便可由60达到85左右。4 ?9 E0 a# l) L0 D7 为了定量评价煤的膨胀性和装入密度对焦炭强度的影响，引进了“膨胀比容积”的概念。即表示单位质量煤炭膨胀后的体积，用膨胀计测得膨胀后煤试样的体积除以试样重量面求出。煤的装入密度(gcm3)和膨胀比容积(cm3g)相乘则成为无次元数值，它可反映煤炭粒子膨胀对空隙的充填能力。经试验结果，第三组8种煤的该值由07上升到12后，DI1506即可由50陡升到82；以后再升到32时，则DI1506仅缓升至85。由此可知，要保证焦炭的强度达DI150682时，应使该值12，从而在该值12条件下多配入一定量的低膨胀压的非微粘煤亦可保证焦炭强度。/ c- 0 z! e5 u) W4 q9 P经用各种煤在各种膨胀率及装入密度为07gcm3和083gcm3下生产的焦炭强度作了对比，当装入密度为07gcm3时，煤的全膨胀率需55时，DI1506方可保83；在装入密度为083gcm3时，煤的全膨胀率32时，DI1506即可保8586的水平。5 0 R f! : B6 P) ; i将上述基于空隙充填能力的配煤理论用于大分钢铁厂的焦炭生产时，在保证DI一定值的前提下，为降低成本而最大限度地配用了非微粘煤。! , b1 F# f5 / p0 B1 G% N经试验，按上述3种配煤方式的B1、B2和B3将非微粘煤配比由10加大到22和35时，相应地将装入密度由068gcm3提高到075gcm3和082gcm3，使膨胀压保持5kPa不变，焦炭的DI1506亦维持在854的稳定水平，即由装入密度上升所加大的膨胀压由扩大配入低膨胀压的非微粘煤而受到抑制和抵消。这一技术现已正式用于生产，焦炭质量一直保持稳定而良好，故很快在全公司各厂的焦炉推广，为降本提效作出了贡献。: m& V0 - e1 W4 p- J0 微粉煤预成型炼焦技术简介9 # $ s# g& j+ K( F, D8 l Y) o% t1煤预成型技术(DAPS)的必要性) h; B* J4 l& C煤焦工艺中，煤预处理技术CMC工艺的煤预干燥法为利用焦炉的余热将装入煤的水分由910减少到56，使炼焦吨煤耗热量可减少6080Mcal。但由于水分过低时，在运输和装炉过程中发尘量增加，致使作业环境恶化及碳化室壁上附着碳增加而影响焦炉顺行和焦炭质量。1 F* Si4 j, x) Y. a. x b k5 b用煤发尘装置对装入煤运输过程中水分和发尘量的关系进行了试验，含水9的常规装炉煤的发尘量为05gNm3，当预干燥至56时为08gNm3，当进一步脱水至2时则上升至28gNm3。另用显微镜观察的结果，当煤中含水高时，煤的微粉以水为结合剂多附在煤的粗粒上，使发尘量低；但经煤预干燥而脱水后，煤的微粉则分散化，使发尘量加大。经试验，煤中74mm的微粉的比例由5上升到15时，发尘量则由40mg上升到100mg。为降低预干燥煤的发尘量，故采取了对微粉煤预成型(DAPS)的方式。9 J/ u# q; o1 v, a r2DAPS技术的开发: J7 K% E# % a& H(1) 微粉煤成型对煤碳性能的影响。煤中微粉的产生来源于煤矿的采煤、洗选和运输及焦化厂的粉碎工序，特别是采选和运输过程中产生的微粉煤粒子，由于和空气的接触面积大且时间长，被氧化而使粘结性下降；而粉碎工序则使粒径变得更小，使加热时的膨胀性下降。! db: N r4 9 E5 i煤的微细组织成分中，粘结性高的镜煤素质具有易粉碎的特性，故多被浓缩而使粒径变小。经对03mm微粉煤的假比重和膨胀性的关系调查，装入煤比重由06gcm3提高到11gcm3时，全膨胀率亦由50提高到90。由此可知，通过对微粉煤的高密度成型可使其粘结性恢复。从而对微粉煤预成型后炼焦时将有由微粉煤粒子结合而减少其发尘量的效果。7 w0 v u& A) Z$ c% & l W(2) 微粉煤的干燥分级技术。作为煤炭干燥分级装置，流化床干燥分级方式已被焦化厂采用，其能力为6800td。7 p0 L2 u: a. J+ h 9 L(3) 微粉煤的成型技术。微粉煤的的造粒法有团矿法和压块法等，但这些方法均需加入水和粘结剂，大分钢铁厂已开发成功对干燥煤不加粘结剂的辊压成型法。对用它压实成型块煤的强度，用I式鼓型试验机加入试料经回转60次后用1mm筛分后，以筛上的比例表示，由此可得出微粉煤粒径和成型煤强度的关系。煤的粒径03mm时，成型煤的强度I60值为8085，粒径加大至1mm时，则成型煤的强度I60下降到40。这由于煤炭粒径大时虽其压密性变优，但相反的是单位容积内的煤炭粒子接触点减少和加工产生的裂化，致使粒子接合力降低之故。由此，采取了只对粒径03mm的微粉煤进行压实的成型工艺，以保不用粘结剂下最佳的成型煤强度。# D( m9 B8 X5 O9 r3DAPS实用设备的开发6 r( h# 5 Y D0 H0 Y(1) DAPS工艺。作为炼焦用煤的新预处理技术，将煤干燥后分离出微粉煤，然后将发尘性高的微粉煤在干燥状态下压实为球状后入炉，以便在焦炭强度提高的同时发尘性得到抑制，这便是DAPS工艺的优点。它通过流化床干燥分级机将煤的水分由9降至18的同时，用旋风分离方式将粒径03mm微粉分出后，经辊压成型为小球状，再和干燥后的大粒煤混合后加入焦炉。由于微粉煤仅占全部装入煤的30，干燥分离机能力284th，辊压成型机(辊径12m、辊宽09m)共3台，每台能力为284th；加热耗煤气为每小时2930104kcal。装入煤的密度为08tm3，除发尘量大幅降低外，微粉煤的粘结性亦得到改善。( J5 # K- D- ah! V8 m(2) 焦炭强度提高的效果。为评价用DAPS工艺生产焦炭的强度提高效果，对用同样配比的原料煤而用DAPS工艺和常规工艺生产的焦炭的DI15015(JISK2151)值进行了比较，其结果为DAPS工艺产焦比CMC工艺产焦的DI15015高15个百分点，CSR则高45个百分点。5 y4 L9 t . r# o$ o& d# b3 Y(3) 焦炭强度提高的机理。初步分析有以下两点：(a)由于煤炭装入密度提高带来的焦炭气孔率降低及粒子间接合强度提高的效果。经对DAPS和CMC两种工艺产焦的气孔率比较结果，由于前者比后者的装入密度高，致使气孔率低约3，同时由于装入密高使煤炭粒子间的距离缩小，有利于粒子间接合强度的提高；(b)焦炭的CO2反应性降低所产生的CSR提高效果。主要是C