备煤炼焦工艺条件主要指煤料粉碎的细度、装炉煤的水分含量和堆密度、升温速率和炼焦最终温度等,这些条件对焦炭质量影响较大。
首先,入炉煤堆密度是影响焦炭气孔率的显见因素,若不合理控制的话,直接会影响到焦炭的质量;其次,装炉煤的粒度会直接影响到焦炭的密度;此外,炼焦温度直接影响着焦炭的成焦过程。
具体来看:
1.煤料细度
煤料粉碎细度与焦炭强度的关系是:同一种煤细度增加时,焦炭强度增加,达到某一极值后焦炭强度随细度的增加呈现降低的趋势;对不同煤种而言,黏结性越好的煤,其焦炭强度的极大值对应的细度越高。常规配煤炼焦细度一般要求在80%左右,捣固炼焦细度一般大于85%。
煤料细度指的是炼焦煤料粉碎后小于 3mm 的粒级所占的百分比。这个指标对焦炉操作、焦炭的强度及炼焦化产品回收的质量均有较大影响。细度不够,配合煤混合不均匀,焦炭内部结构不均一,导致强度低;细度过高,堆密度降低,同时由于惰性组分比表面积增大,活性组分被过度吸附,胶质体减薄,胶质体围绕惰性组分成焦减弱,焦炭气孔壁变薄,影响焦炭强度。
对任意堆密度的煤,均有一个焦炭强度最高的最佳粒度上限,该上限随堆密度提高而降低。在一般散装煤的堆密度(0.75t/m3)条件下,若仅控制细度(<3mm的含量)为85%,所得焦炭强度比控制粒度粒度为5mm时要低2.5%,对于堆密度为0.9t/m3的捣固煤料其最佳粒度上限应为3mm。
实际控制中应对强粘结煤粗粉碎以保持其粘结性,弱粘结煤细粉碎以利于分散。破碎工艺应用选择性粉碎工艺,将达到粒度的部分筛选出来,未达到粒度的部分继续进行粉碎,避免大粒度中惰性组分未粉碎,小粒度中活性组分过细粉碎。
2.入炉煤水分
入炉煤的水分主要影响焦炭的强度和气孔率,同时炼焦过程当中,入炉煤水分对煤料的堆密度以及焦炉温度也会产生一定影响。
配合煤水分变化对焦炭热强度影响较大。配合煤水分增大会导致配合煤堆密度降低,焦炭成熟不好,生产出来的焦炭致密性变差,中心气孔及泡焦增多,使焦炭热强度降低。而配合煤实际控制过程中,因来煤水分的不稳定,使配合煤水分波动较大,炼焦过程又不能及时根据水分变化对炉温进行调整,使焦炭质量出现较大波动。
结合生产实践数据,配合煤水分每增加1%,焦炭反应后强度约降低2-3%。生产上一般要求入炉煤水分控制在7%-10%,并保持稳定。
3.煤料堆密度
在备煤和炼焦工艺条件中,入炉煤的堆密度是影响焦炭强度很重要的因素。煤料的堆密度与煤料水分和细度之间关系密切。诸多研究结果显示:水分为 7%-10%,煤料的堆密度最小,在此基础上逐渐增加或减少水分时,堆密度均逐渐加大,但水分减少时堆密度增加较快。在配煤炼焦规定的水分范围内,煤粉碎得越细,堆密度越小。
细度高有利于煤料混合均匀,但在同一水分下细度高则堆密度低,且装炉烟尘量增加,所以在配煤炼焦时要综合权衡煤料的水分、细度和堆密度的关系。目前主要通过煤干燥、捣固工艺、配型煤工艺、煤预热工艺等来提高入炉煤的堆密度。
4.升温速率及炼焦终温
炼焦过程中,升温速率增加会使煤料处于胶质体的温度范围变宽,流动性增强,从而改善煤的黏结性,进而使焦炭结构致密,耐磨强度得到一定的改善;但同时由于相邻层的连结强度也增加,所以焦炭的裂纹也随之增多。提高升温速率对半焦形成后的收缩是不利的。当升温速率提高时,相邻层连结强度加大,从而收缩应力大,半焦收缩的速度也会随之加快,生成裂纹较多,焦炭抗碎强度会有所降低。合理的升温速率应为煤料黏结阶段快、半焦收缩阶段慢。
提高炼焦最终温度或延长焖炉时间,可以提高煤的热解程度,使结焦后期的热分解与热缩聚程度提高,降低焦炭的挥发分含量,使焦炭结构更加致密。
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