结焦时间与焦炭质量关系的20kg小焦炉实验分析
作者：佚名发布时间：1970-01-01
彭荣华 罗 娟（湖南科技大学，湘潭411201)
结焦时间是指配合煤装入焦炉后隔绝空气加热到焦炭成熟，并从焦炉中推出所用的时间。一般情况下，焦炉加热制度恒定时，结焦时间的变化较小。炼焦过程中大致可分为三个阶段。第一阶段为300℃之前，干燥脱气阶段；第二阶段为300～600 ℃，煤粘结形成半焦，产生煤气阶段；第三个阶段为700 ～1000℃，缩聚反应，析出大量煤气，半焦变为焦炭阶段。焦炭的质量与第三阶段中收缩状况有直接关系，这个阶段的时间延长，会降低收缩应力，有利于焦炭强度的提高。因此，在炼焦温度不变的条件下，研究结焦时间与焦炭质量的关系，对于有效地提高焦炭质量具有重要的现实意义。本文在目前常规顶装煤的条件下，利用20kg实验焦炉，在相同炼焦温度和相同配合煤的条件下，进行不同结焦时间的炼焦试验，以此来研究结焦时间与焦炭质量的关系。
1 20kg小焦炉实验
1.1 煤样及配煤比
实验煤种取自湘潭合力焦化公司的原料煤场，其基本性质分析见表1。试验炼焦配煤比按焦煤：1/3焦煤 :肥煤 :气肥煤 :瘦煤 ＝40 :20 :23 :7 :10。
1.2 装置及分析方法
20kg实验焦炉及其配套的原料煤粉碎装置；煤质、强度分析测试装置。原料煤及焦炭试样的采取和制备严格按照GB1997-1989进行，用1/4米库姆转鼓测定焦炭抗碎强度M25和耐磨强度M10，焦炭反应性CRI及反应后强度CSR按GB/T4000-1996进行测定。采用MPV3显微光度计图像法测定焦炭气孔率、数点法测定焦炭显微结构组成。
1.3 实验方案
本实验的目的是扩大结焦时间变化范围，作出生产上不能实现的极限方案。20kg实验焦炉正常结焦时间为8h，实验过程中，通过调整焦炭形成第三阶段的焖炉时间来改变结焦时间，分别为缩短0.5h和1.0h，延长0.5h、1.0h、1.5h和2.0h。对所炼制的焦炭分别进行分析，并进行焦炭热态强度、气孔率和显微结构实验。
1.4 实验焦炉操作条件
（1）装煤操作。一次装煤量（干基）23.0kg ;配合煤细度（<3mm) >85%; 配合煤水分(Mad) 10%；配合煤堆密度（散装）780kg/m3 。
（2）炼焦温度。燃烧室温度1050士10 ℃；焦饼中心温度950℃。
表1原料煤的煤质分析
|
煤种 |
工业分析，％ |
|
Ad |
Vdaf |
St,d |
G |
|
气肥煤 |
8.03 |
38.16 |
1.54 |
95 |
|
肥煤 |
10.13 |
29.25 |
1.39 |
92 |
|
焦煤 |
10.19 |
20.52 |
0.98 |
90 |
|
1/3焦煤 |
8.16 |
33.94 |
0.57 |
85 |
|
瘦煤 |
9.58 |
13.08 |
0.65 |
30 |
2 结果与讨论
2.1 不同结焦时间的实验结果
按实验配煤比、实验方案及炼焦操作条件进行了20kg小焦炉实验，并对所得焦炭进行相关分析，结果见表2。
表2 焦炭性质及焦炭CRI和CSR实验数据
|
序号 |
配煤性质 |
焦炭性质，％ |
结焦时间h |
|
Ad
% |
Vdaf
% |
St,d
% |
G |
Ad |
St,d
|
M25 |
M10 |
Vdaf
|
CRI |
CSR |
|
1 |
9.42 |
25.13 |
0.91 |
83 |
12.11 |
0.83 |
67.9 |
12.1 |
2.49 |
- |
- |
7.0 |
|
2 |
9.56 |
25.37 |
0.93 |
80 |
11.91 |
0.84 |
73.5 |
11.9 |
2.01 |
- |
- |
7.5 |
|
3 |
9.39 |
24.82 |
0.91 |
85 |
12.07 |
0.81 |
80.8 |
11.2 |
1.84 |
35.83 |
50.52 |
8.0 |
|
4 |
9.43 |
25.21 |
0.98 |
84 |
12.14 |
0.84 |
85.1 |
10.8 |
1.80 |
35.54 |
51.51 |
8.5 |
|
5 |
9.52 |
25.22 |
0.97 |
84 |
12.01 |
0.81 |
88.5 |
10.5 |
1.79 |
35.40 |
51.55 |
9.0 |
|
6 |
9.46 |
25.17 |
0.92 |
82 |
11.85 |
0.82 |
85.0 |
10.2 |
1.77 |
35.40 |
51.96 |
9.5 |
|
7 |
9.34 |
24.85 |
0.91 |
85 |
12.07 |
0.84 |
82.1 |
10.9 |
1.77 |
35.38 |
52.14 |
10.0 |
由表2可看出，随着结焦时间的延长，焦炭的挥发分逐渐降低。结焦时间7.0h时，焦炭的挥发分为2.49%，高于冶金焦的质量标准（GB/T 1996-94) ≯1. 9％的要求，属于生焦。在结焦时间提高到8.0h以后，焦炭成熟，挥发分较稳定。因此,本试验分析从8.0h开始延长结焦时间。
2.2 结焦时间对焦炭冷态强度的影响
根据表2的结果，绘制焦炭冷态强度随结焦时间的变化趋势图，见图1和图2。
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|
图2 结焦时间对M10的影响
由图1可看出，随着结焦时间的延长，焦炭M25逐渐升高，呈上升趋势；但当结焦时间超过9.0h后，M25反而下降。因此，适当延长结焦时间，有利于改善焦炭的抗碎强度。由图2中可看出，随着结焦时间的延长，焦炭M10明显降低。因此，延长结焦时间有利于改善焦炭的耐磨强度。
2.3 结焦时间对焦炭热态强度的影响
根据表2的结果绘制焦炭热态强度随结焦时间的变化趋势图见图3和图4。
图4 结焦时间对CSR的影响
由图3可看出，随着结焦时间的延长，焦炭CRI下降比较明显；但当结焦时间超过9.0h后，随着结焦时间的延长，CRI下降的幅度较小。由图4可看出，随着结焦时间的延长，焦炭CSR逐渐升高，当结焦时间超过9.0h后，随着结焦时间的延长，CSR增加缓慢，但总体呈现上升趋势。可见，延长结焦时间也可以改善焦炭热态强度。
2.4 结焦时间对焦炭显微结构的影响
对实验所得到的焦炭在低倍显微镜下截取图片，进行焦炭气孔率分析和焦炭显微结构分析，结果见图5和图6。
图6 结焦时间对焦炭显微结构的影响
由图5可知，随着结焦时间的延长，焦炭气孔率逐渐提高。然而，随着焦炭气孔率的增加，焦炭的热性质会恶化，从而使焦炭CRI增加，CSR下降。因此，焦炭气孔率的变化会影响焦炭的CSR。由图6可知，随着结焦时间的延长，焦炭中镶嵌结构的比例逐渐提高，焦炭中惰性组分逐渐降低。焦炭气孔率随结焦时间延长而增加，使焦炭热态强度降低，而焦炭镶嵌结构随结焦时间的延长而提高，使焦炭热态强度增加，两种因素共同作用引起焦炭宏观性质的变化。因此，焦炭微观性质的变化决定了焦炭宏观性质的变化。可见，焦炭显微结构的变化也会影响焦炭的CSR。
3 结论
通过实验分析，在炼焦生产过程中，适当延长结焦时间，可使焦炭的抗碎强度M25和反应后强度CSR大幅度提高，而焦炭的耐磨强度M10和反应性CRI明显降低。但结焦时间延长过长，焦炭的耐磨强度M10、反应性CRI和反应后强度CSR虽然可得到改善，但效果不明显，焦炭的抗碎强度M25的下降却比较明显。为了更好地改善焦炭的冷态强度和热态强度，建议在生产条件允许的情况下，应适当延长结焦时间。
（200911061） | |
