捣固焦炉煤饼抗剪强度因素分析及提高措施

刘 爽

(攀钢钒煤化工厂,四川攀枝花 617022)

捣固焦炉煤饼抗剪强度因素分析及提高措施

刘 爽

(攀钢钒煤化工厂,四川攀枝花 617022)

本文通过在小焦炉不同水分、细度、堆比重和高度的煤饼捣固试验,用自制的抗剪强度测定装置测定煤饼抗剪强度。同时结合新3#、4#焦炉投产前捣固煤饼试验及初期生产情况,从煤质、工艺操作、机械和设备等方面对煤饼抗剪强度影响因素进行了分析,提出了提高煤饼抗剪强度的措施,有利于用理论指导实际生产,提高捣固焦炉作业效率,为焦炉生产顺行奠定了基础。

捣固焦炉 煤饼 抗剪强度

1 引言

煤饼易倒塌是捣固焦炉主要生产难题之一,煤饼稳定性主要取决于抗剪强度。煤饼抗剪强度是指捣固煤饼抵抗剪切破坏的极限能力,其数值等于剪切破坏时的剪应力除以该力所作用的总面积。提高捣固焦炉煤饼抗剪强度,找出煤饼抗剪强度的影响因素,形成抗剪强度与煤饼稳定性的控制理论,用这些理论来指导捣固焦炉实际生产,具有重要的现实意义。

2 煤饼抗剪强度测定方法

利用自制的煤饼抗剪强度测定装置,钢绳连接固定在煤饼另一侧的金属压条,一端增减砝码来调节拉力大小,当拉力达到一定大小的时候,煤饼被破坏,此时拉力的大小除以受力面积就为该煤饼的抗剪强度,测定用装置如图1所示。

图1 捣固煤饼抗剪强度测定装置图

3 煤饼抗剪强度影响因素分析

通过在小焦炉进行不同水分、细度、堆比重和高度的煤饼捣固试验,利用自制简单装置测定煤饼抗剪强度,同时结合新3#、4#焦炉生产实际情况,从煤质、工艺操作、机械和设备四方面对煤饼抗剪强度影响因素进行了分析。煤饼不同水分、细度、堆比重、高度和抗剪强度的关系如表1。

表1 小焦炉捣固煤饼抗剪强度测定数据表

3.1 煤质因素

3.1.1 配合煤配比

煤的表面性质对捣固煤饼的稳定性有直接影响,由煤的物理性质可知,不同变质程度的煤表面性质不同,低煤化程度的煤含氧高是亲水憎油的,而高煤化程度的煤是亲油憎水的。我厂捣固焦炉用煤属高煤化程度的煤,是憎水的,使得煤粒间不易粘结。配前单种煤中低灰华坪煤煤矸石较多,西北焦煤煤泥较多。由于配前单种煤质量和性质不同,不同配煤比情况下捣固煤饼的抗剪强度不同。

3.1.2 配合煤细度

根据表1数据作图,配合煤细度与抗剪强度关系趋势图,如图2所示。

图2 煤料细度与抗剪强度关系图

由图2可知,当配合煤水分相同,煤料细度小于90%时,煤饼抗剪强度随着煤料细度的增大而增大;当细度大于90%时,煤饼抗剪强度随着煤料细度的增加而减小。由小焦炉试验数据可知,煤料细度在84%～91%范围内时,煤饼的稳定性很好,煤饼抗剪强度达1.8 N/cm2以上。结合生产初期捣固煤饼试验,当配合煤细度大于86%时,煤饼稳定性较好。

3.1.3 配合煤水分

根据表1数据作配合煤水分与抗剪强度关系趋势图,如图3所示。

图3 水分与抗剪强度关系图

由图3可知,当配合煤细度相同,煤饼抗剪强度随着水分的增大而逐渐减小,当配合煤水分在9%～11%范围时,煤饼的稳定性很好,抗剪强度达1.8 N/cm2以上。结合生产初期捣固煤饼试验,当配合煤水分在9%～11.5%范围时,煤饼的稳定性较好。

3.2 工艺操作因素

3.2.1 煤饼高宽比

配合煤质量不变时,煤饼的尺寸决定煤饼的重量。当煤饼长度和宽度为一定值时,煤饼高度决定煤饼的重量,在实际生产过程中,为保证煤饼的稳定性,煤饼高度和宽度应有一个合理的比值,煤饼的高度受配合煤质量、焦炉本体加热水平和加热制度等因素影响。根据表1数据作图,煤饼高度与抗剪强度关系如图4所示。

图4 煤饼高度与抗剪强度关系图

由图4可知,在小焦炉捣固煤饼抗剪强度测定试验中,当煤饼长度和宽度不变,捣固不同高度时,抗剪强度随着高度的增加而减小,即煤饼抗剪强度随着高宽比的增大而减小。

图5 煤饼塌饼率与高度关系图

通过统计新3#焦炉生产初期捣固煤饼在不同高度时一段时间内的倒塌率,得出随着煤饼高度的增大,塌饼率升高,即煤饼的高宽比越小,煤饼的稳定性越好。

3.2.2 煤饼堆密度

由于小焦炉捣固煤饼试验是人工捣固,上中下煤饼受力有不均匀现象,因此对煤饼进行不同部位堆密度测定后,得出煤饼堆密度与抗剪强度关系如图6所示。

图6 煤饼堆密度与抗剪强度关系图

由图6可知,在小焦炉捣固煤饼抗剪强度测定试验中,煤饼抗剪强度随着堆密度的增加而增大,煤饼的湿基堆密度达到1.07 t/m3以上时,煤饼抗剪强度较大。捣固焦炉生产初期捣固煤饼试验,煤饼的湿基堆密度达到1.10 t/m3以上时,煤饼稳定性较好。

3.2.3 捣固功

单位捣固功是影响煤饼性质的主要因素,捣固相同高宽比的煤饼,配合煤水分、细度相同,捣固功越大,煤饼的堆密度和抗剪强度越大,煤饼稳定性越好。

捣固功是指捣固机上的捣固锤作用在煤饼上的机械功(能)。一般是以捣固单位功表示,即作用在单位重量煤饼上的功。用公式表示为:

按照新3#、4#焦炉捣固机设计要求,理论计算单位捣固功如表2所示。

表2 捣固频率、捣固时间与捣固功关系表

结合理论计算和生产初期捣固煤饼试验实际情况分析,当煤饼高度为5.37 m时,捣固频率在65～67次/min,捣固时间为9～10.5 min,捣固功为362～392 J/kg时,煤饼稳定性较好。

3.3 机械、设备因素

3.3.1 煤塔下煤速度

捣固煤饼时,煤塔下料速度对煤饼的抗剪强度影响很大,若捣固过程中,煤塔堵料或下料速度不均匀,会使煤饼的抗剪强度不均匀,下料速度慢的部位煤饼抗剪强度大。

3.3.2 给料机给料量

给料机每次给料量可以通过给料行程和给料厚度调节,若每个给料机每次给料量不同,则会导致煤饼不同部位的抗剪强度不同,给料量少处煤饼抗剪强度大。

3.3.3 捣固机

捣固锤的数量、重量、行程、频率和捣固程序设定,是捣固功的重要影响因素,参数发生变化时,则捣固功就会发生变化,进而影响煤饼的稳定性。

4 结论及建议

结合200 kg小焦炉试验和捣固焦炉实际生产前期捣固煤饼试验情况,配合煤的煤质、工艺操作和焦炉机械设备是煤饼抗剪强度的主要影响因素。为了进一步提高煤饼稳定性建议采取以下措施:

4.1 优化生产配煤比,改善配合煤质量,确定不同配比下煤料最佳水分和细度,水分控制在9%～11.5%,细度控制在86%～91%左右煤饼的稳定性较好。

4.2 提高工艺操作水平,确定最佳煤饼高宽比,适当提高煤饼的堆密度,煤饼的堆密度(湿基)控制在1.10 t/m3以上较合适。

4.3 单位捣固功是决定煤饼稳定性的重要因素之一,当煤饼高度为5.37 m时,捣固频率控制在65～67次/min,捣固时间为9～10.5 min,捣固功为362～392 J/kg为宜。

4.4 加强设备维护,加强煤塔、给料机下料速度监控,提高操作稳定性,选择合适的捣固参数,提高煤饼抗剪强度,确保捣固焦炉安全顺行。

本文以小焦炉抗剪强度试验和捣固焦炉投产初期捣固煤饼试验数据作参考进行的分析,如有不妥之处请多批评指正。

1.张光毅.现代炼焦新技术与炼焦炉操作及智能优化控制实用手册(第一卷)[M].北京:冶金工业出版社,2005.

2.郭琮涛.煤化学[M].北京:化学工业出版社,1992.

THE ANALYSIS AND IMPROVINGMEASURES FOR THE REJECTING SHEARING STRENGTH OF THE TAMPING COKE FURNACE

Liu Shuang
(Coal&Chemical Industry Plant of Panzhihua Iron&Steel Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617022,China)

Through the tamping briquettes experiments of different moisture,different thickness,stack desity and different height for the s mall coke furnace,detecting the rejecting shearing strength,uniting the tamping briquettes experiment during cold commission and the situation after the new 3#,4#coke furnace produced.So we bring forward the measure of improving the shearing strength of the briquette,it is advantaged for the theory directing the practical production and improving the efficiency of the tamping coke furnace,it is good for producing successfully of coke furnace.

tamping coke furnace,briquette,shearing strength

2010-03-05

刘爽,研发中心工程师。