干熄焦工艺对焦炭性能的影响

孙喜燕

(山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西 汾阳 032200)

引 言

随着国内外焦炉大型化的发展以及喷煤技术的应用，使得焦比大幅度下降，并对焦炭质量提出了更高的要求。一般情况下，在实际生产中常采用提高焦炭质量的方式来增加优质炼焦煤的量。但是，随着我国对钢铁需求量的不断增大，对优质焦炭的需求量也越来越大，从而大大促进了炼焦企业的发展，导致当前焦炭在市场中的供应出现供不应求的局面。焦炭企业为了确保能够在如此激烈的市场环境中具备核心竞争力，在合理降低生产成本的基础上，提升焦炭的质量是主要途径之一[1]。近年来，随着焦炉的大型化的发展，在干熄焦工艺下如何进行配煤炼焦，提升焦炭的质量和性能是当前急需解决的问题。本文着重通过试验研究干熄焦工艺对焦炭性能和质量的影响。

1 干熄焦工艺概述

干熄焦工艺是目前应用于煤炭焦化企业的绿色生产工艺，该方式是将炙热的焦炭采用某种惰性气体直接熄焦的工艺。干熄焦工艺具有资源可回收利用、保护环境以及提升焦炭质量的优势。

1.1 干熄焦工作原理分析

干熄焦指的是将焦炉生产的焦炭通过惰性气体在干熄炉内进行熄灭操作，并对熄灭时的热量进行回收。一般情况下，通过惰性气体所回收的热量通过余热锅炉将水加热至蒸汽，并通过汽轮机带到发电机进行发电。高温惰性气体与水热交换后低温气体利用继续循环利用进入干熄炉内再与红焦进行热交换[2]。在此往复作用下，最终焦炭的温度被冷却至200℃以下。干熄焦的工艺流程，如第73页图1所示。

1.2 干熄焦工艺对焦炭质量的影响分析

基于干熄焦工艺对焦炭进行熄灭操作时，空气中的氧气与焦炭反应生成二氧化碳，二氧化碳在高温的作用下又被还原为一氧化碳。随着干熄焦工艺的不断进行，在焦炭的热作用下会生产一氧化碳、氢气以及甲烷等气体，存在极大爆炸隐患。为了确保干熄焦工艺的安全性常通过向循环气体中注入惰性气体氮气稀释易燃易爆气体的浓度或注入适量的空气将易燃易爆气体充分燃烧，进而降低爆炸的风险[3]。

简单的说，干熄焦工艺在提升焦炭强度的同时降低焦炭的反应性。因此，在实际生产中可通过合理、适当的配弱黏结性煤获得高质量、高性能的焦炭。与湿熄焦工艺相对较而言，干熄焦工艺避免由于喷水的急速冷却导致焦炭内存在应力集中的现象。此外，干熄焦工艺对焦炭具有保温功能，能够进一步提升焦炭的成熟度。

2 基于干熄焦工艺的实验研究

2.1 实验准备

根据相关标准为本次实验选择具有普遍代表性的煤样。取样方法如下：根据标准要求，为保证所取煤样的均匀性和普遍性在带式输送机上每间隔10 min取2 kg煤炭。按照上述取样方法分别取四种不同煤质的煤样，分别为气肥煤、肥煤、焦煤以及焦瘦煤[4]。将所选取的煤样根据相关标准要求对其进行严格破碎后进行炼焦配煤试验。并根据实验内容，为其配置颚式破碎机、焦炉、干熄焦装置等反应装置；配置全硫分测定仪、显微煤岩分析仪、黏结指数测定仪和胶质层指数测定仪等测量设备。

图1 干熄焦工艺流程框图

2.2 实验方法

根据实验内容及要求，为本次试验设计，如图2所示的实验流程。

图2 实验流程框图

如图2所示，根据标准要求按照一定方法采集的煤样经颚式破碎机充分破碎后对其煤质进行检验，主要检验的项目包括有：硫分、黏结指数、胶质层指数等。检验完成后将破碎后煤样按照一定比例混合，并调整煤样的水分和细度将其装入炼焦炉中，经炼焦操作后对焦炭的机械强度、工业分析以及其热性能进行对比分析。

3 干熄焦工艺对焦炭性能的影响

目前，焦炉已从传统的4.3 m发展为6 m。随着焦炉尺寸的改变，干熄焦工艺对焦炭质量的改善也存在差异[5]。因此，本文着重研究6 m焦炉采用干熄焦工艺和湿熄焦工艺对所得焦炭性能进行对比，从而得出干熄焦工艺对焦炭性能的改善。

3.1 干熄焦工艺对焦炭热性能的影响

1) 基于干熄焦工艺下焦炭的气孔含量低于基于湿熄焦工艺下焦炭的气孔含量。而且，干熄焦工艺下焦炭的气孔直径低于基于湿熄焦工艺下焦炭的气孔直径。说明，干熄焦工艺下焦炭的与二氧化碳的接触面积小，导致干熄工艺下焦炭的热反应能力下降，有利于提升焦炭的强度。

2) 湿熄焦工艺需将水蒸气喷洒在红焦上，高温红焦遇水蒸气后出现应力集中的现象，从而在内部存在大量的裂纹；同时，水蒸气的排放会导致大量气孔的产生。对于干熄焦工艺而言，在惰性气体的作用下红焦的温度缓慢下降，在焦炭内部产生应力的可能性很小，从而有利于改善焦炭的质量。

综上所述，不同的熄焦工艺不会影响焦炭内部本身的结构，仅对其表面的气孔有影响，从而影响其热反应强度。而且，干熄焦工艺下焦炭的热反应强度优于湿熄焦工艺下焦炭的热反应强度。

3.2 干熄焦工艺对焦炭抗碱性的影响

分别取同一种煤样采取不同熄焦工艺在相同的碱环境下对焦炭进行处理，并对烘干后焦炭的热反应性能进行检验。

经对实验结果分析可知，碱环境对干熄焦工艺和湿熄焦工艺焦炭的热反应性能均有影响。而且，在碱环境下焦炭的热反应强度均在下降，对应的热反应性能均在升高。不同的是，在同等碱环境的影响下，干熄焦工艺下焦炭的热反应强度大于湿熄焦工艺，即干熄焦工艺下焦炭的热反应性能小于湿熄焦工艺。也就是说，干熄焦工艺的抗碱性由于湿熄焦工艺，进而有利于降低高炉焦比，达到提高焦炉利用系数的目的。

3.3 干熄焦工艺对焦炭质量的改善

经对比4.3 m焦炉和6 m焦炉同样采用干熄焦工艺获得焦炭的机械强度性能进行测定可知：基于干熄焦工艺在6 m焦炉下所获得焦炭的机械强度得到明显改善，且热强度也得到显著提升。而且，在干熄工艺下6m焦炉获得焦炭的强度得到显著提升，尤其是其耐磨性和抗碎强度得到提升。

总之，基于大容积焦炉干熄焦工艺下获得焦炭的质量得到明显改善。

4 结语

随着我国炼钢企业的发展对焦炭的需求量越大越大，而且对焦炭的质量要求也越来越高。在如今形势下，炼焦企业如何在低成本运行状态下获得最高质量的焦炭是其在激烈市场环境中占据一席之地的关键。干熄工艺作为炼焦生产的关键工艺，其对焦炭的质量有明显改善的作用。经研究干熄焦工艺对焦炭性能的影响进一步明确了干熄焦工艺会显著提升焦炭的热反应强度、抗碱性和质量。因此，可将干熄焦工艺在炼焦企业中推广应用。