2010第四届焦化年会论文集 (16)

2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 116 捣固炼焦对焦炭热反应性 及反应后强度影响的研究 王立校 刘印东 （ 河北中煤旭阳焦化有限公司 ） 【 摘 要 】 本文 通过 利用实验焦炉 对比顶装 与捣固 炼焦 的冷热强度 ，研究 得出 捣固 炼焦 对 焦煤、配合煤焦炭的冷、热 强度均有不同程度的提高 ， 尤其是配合煤捣固后焦炭的 反应性 低 4% 6%（平均降低 ， 反应后强度 高6% 12%（平均提高 。通过对焦炭显微结构及气孔分布的研究发现：捣固后的焦炭气孔率和平均气孔直径变小、平均气孔壁厚及致密性增大， 以及焦炭的光学显微结构参数（ 增大，是焦炭冷强度 尤其是热性质提高的主要原因。 【 关键词 】 捣固炼焦 堆密度 热性质 光学结构 气孔率 捣固炼焦 可以 节约优质炼焦煤 ，扩大弱粘结煤用量， 降低生产成本 1,2, 尤其是 提高焦炭的冷态强度 已是业内的公认 ， 但捣固炼焦工艺能否提高焦炭的热态指标（ 直都是大家争论的话题，部分钢厂用户认为捣固 炼焦对 焦炭 的 热态指标 会产生负面作用或无助于提高焦炭热性质， 从而使捣固焦炭在市场的竞争中丧失优势。 我公司 旭阳煤化工集团 年产捣固焦约 700万 t/a，是全国最大的独立焦化企业 集团。 结合现阶段研究现状及 公司的需要， 现 用 40取储煤场焦煤及生产用的配合煤共 17组，通过 顶 装、捣固对比试验， 就捣固炼焦对焦炭热反应性及反应后强度影响及原因作相应的研究。 本文意在通过与顶装炼焦对比，研究 煤料 捣固 后 对焦炭 冷、热强度的影响，尤其是捣固后焦炭的热性质的变化。因此，制取的 方法为：整个实验过程中每一组的 2个煤样（顶 /捣）均为同一次取样、混匀缩分两份后分装两个 50且煤样的顶装及捣固 40样最大程度的保证了每一组对比的煤质一致、炉况相同，试验 研究更具针对性。 0试验焦炉为北京煤化工研究分院的新一代 40验焦炉及配套的捣固机 ， 403见表 1。 表 1 40装煤量 ( ) 装煤水分 (%） 堆密度 (t/装煤时炉温 () 炼焦终温 () 结焦时间 (h) 常规 40 10 750 1050 固 50 10 750 1050 反应性及显微镜设备 焦炭热反应性及反应后强度采用北京煤研所 及鞍山热能研究院 的热态测定仪 且 严格 按照 现行标准（ 4000验。 焦炭的气孔和光学显微结构 由 鞍山热能院煤岩显微镜室（德国赛斯）测定。 所用 煤样 为 公司来煤 常用 单种煤 中的焦煤 ，及 配合粉碎后皮带上 生产焦炉 所 用 配合煤 。其中：焦煤 合煤 单种煤及配合煤煤质分析见表 2。 2010年 6月 8日 11日 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 117 表 2 煤质分析 煤种 St,d/% G Y/，分别按表 1的要求控制 40对 炼得焦炭进行工分、冷态强度 (10)、反应性 (反应后强度 (检测。 装 /捣固焦炭冷强度的变化 由图 1和图 2， 焦煤捣固前后的 捣固后的耐磨强度（ 抗碎强度（ 比于顶装都有很大程度的改善。 耐磨强度 (低了 2% 4%个单位，且耐磨 强度越大，降低的幅度越大(焦 2，焦 6)；而焦煤 焦煤顶装/ 捣固焦炭M 1 0 比较481216焦1 焦2 焦3 焦4 焦5 焦6 焦7焦 煤顶M 10捣M 10图 1 焦 煤顶装 /捣固焦炭 焦煤顶装 / 捣固焦炭 M 40 比较65758595焦 1 焦 2 焦 3 焦 4 焦 5 焦 6 焦 7焦 煤顶 M 40捣 M 40图 2 焦煤顶装 /捣固焦炭 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 118 的抗碎强度 ( 捣固后都有提高，但不同焦煤 提高的幅度不同，基本在 1% 3%之间，且抗碎强度越高，提高的程度越小 (焦 3)，反之亦然。 配合煤顶装 / 捣固焦炭 M 10 比较5101520配 1 配 2 配 3 配 4 配 5 配 6 配 7 配 8 配 9 配 10配合煤顶 M 10捣 M 10图 3 配合煤顶装 /捣固焦炭 配合煤顶装 / 捣固焦炭 M 40 比较708090配 1 配 2 配 3 配 4 配 5 配 6 配 7 配 8 配 9 配 10配合煤顶 M 40捣 M 40图 4 配合煤顶装 /捣固焦炭 取自于工业生产上的配合煤，顶装、捣固后的冷强度对比如图 3、图 4。规律与焦煤类似，捣固前后的焦炭强度的 变化趋势 基本一致，但变化幅度比焦煤大。 配合煤 捣固后的耐磨强度 (低了 3% 4%，抗碎强度 (高了 5%个单位。 综合图 1、图 2、图 3、图 4，相比顶装，捣固后焦煤和配合煤焦炭的冷强度都有改善，配合煤 改善 的幅度 较 焦 煤 大 。 装 /捣固焦炭反应性和反应后强度的变化 焦煤顶装/捣固 焦炭223242焦1 焦2 焦3 焦4 焦5 焦6 焦7焦 煤顶 焦 煤顶装 /捣固焦炭 焦煤顶装 / 捣固焦炭 较20406080焦 1 焦 2 焦 3 焦 4 焦 5 焦 6 焦 7焦 煤顶 焦 煤顶装 /捣固焦炭 通过 图 5、图 6可知 ， 焦煤捣固后焦炭的反应性降低 3% 5%；反应后强度 (高 5% 7%。 同时， 焦煤 捣固后 焦炭的反应性和反应后强度 的变化 具有类似的趋势 ， 即顶装焦炭 的反应性（ 高或反应后2010年 6月 8日 11日 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 119 强度 (越低 ，捣固后焦炭 的反应性（ 低的幅度或反应后强度提高的幅度 就 越大。 配合煤顶装 / 捣固焦炭 较304050配 1 配 2 配 3 配 4 配 5 配 6 配 7 配 8 配 9 配 10配合煤顶 捣固焦炭 较15304560配 1 配 2 配 3 配 4 配 5 配 6 配 7 配 8 配 9 配 10配合煤顶 配合煤 顶装 /捣固焦炭 图 8 配合煤 顶装 /捣固焦炭 取样于生产焦炉配煤槽的配合煤，通过顶装、捣固 的 对比 分析 ， 配合煤捣固后焦炭的反应性 (低 4% 6%（平均降低 ，焦炭反应后强度 (高 6% 12%（平均提高 ，见图 7、图 8； 配合煤 捣固后焦炭的反应性和反应后强度 与焦煤 的变化具有类似 的趋势 。 综合图 5、图 6、图 7、图 8， 可得：焦煤和配合煤的热性质通过捣固后，都有明显的改善，且配合煤的改善 幅度较焦煤大； 捣固后 的 焦煤和配合煤的 热性质 变化 规律类似 顶装焦煤 和配合煤 焦炭的 反应 性 越高，捣固后焦炭的反应性 降低的幅度越大 ，顶装焦煤和配合煤焦炭的反应后强度 越 低，捣固后反应 后强度提高的 幅度 越大。 装 /捣固焦炭冷、热性质与焦炭的气孔分布和光学显微结构的关系 分析 为了 进一步 解释焦煤及配合煤 捣固后 焦炭的冷、热强度 有明显改善的现象 ，现从中选取有代表性的焦4、配 4、配 5、配 6做焦炭的光学显微结构及气孔率测定，同时对配 4进行平均气孔直径、平均孔壁厚度及致密度的检测。 炭的光学显微结构 焦炭光学组织指数 表征焦炭光学组织各项异性 程度的数值 。焦炭的 计算式为： ，式中 焦炭各光学组织结构的百分含量； 焦炭各光学组织相对应的赋值，详见参考文献 4,5。 表 3 焦炭显微结构检测结果 序 号 焦样 名称 焦炭显微结构含量 ,% 各向同性 细粒镶嵌 中粒镶嵌 粗粒镶嵌 不完全纤维 完全纤维 片状 丝 炭 +破片 基础各 向异性 热解炭 焦 4 顶装 捣固 配4 顶装 固 5 顶装 捣固 配6 顶装 捣固 对比顶装 /捣固焦炭的光学显微结构的 作图如下。 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 120 配合煤顶装 / 捣固焦炭 ( 值比较758595105焦 4 配 4 配 5 配 6配合煤(顶 ( 捣 ( 图 9 顶装 /捣固焦炭的光学显微结构的 比较 下面将从两个方面分析焦炭光学显微结构与冷、热性质 间 的关系 进行讨论 。 煤中各显微组分对焦炭的冷强度及气化过程中的反应性 的 影响不同 是其 根本原因 。 (1) 焦炭光学组织指数 表征焦炭光学组织各项异性程度的数值 ， 冷强度的影响是丝炭 +破片各向同性 结构 细粒镶嵌 结构中粒镶嵌结构 粗粒镶嵌 结构 纤维状和片状组织 。 捣固后 ，焦炭的光学显微组分的不同比例 明显从各项同性 结构 向片状结构移动 ，即焦炭光学组织指数 (2) 焦炭光学显微结构中 不同组分 与 率由快至慢依次 为：丝炭 +破片 及 各向同性 结构 细粒镶嵌 结构 中粒镶嵌结构 粗粒镶嵌 结构 纤维状和片状组织。 捣固后，不易与 片状组织及粗粒镶嵌结构 含量 增加了 平均值 )，而易和 破片、各向同性 结构及细粒镶嵌结构 含量 减 少 了 平均值 )， 见表 3，所以捣固后焦炭的反应性 (显 降低，反应后强度 (显 提高。 装 /捣固焦炭孔壁 结构 分布 为考察顶装 /捣固对比后焦炭的 孔壁 结构对焦炭冷、热性质的影响，现 选择各选择有焦头 、焦尾且 无明显横纵裂纹的焦炭 ，测定其气孔率 ， 其中焦 4、配 5 和配 6 为闭气孔率；配 4 为全气孔率。对于配 4检测 其焦炭的 平均气孔直径、平均气孔壁厚及致密性，方法： 各选择有焦头、无明显横纵裂纹的焦炭三块检测 的部位为每块焦炭距离焦头均相同，且行距间距： 33由于测定气孔结构的过程中可能存在着随机性，因此本文选用 三块焦炭中每一块的平均值，再把三块加全平均。 顶装/捣固 4 配5 配6气孔率煤 种顶0 顶装 /捣固焦炭的气孔率 表 4 配 4顶装 /捣固气孔参数的比较 试样名称 :顶装 1 2 3 平均值 气孔率 P/% 均气孔直径 Dp/均孔壁厚度 Wt/密度 D 样名称 :捣固 1 2 3 平均值 气孔率 P/% 010年 6月 8日 11日 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 121 平均气孔直径 Dp/均孔壁厚度 Wt/密度 D 11 捣固焦炭的气孔结构 图 12 顶装焦炭的气孔结构 由图 10和 表 4可得， (1) 顶装 焦 4、配 5和配 6焦炭 的 显 气孔率 为 的全气孔率 对应捣固 后焦 4、配 5和配 6焦炭 的 显 气孔率为 的全气孔率 焦 4、配 5和配 6焦炭 的 显 气孔率分别下降 的全气孔率下降 (2) 配 4捣固 焦炭 的平均气孔直径 ( 顶装 焦炭 平均气孔直径 (小 (3) 配 4捣固 焦炭的 平均气孔壁厚 (致密 度 (顶装 焦炭的平均气孔壁厚 (致密度 (别增加 焦炭的气孔率和平均气孔直径愈大、平均 孔壁厚度和致密性愈小，焦炭的反应性愈高，反应后强度愈小；反之亦然 6。 过 将 40炉煤的堆积密度由 提高到 的 对比 试验 ， 焦煤焦炭的抗碎强度 % 3%， 2% 4%； 焦煤焦炭的 反应性 (低 了 3% 5%，反应后强度(高 了 5% 7%； 配合煤焦炭的 抗碎强度 5%， % 4%， 配合煤焦炭的反应性 (低 4% 6%（平均降低 ；反应后强度 (高的幅度为 6% 12%（平均提高 。 固后焦炭的气孔率和平均气孔直径变小、平均气孔壁厚及致密性增大， 以及焦炭的光学显微结构参数 增大， 是影响焦炭反应性降低、反应后强度升高的主要原因 。 参考文献 1周师庸