炉体温度对焦炭质量的影响

庞健 张岚 李云婕

摘要：焦炭资源的获得是需要经历一系列的过程，而在这些过程中，炼焦温度直接影响焦炭的成焦过程，换而言之，炉温高低直接影响焦灰的块度、气孔率等方面，一旦炉体温度把握不到位的话，在很大程度上会影响焦炭的质量。需要注意的是，炉体温度对焦炭质量的影响表现在多个方面。为此，本文分析了炉体温度对焦炭质量的影响，并在此基础上进行相关方面的探讨和研究，希望可以促进焦炭生产的整体发展。

关键词：炉；温度；焦炭；质量

一、前言

煤的成焦过程是由三个阶段组成的，第一个阶段为煤的干燥脱气阶段，在这一阶段中温度要保持在常温到300摄氏度之间，释放出来的产物为水分，并析出甲烷、一氧化碳和氨气；第二阶段是以解聚和分解反应为主，在这一阶段中的温度是维持在300摄氏度到600摄氏度之间，此时的煤粘结成半焦；第三阶段是半焦变成焦炭的时期，在这一阶段中温度要保持在600摄氏度到1000摄氏度之间，此阶段是以缩聚反应为主，产生大量煤气，主要是氢气为主，半焦经收缩形成有裂缝的焦炭。焦炭在结焦过程中很容易受到炉体温度的影响，一旦不合理控制炉体温度，对焦炭质量会产生很大的影响，因此，明确炉体温度对焦炭质量的影响，并且在此基础上降低炉体温度对焦炭质量的影响，有利于提高焦炭的质量。

二、结焦过程中不同部位的特征分析

探讨炉体温度对焦炭质量的影响，首先从结焦过程中不同部位的特征入手，而这主要从三个方面作为切入点，分别是温度变化与炉料动态、不同部位的焦炭特征、不同煤种的焦炭裂纹特征，以此来明确这一部分的内容。

（一）温度变化与炉料动态

炭化室的内料结焦过程所需要的热能由于单向供热而是从高温炉墙侧向炭化室的中心逐渐传递，由于煤的导热能力较差，尤其是胶状体的更差，因此，在其他条件相同的情况下，距离炉墙不同距离的各层煤料的温度不同，炉料的状态也就不同。各层处于结焦过程的不同阶段，总在炉墙附近先结成焦炭而后逐层按照焦炭层、半焦层、塑性层、干煤层、湿煤层等逐层向炭化室的中心推移，因此，炉内温度的变化，与炉料的动态成正比例关系。

（二）不同部位的焦炭特征

根据有关实验表明，当炉料温度达到350摄氏度到500摄氏度之间时，靠近炉墙的煤料升温速度就会变快。因此，不同部位的焦炭具有不同的特征，而这些特征表现在以下几个方面：第一，在进入半焦收缩阶段，也就是温度达到500摄氏度以后，炉墙附近半焦升温速度快，产生焦炭裂纹多且深，并且会产生“焦花”；第二，距炉墙较远的内层，由于升温速度较慢，产生焦炭裂纹不仅会较少，而且也较浅；第三，在炭化室的中心部位，当两个胶质层在中心汇合后，在热分解的作用之下会产生膨胀，将焦饼压向炉墙两侧，形成与炭化室的中心面重合的焦饼中心裂纹。

（三）不同煤种的焦炭裂纹特征

焦炭上存在很多的裂缝的根本原因在于是半焦的热分解和热缩聚反应，由于相邻层之间的升温速度是不相同的，也导致热分解和热缩聚反应的速度也是不同的，进而影响到半焦收缩速度不同。气煤的胶质体温度间隔较窄，往往是本层内部由于收缩产生的拉应力使半焦或焦炭破裂，因此气煤焦炭的裂纹，主要是垂直于炭化室墙的纵裂纹；而肥煤由于胶质层温度间隔宽，再加上内部粘结性较强，所以肥煤焦 炭中以平行于炭化室墙的横裂纹居多，由此可见，炭化室内由于单向供热必然造成各层升温速度不同，从而使各层焦炭块度、耐磨强度和抗碎强度也就不同。

三、结焦过程中工艺条件对结焦过程的影响

探讨炉体温度对焦炭质量的影响，其次从结焦过程中工艺条件对结焦过程的影响入手来进行分析，希望对这一方面内容的明确，可以更好地了解炉体温度对焦炭质量的影响。

（一）加热速度产生的影响

加热速度与煤料之间具有紧密相连的关系，因为加热速度的提高，能够使得煤料的胶质体温度范围变宽，在增加流动性的基础上改善煤料的黏结性，使焦块致密。具體来讲的话，加热速度的提高，改变了煤的热解动态过程，不仅加大了胶质体的温度停留范围，改善了胶质体的流动性，而且也增加了单位时间内产生的气体，增大了膨胀压力，使得煤的黏结性得到有效提高。因此，利用快速加热能够扩大炼焦煤源。但是需要注意的是，快速加热对半焦收缩发挥着不利的作用，因为加热速度的提高，相邻层之间的连接强度会加大，使得收缩应力会变大，从而产生更多的裂缝。由此可见，合理的应用加热速度，有利于降低对焦炭质量的影响。

（二）煤料粉碎度产生的影响

煤料粉碎度和焦炭强度这两者之间存在着以下的关系：同一种煤的粉碎度增加的话，焦炭强度就会得到增加，而当煤粉碎度达到某一种极限值之后继续增加的话，焦炭的强度不会再继续增加反而会降低。需要注意的是，煤炭的种类不同，其焦炭强度的极大值对应的粉碎度取决于煤的黏结性，若黏结性高的煤，其焦炭强度极大值对应的煤粉碎度愈高，而固体颗粒对液体的吸附作用，使得吸附体黏度增大，因此，要注重煤料细度，希望能够有效提高焦炭的质量。

（三）长结焦时间炉墙温度的变化所产生的影响

长结焦时间炉墙温度的变化，也会在一定程度上影响焦炭的质量，而长结焦时间炉墙温度的变化，其温度的特点是由于中部火道需要热量大量减少，边火道单位时间内散热损失下降不多，边火道温度将降低，而中部火道温度相对升高，再加上各个燃料室的煤气量在减少，使得横管的煤气压力降低，尤其是在横砖的煤气道中焦炉，煤气的分配受横墙中部立火道温度相对高，进而影响到焦炭的质量。

四、结束语

温度作为影响焦炭质量的主要因素之一，会直接影响焦炭的成焦过程，尤其是炉体温度的变化，更是会影响焦炭质量的多个方面。为此，本文从炉体温度对焦炭质量的影响切入，分别从结焦过程中不同部位的特征、结焦过程中工艺条件对结焦过程的影响这两方面入手进行详细的分析，希望通过上述论点的探讨，可以有效提高焦炭质量，从而使其得到更好的利用。

参考文献：

[1]配煤炼焦试验优化与神经网络焦炭质量预测模型的研究[D].田英奇.华东理工大学 2016

[2]莱钢焦煤性质分析及焦炭质量预测研究[D].黄齐华.安徽工业大学 2016

[3]基于焦炭质量预测模型的炼焦配煤优化技术的研究与应用[D].杨邵鸿.东北大学 2016