炼焦煤细度控制对生产影响的研究

高立东 向海飞 高锋林 王洪顺

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

炼焦煤细度是指炼焦煤料小于3 mm粒级所占的百分比。因单种煤的变质程度、区域位置、矿物含量、成煤年代等不同，使得可磨性不尽相同，同时国内各焦化厂工艺配置以及用煤条件等均不同，所以炼焦煤细度范围控制较大。炼焦煤细度对炼焦生产部分指标均有影响，尤其是对焦炉单炉产焦量和焦炭强度影响较大[1]。焦化企业大多采用先配后粉工艺，所以对配合煤细度科学控制显得尤为重要。为了进一步探索配合煤细度对生产上的具体影响，笔者进行了配合煤细度的试验研究，研究炼焦煤在不同细度情况下对堆密度及焦炭质量的影响，为炼焦生产调整煤的细度提供参考依据。

1 试验技术思路和方法

1.1 试验目的

通过对配合煤进行不同级别粉碎细度控制，分别进行堆密度和炼焦试验，找出配合煤细度与装煤量及焦炭质量的关系，从而确定最佳配合煤细度。

1.2 主要试验仪器设备

锤式粉碎机，容积57.33×10-3m3装煤试验用装煤箱，0.2 mm、0.5 mm、1.0 mm、2.0 mm、3.0 mm、5.0 mm、7.0 mm、10.0 mm、15.0 mm、20.0 mm不同规格试验用筛，改进过40 kg底开门试验焦炉及配套焦炭冷热强度检测设备，主要是对传统40 kg底开门小焦炉装煤箱进行了改进，在装煤箱不加热的两个侧面的内表面、顶面的内表面及底面的内表面上设置隔热耐火层，从而使装煤箱的加热方式由过去的五面加热变为两面加热，实现模拟生产焦炉层层结焦的特点，改善了结焦过程，提高小焦炉的灵敏性，使试验结果具有区分性。

1.3 试验方法

把进厂各单种煤分别取样若干，并按照生产配比配成合格配合煤，通过调整锤式粉碎机，对配合煤进行粉碎，生产不同细度配合煤，并对这些配合煤进行相应的堆密度试验和40 kg底开门试验焦炉炼焦试验。

2 不同细度对生产影响试验

2.1 细度对粒级组成影响

一般顶装焦炉配合煤细度控制在65%～80%之间，本次通过调整锤式粉碎机运行参数，将配好的配合煤细度按照60%～85%进行分级别控制，不同细度粒级组成见表1。

从表1可以看出，随着配合煤细度的变化，0.2 mm以下和2 mm～5 mm粒级比例变化不大，7 mm以上的比例和0.2 mm～0.5 mm的比例变化最大。

2.2 细度对堆密度影响

将粉碎好不同细度的配合煤装入体积为57.33×10-3m3长方形铁箱中，在装煤过程中不施加任何外力，自然装满。称量煤的重量，算出煤堆密度，煤的细度与堆密度关系见表2。炼焦煤细度与堆密度变化趋势如图1所示。

表1 细度与粒级组成试验数据

表2 炼焦煤细度与堆密度数据

图1炼焦煤细度与对应堆密度变化趋势

从表2和图1可以看出，在配合煤细度在60%～85%之间随着细度增加，堆密度相应降低，并且有较好的线性对应关系。

2.3 细度对焦炭强度影响

利用40 kg小焦炉进行炼焦，配套为试验用转鼓，每次取粒度大于60 mm的试验焦炭12.5 kg置转鼓内测定，将转鼓后的焦炭分别用40 mm、25 mm和10 mm的筛子筛分，并计算出粒度大于40 mm、25 mm和小于10 mm的百分含量。并将做过转鼓后的焦炭按照国标做热反应性及热强度,具体试验结果见表3。

表3 不同细度的小焦炉试验结果

从表3可以看出，小焦炉试验结果显示，焦炭冷强度与细度对应关系较为明显，不同细度的配合煤，随着配煤细度的增加，焦炭的强度随之改善，但当配煤细度达到一定后，随着细度的继续增加，焦炭的冷强度又出现下滑；热强度与细度无明显对应关系，热强度更多是受煤质自身质量影响较大。

3 分析与讨论

试验表明，不同细度的配合煤，随着配煤细度的增加，装炉煤堆密度减小，焦炭的强度改善，但当配煤细度达到一定后，随着细度的继续增加，焦炭的强度呈劣化趋势。分析认为：配煤细度过低时，煤颗粒较大，特别是黏结性差的煤粒度较大，配合过程中各组分不能均匀混合及装炉过程中易偏析，不同组分的煤粒子在炼焦过程中不能较好的相互作用、相互填充间隙、相互结合，得到的焦炭结构不均匀，焦炭强度降低。细度过高时，由于0.2 mm～0.5 mm的颗粒大幅度增加，不仅增加颗粒比表面，使热解生成的液相产物不足以润湿颗粒表面，而且较小的颗粒热解时，颗粒内部产生的气相产物容易分解析出，使气相中的游离氢没有充分时间与热解生成的大分子自由基作用，减少了中等分子液相产物的生成率，降低了煤料的黏结性。并且过细煤料的堆比重下降，导致炼焦过程中煤粒间的熔融程度不充分，所炼焦炭结构不致密，孔隙增多，从而导致焦炭强度下降[2]。

炼焦煤的粒度不仅对焦炉生产和焦炭质量生产影响巨大，其对化产品也是有一定影响。因为用大粒煤炼焦，煤在一次裂解时所产生的原子氢全部消耗在煤粒内部，它与煤分解产生的有机物进一步反应生成甲烷和不饱和碳氢化合物，因此焦炉气中氢含量较少，但挥发分总产率却比小粒煤高。所以大粒煤炼焦所产生的液态产物焦油、粗苯等比小粒煤多。

4 结语

炼焦煤的粒度对炼焦生产影响十分复杂，对焦炭产量、焦炭质量、化产收率等多个方面均有影响。减小配合煤细度，可提高入炉煤堆密度，增加炼焦单炉产量，但同时也劣化了焦炭质量。

实际生产中，胶质体多及结焦性好的肥煤、焦煤应粗粉碎，如粉碎过细，会产生破粘，容易出现自瘦化效应。瘦煤和气煤硬度大，应进行细粉碎，且瘦煤仅有微量胶质体，根本无法结焦，在成焦过程中瘦煤颗粒大就会在焦炭内部形成裂纹中心，使焦炭强度降低，如果颗粒小可参与焦炭气孔壁形成，使焦炭气孔壁增厚，从而提高焦炭强度。 但颗粒不易过细，过细则煤料比表面积相应增大，要吸附较多的非挥发分液相，影响焦炭强度，特别是耐磨强度。另外，煤料过小，动力消耗大，煤的粉尘多，焦油渣增多。因此，企业应根据自身实际情况控制合适的配合煤细度，且尽可能减少5mm以上大粒煤，想办法杜绝15mm以上大粒煤。

[1] 姚昭章,郑东明．炼焦学[M]．北京:冶金工业出版社,2005:54-55.

[2] 虞继舜．煤化学[M]．北京:冶金工业出版社,2008:60-62.