焦炉炭化室变宽对焦炭性质影响的研究_煤炭

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焦炉炭化室变宽对焦炭性质影响的研究

作者：佚名发布时间：1970-01-01

焦炉的大型化，主要是炭化室向大容积方向发展，80年代以前，增大炭化室容积主要放在长向和高向上，在宽向上一直趋于不超过450mm，认为只有这样才会有较高的生产率。但人们在长期的生产实践中发现，为了焦炉操作顺利，在增加炭化室长度和高度的同时，还必须适当增加炭化室的宽度。为此，国内外一些厂矿和研究单位进行了炭化室宽度变化与焦炉操作条件和焦炭机械强度关系的研究。本文试图从焦炭的显微强度、结构强度、孔孢结构等微观性质以及焦炭的筛分组成、抗碎强度、耐磨强度、热反应性等几个方面来描述不同宽度炭化室所炼制的焦炭性质的变化情况。

1 试验方法

1. 1 不同炉宽炭化室的炼焦试验

炼焦试验是在鞍山热能院可变炉宽焦炉上进行的。炭化室长310mm、高350mm、试验选择宽度分别为350、450、500、600mm四种；干装煤量为15kg（宽为350mm时）；装炉煤水分为10％；火道温度1100℃；结焦时间为12、16、18、20 h（对应350、450、500、 600mm宽）。

1.2 焦炭机械强度测试

按比例取60～80mm及＞80mm焦炭4kg，在1/3米库姆转鼓中（25±1) r/min共转4min（约100转），转鼓中的焦炭分别用40mm、30mm、25mm及10mm筛子筛分。所得的＞40mm、>30mm、>25mm焦炭量与入鼓量之比即为M₄₀、M₃₀、M₂₅，＜10mm的焦炭量与入鼓量之比为M₁₀。

1.3 焦炭气孔结构测试

选取整块焦炭，在离菜花头50 mm处切开，将切下的焦炭制成光片，在偏光显微镜下选择20个以上不同视域进行照相，照片用扫描仪输入计算机，用707图象分析系统进行编辑、处理、测量，得气孔率、气孔平均直径、气孔壁平均厚度和其他参数。

1.4 焦炭光学组织的分类和命名

本文所用焦样的光学组织定量测定采用了11类分类和命名方案，见表1。

1.5 焦炭显微强度的测试

取（2±0. 001) g块度为0. 6～1. 25 mm的焦样，称量后放入Φ25.4×305 mm的不锈钢管内，再装入12个直径为Φ8mm的钢球，以25r/min速度转32min，取出后用0.21mm和0.6mm的方孔筛在振动筛上振筛4min, 以>0. 6mm、0. 21～0. 6mm及＜0. 21mm的量占入鼓量的百分数用R1、R2、 R3表示，R1 +R2作为显微强度指标（MSI) 。

表1 焦样光学组织的分类和命名

类别	符号	同色区尺寸及镜下特征	OTI
各向同性	I	无光学活性	0
极细粒镶嵌	V_mf	同色区直径＜0.5μm	1
细粒镶嵌	M_f	同色区直径0.5～1.5μm	3
中粒镶嵌	M_m	同色区直径1.5～5.0μm	5
粗粒镶嵌	M_c	同色区直径5.0～10.0μm	10
成列镶嵌	M_s	同色颗粒排列成行	9
不完全纤维	F_i	宽＜10μm,长＞10～30μm	13
完全纤维	F	宽＜10μm,长＞30μm	20
片状	L	同色区直径＜10μm	20
基础各向异性	B	煤中固有各向异性组织	0
类丝片、破片	FF	保持丝质结构，轮廓分明不熔融	0

1.6 焦炭结构强度的测试

取50g、13～6mm的焦炭，称量后放入Φ25.4×305mm的不锈钢管内，装入5个Φ15mm的钢球，以25r/min速度转40min。取出后用l mm圆孔筛在振动筛上振筛4min，以筛上物占入鼓焦炭的百分数作为焦炭结构强度指标(SSI) 。

1.7 焦炭反应性的测试

取在150～160℃下干燥1.5～2h的3～6mm焦样20g，装入反应管恒温区，焦样上下端用瓷珠支撑．以20～25℃/min的速度升温至400℃，通入氮气保护，直至升到1100℃后，切换为CO₂气体，流量控制为0. 5L/min，维温反应120min。切断电源，改通氮气保护冷却至400℃。冷却至室温后取出称量用反应后失重占原焦样的百分数，作为反应性指标(CRI)。

1.8 焦炭筛分组成的测试

将空气干燥后的焦炭，从1.8m的高处坠落两次，然后用60、40、25、10mm的圆孔筛进行筛分计算出＞60、60～40、40～25、25～10和＜l0mm各级的质量百分比，即为筛分组成。

2 试验结果分析

本实验是将两种不同的配煤（都以气煤为主）在鞍山热能院的变宽小焦炉上进行了四种宽度的炼焦试验，然后将焦炭进行对比分析，研究炉宽变化对焦炉各种性质的影响。

2.1 试验原料与焦炭性质

试验选用9种单种煤，煤质分析见表2。方案1中气煤配入50％（表3)，方案2中气煤配入45％,肥煤多配入5％，从G值看，方案2的粘结性稍好。

表2 单种煤的质量分析结果

煤种		山家林	南桐	青龙山	望风岗	朱仙庄	芦岭	蒋庄	新汶	夹河
工业分析，％	M_ad	1.92	0.96	0.90	2.04	2.54	2.30	2.45	2.42	4.38
	A_d	8.97	11.90	12.80	12.29	9.50	9.31	7.67	10.36	11.02
	V_daf	33.56	22.80	17.35	31.46	34.59	34.55	38.07	39.00	37.47
全硫S_t,ad, ％		1.53	1.76	0.47	0.82	0.36	0.40	1.04	0.99	0.49
G		98	90	46	80	57	78	80	71	60
胶质层指数，mm	X	1.8	9.0	19.0	31.5	45.0	32.5	34.0	-	39.0
胶质层指数，mm	Y	45.0	19.0	10.0	21.5	12.0	15.5	14.5	-	12.5
奥亚膨胀度实验	T1	340	415	430	365	300	380	345	-	380
	T2	390	445	490	425	425	420	415	-	430
	T3	480	465	505	475	450	465	445	-	448
	a	27	27	22	21	19	25	21	-	18
	b	537	62	－16	172	－13	37	18	-	－11
R_max		0.9688	1.4200	1.7448	0.9947	0.9028	0.9664	0.7408	0.7755	0.8060
煤岩组成，％	V	80.85	70.91	41.91	56.02	37.54	53.96	57.28	55.98	57.82
	SV	1.92	10.24	15.36	5.92	4.12	4.15	3.25	5.78	1.99
	F	15.65	13.52	40.03	27.42	44.50	31.63	27.90	25.26	28.67
	E	0.09	0.18	-	4.78	10.64	6.64	6.21	8.91	9.09
	M	1.49	5.15	2.70	5.86	3.20	3.63	5.36	4.06	2.43
煤分类	煤种	FM	JM	SM	1/3JM	QM	1/3JM	QM	QM	QM
煤分类	编号	36	25	13	35	34	35	45	44	44

表 3 实验用配煤方案及工业分析

方案	配煤比，％				配煤工业分析，％
方案	配煤比，％				A_d	V_daf	S_t,ad	G
1	山家林	南桐	青龙山	朱仙庄	10.70	33.11	0.83	76.1
	10	10	5	10
	芦岭	蒋庄	新汶	夹河
	15	10	10	10
2	山家林	南桐	青龙山	朱仙庄	10.84	32.18	0.89	76.8
	15	10	10	10
	芦岭	蒋庄	新汶	夹河
	10	10	10	10

表4 不同宽度炭化室的炼焦试验结果

方案		1				2
炉宽，mm		350	450	500	600	350	450	500	600
筛分组成，％	＞80 mm	13.5	12.9	24.9	21.1	13.0	7.3	22.9	20.8
	80～60mm	30.9	32.5	40.2	34.0	36.8	34.8	35.3	34.5
	60～40mm	40.7	40.3	19.3	33.4	34.9	45.6	27.5	31.8
	40～20mm	10.2	9.9	11.5	6.5	12.1	9.3	9.1	7.2
	20～10mm	0.9	1.2	1.4	0.6	0.6	0.7	0.4	0.9
	＜10mm	3.8	3.2	2.7	4.4	2.6	2.3	4.8	4.8
平均块度，mm		57.5	57.8	64.0	61.8	58.8	56.7	62.1	61.3
1/3米库姆转鼓，％	M₄₀	60.4	59.9	70.6	71.7	58.4	59.8	66.6	70.2
	M₃₀	80.9	81.3	81.7	82.9	80.6	81.0	82.1	83.5
	M₂₅	84.6	83.6	84.6	84.9	84.5	84.7	85.3	86.0
	M₁₀	11.0	11.7	12.7	12.9	10.7	11.3	11.6	11.8

2.2 结果与讨论

（1）炭化室宽度对焦炭筛分组成的影响。由表4可以看出，两种方案所得焦炭筛分组成变化趋势基本一致，随炭化室宽度增大，焦炭中大于60mm的量增加，平均块度增大，而且到炭化室宽为500mm时达到最大值。这可能是由于炭化室宽度增加使装炉煤堆密度增加，从而使大块焦产率增加。

（2）炭化室宽度对焦炭M₄₀和M₁₀的影响。焦炭的M₄₀、M₂₅和M₁₀列于表4。从表4看出，随着焦炉炭化室宽度增加，焦炭的M₄₀增加。在三个指标中，M₃₀的规律性最好。当宽度从350mm增加到450mm时，焦炭的抗碎强度（M₃₀）增加不大，而在500mm以上则变化明显，特别是炭化室从500mm增至600mm时更为显著。但随炭化室宽度增加，焦炭的耐磨强度下降，即M₁₀增加。但对粘结性稍好的方案2则变化不大，这是由于气煤含量较高时，大量的挥发分释放，半焦收缩为焦炭后，气孔壁较薄，随炭化室宽度的增加，气孔壁厚变薄而导致焦炭的耐磨强度变差。

（3）炭化室宽度对显微强度和结构强度的影响。由表5可见，随炭化室宽度的增加，焦炭的显微强度有下降趋势，这可能有以下两种原因，一是由于结焦时间不成比例的延长而致，使焦饼中心温度及焖炉时间各不相同；二是炭化室宽度增加后，煤的升温速度下降，不利于中间相的生成和发展，从而导致显微强度下降。就两种方案比较来看，方案2的显微强度略高于方案1，这是由于方案2的粘结性好于方案1，焦炭光学组织中的各向异性含量高所致。炭化室宽度对结构强度的影响不明显。

（4）炭化室宽度对焦炭气孔结构的影响。试验只对方案1的气孔结构进行了分析，方案1配入气煤为50％，肥煤为10％，见表5。由表5看出，随炭化室宽度的增加，气孔率、气孔平均直径有变大的趋势，气孔壁变薄。由于气煤挥发分高，在塑性温度区间释放出大量的气体，且半焦收缩大，焦炭气孔大且不均匀，气孔壁较薄，在宽炭化室中，由于传热等原因而使煤的塑性温度区间变窄，不利于胶质体的生成，造成较高的气孔率。这样，炭化室宽度的增加就造成了气孔率上升，气孔变大，孔壁变薄，焦炭性质略微变差。试验是在小焦炉上完成的，没有考虑堆密度等影响。在工业炉上，随堆密度的增加，气孔结构有可能会好些。

（5）炭化室宽度对焦炭反应性的影响。由表5中可看出，随炭化室宽度的增加，反应性变化无明显规律，这是因为焦炭反应性的主要影响因素是炼焦条件的改变，但这些对焦炭反应性的影响既不显著，也无规律，因而反应性变化也不明显。但焦炭反应后强度有下降的趋势，这是因为焦炭光学组织中镶嵌组织含量减少以及气孔壁变薄的结果。

以上研究是基于小焦炉炼焦及气煤为主的配煤，在改变这些条件后，焦炭性质也许会有所改善。

表5 不同宽度炭化室的焦炭性质

方案		1				2
炉宽，mm		350	450	500	600	350	450	500	600
气孔结构	P，％	59.9	65.4	77.5	67.5	-	-	-	-
	W，μm

p width=50> 103.74	96.69	95.14	85.27	-	-	-	-
D，μm	149.47	174.16	300.75	182.79	-	-	-	-
光学结构	I	6.6	8.1	6.8	7.3	5.3	6.4	5.7	5.0
	V_mf	5.4	6.2	6.4	6.1	3.8	4.8	8.1	4.5
	M_f	15.3	17.4	18.1	18.4	12.7	13.1	15.0	13.7
	M_m	20.6	18.7	15.6	17.9	17.6	17.4	14.7	17.1
	M_c	6.2	6.9	6.8	7.3	6.8	6.6	7.1	6.9
	M_s	2.5	2.6	2.8	2.7	3.1	3.3	3.4	4.1
	F_i	18.4	17.2	17.5	17.1	20.3	18.8	19.5	19.1
	F	3.5	3.3	3.4	3.0	9.8	9.1	9.6	9.7
	L	3.0	3.2	3.6	3.3	4.5	4.6	4.8	-
	FF	18.5	-	1.0	-	16.1	-	-	-
强度性质，％	MSI	65.2	63.5	62.3	64.4	65.0	64.6	63.9	64.2
	SSI	85.5	84.7	85.0	86.1	85.0	84.6	87.6	83.5
	CRI	31.8	36.3	31.5	34.5	32.8	36.3	34.3	33.5
	CSR	38.0	35.0	37.6	32.8	36.8	29.8	36.8	33.3

3 结论

(1) 增加炭化室宽度．焦炭的平均块度增大，抗碎强度有所改善，但耐磨强度有变差趋势；焦炭显微强度、结构强度以及热反应性有一定影响；焦炭的微观强度变差；有使气孔率增加、气孔直径变大、孔壁变薄的趋势。

（2) 粘结性好的煤在宽炭化室中炼焦时的各项指标较好，说明粘结性好的煤对炭化室宽度变化的适应性较好。

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