第38卷第5期武钢技术Vol. 38No. 5
WISC O TECH NO LOGY Sep. 2000・22・2000年9月
提高高炉焦炭质量的研究
杜功柳 刘智平 潘立慧 周学鹰
(武钢焦化厂)
李清田 梁 健
(武汉科技大学)
摘 要 分析了武钢高炉喷煤的现状和发展规划, 以及提高焦炭质量的必要性。根据不同配煤比
条件下炼焦试验和改变工艺条件下炼焦试验的结果, 探讨了生产中提高焦炭质量的途径和有待进一步研究的问题。还对20kg 试验焦炉焦炭与6m 、4. 3m 焦炉焦炭热反应性CRI 和反应后强度CSR 的相关性进行了研究。
关键词 喷煤 焦炭质量 热反应性
STU DY ON IMPR OVEMENT IN Y OF Du G ongliu Liu Zhiping Li (of Science &T echnology
)
The current status of coal injection into BF in WISC O and its development plan and necessity of raising the coke quality are analyzed ;and ways to im proving the coke quality and exist 2ing problems discussed on the basis of coking tests under different coal to coke conversion ratios and various processing conditions ;and the relationship between the thermal reaction of coke CRI in 20kg test coke oven and in 6m and 4. 3m coke oven and the coke strength CSR after reaction are identi 2fied.
K eyw
ords coal injection coke quality thermal reaction
1 前 言
高炉大型化和富氧喷煤工艺是世界范围内高
炉技术发展的趋势。高炉风口实现富氧喷吹新技术能够显著降低焦比, 提高高炉的利用系数, 而且能够缓解优质炼焦煤的严重短缺。它已经成为国内冶金系统普遍关注的热点。
近年来, 武钢的高炉喷煤水平也在不断提高。历年武钢高炉喷煤的发展及其现状如图1和表1所示。
武钢高炉的喷煤水平由1991年的46kg/t 提高到1999年的108. 2kg/t , 虽然有着较大进步, 但
杜功柳, 男, 高级工程师
图1 1987～1999年武钢高炉喷煤情况表1 1998、1999年武钢各高炉喷煤状况/kg ・t -1高 炉
1998年
1号852号78. 53号85. 44号95. 35号108. 2全厂
97. 26
杜功柳等:提高高炉焦炭质量的研究
与世界先进水平仍有较大的差距。武钢现有2套喷煤制粉系统, 制煤粉能力为60～70万t/a , 粉煤系统无惰性气体保护。预计到2001年中期上一套新系统, 制煤粉能力达85万t/a , 主要负责4号、5号高炉粉煤喷吹。同时, 对其中一套老系统进行改造, 以实现既可以喷吹无烟煤又可以喷吹烟煤的系统。计划在2年内1、4、5号高炉的粉煤喷吹量达到200kg/t 以上, 2、3号高炉达到180kg/t , 并逐步增加烟煤的喷吹比例。
高炉实现富氧喷吹新技术后, 焦炭在高炉中的有些功能被喷吹的煤粉所取代, 而且由于焦比的降低, 焦炭在高炉内的停留时间延长, 焦炭作为支撑作用的负荷将进一步增强。由此可见, 配合武钢喷吹水平的提高, 提高焦炭的质量势在必行。针对这一情况, 开展了提高焦炭质量途径的课题研究。
表3
原料煤及配合煤煤质分析
煤名新汶
田庄峰峰韩城候马肥煤配1号配2号配3号配4号配5号配6号配7号配8号
牌号气肥煤1/3焦煤主焦煤瘦煤次焦煤肥煤--------
・23・
Ad/%Vdaf/%Mad/%S/%G Y /m m 8. 149. 518. 777. 979. 359. 439. 349. 75
38. 2123. 11624. 9126. 1125. 3225. 0226. 36
1. 461. 93921. 1
0. 51720. 940. 66740. 820. 39330. 92
0. 669
0. 731. 18871. 130. 72681. 26
0. 666
[***********]71216
11. 4428. 91
11. 8427. 5710. 2724. 27
1. 260. 686914. 51. 290. 67641. 220. 78690. 9
0. 54631. 150. 6569
10. 0423. 3810. 4124. 8811. 5924. 64
0. 76656114. 5
20kg 煤 1配2号配3号配4号配5号配6号配7号配8号
40M 10CRI 3CSR 3MSI 3
%
2 2. 1 881. 3013. 191. 3313. 081. 4712. 981. 3712. 761. 2912. 851. 3012. 321. 2612. 681. 26
0. 6079. 67. 438. 536. 056. 500. 5478. 38. 240. 036. 250. 060. 6178. 08. 138. 435. 955. 750. 6078. 87. 438. 834. 952. 010. 7079. 07. 436. 638. 359. 040. 5077. 88. 640. 635. 356. 830. 6878. 28. 341. 133. 154. 130. 6878. 37. 541. 632. 254. 02
8个配煤方案,20kg 试验焦炉的结焦时间为8h , 燃烧室温度1060℃, 焦饼中心温度不低于950℃, 配煤方案如表2。
表2 8个配煤方案
配煤比/%
编号配1号
配2号配3号配4号配5号配6号配7号配8号
气肥煤
() 10-101020--20
3CRI —焦炭热反应性 CSR —焦炭热反应后强度
MSI —焦炭显微强度
肥煤
-10----20-
1/3焦煤主焦煤次焦煤() [**************]0
[**************]0
-1010--1010-
瘦煤
[**************]0
() () ()
按照以上8个配煤方案配煤, 所得配合煤的
性质分析如表3。
将配合煤在20kg 试验焦炉中进行炼焦试验, 得到的焦炭性质如表4。
从以上数据可以看出, 配1、配5方案最优,
既有最佳的冷态强度, 又有最佳的热反应后强度
CSR ; 配2、配3、配4次之, 具有中等的冷热强度; 配6、配7、配8最差, 其冷强度中等, 反应后强度CSR 最差。分析其原因可以认为:
(1) 灰分影响 灰分构成物与焦炭成分的热膨胀性不一致, 结焦末期因两者收缩应力不一致而导致裂纹产生。灰分越大产生的裂纹越多, 而且焦炭在高炉中进行二次加热时, 裂纹将扩展加剧, 同时部分灰分被还原导致焦炭结构破坏, 降低焦炭热强度。
(2) 粘结性影响 焦炭粘结性的大小取决于胶质体的数量和质量, 这可以从G 值、Y 值的大小体现出来。由于粘结性直接影响焦炭内部变形粒子和惰性粒子结合牢固程度, 所以有较高G 值、Y 值的配煤强度将更佳。表3中的8组配煤中配5
武钢技术 2000年第5期・24・
的焦炭质量较好也正是这一原因。虽然配5的G 值与配3、配7相同, 且与配1也很接近, 但配5的Y 值最高, 从这一点上说明在配煤中G 值用于判断焦炭质量仍有不足之处。如果能辅之于在一定程度上表征煤的热固化温度区间的Y 值, 则对判断焦炭质量将更加有效。2. 2 在改变工艺条件下炼焦试验
本课题共改变了三个工艺条件:
(1) 改变配煤水分, 分别为6%、8%、10%; (2) 改变焖炉时间, 焖炉时间分别为0. 5h 、1h 、1. 5h , 即结焦时间分别为8. 5h 、9. 0h 、9. 5h ;
(3) 改变炼焦温度, 以控制火道温度为基准,
分别为1090℃、1130℃、1180℃。由此得到的焦炭质量见表5。
%
MSI 58. 057. 256. 254. 856. 055. 359. 0
表5 改变炼焦工艺条件下20kg 试验焦炉焦炭分析
煤名配9号配10号配11号配12号配13号配14号配15号配16号配17号
Mad 0. 20. 570. 80. 640. 590. 270. 140. 22Ad 12. 8813. 3712. 6612. 6412. 9612. 8512. 7412. 83Vdaf 1. 371. 301. 361. 231. 371. 231. 215921
M 4078. 479. 678. 778. 179. 5278. 377. 27
M 106. 46. 46. 07. 07. 07. 57. 0CRI 31. 332. 732. 133. 431. 931. 1331. CSR 54. 252. 956. 452. 855. 055. 252. 456. 7
备注
10%水分8%水分6%水分8. 5h 结焦0h 1130℃1180℃
注:, 102. 2. 1
改变入炉煤水分
%、1/3焦煤45%、焦煤30%、瘦煤15%
改变入炉煤水分, 不但影响煤料的堆密度而
且会影响升温速度。随着水分的增加, 煤料的堆密度逐渐降低, 当水分达到8%时堆密度最小, 以后又随着水分的增加而上升。
从图2、图3可以看出, 当入炉煤水分为8%时M 40最好, CSR 最差、M 10最差; 入炉煤水分为6%时M 40较好、CSR 最好、M 10最好; 入炉煤水分为10%时M 40最差、CSR 较好、M 10居中。这是因为增大入炉煤的堆密度有利于煤粒的接触并且容易发生粘结和界面反应, 使焦炭气孔分布均匀, 孔位及气孔率减小, 从而使M 10减小,CSR 升高。提高升温速度会使半焦收缩速度增大, 导致内应力增加, 产生更多裂纹, 从而使M 40下降; 又因为提高了升温速度增加软固化温度区间, 使得CSR 提高。
从以上结果可以看出
, 当入炉煤的水分控制在6%左右, 所得焦炭的冷热强度都比较理想。这一要求通过煤调湿技术(C MC ) 是可以实现的。2. 2. 2 改变焖炉时间
图2 入炉煤水分与CSR 的关系
的M 10增大,CSR 升高,M 40先升后降。这是因为延长结焦时间加剧了焦炭的缩聚程度, 使气孔壁更加致密, 所以显微强度MSI 提高。同时因为气孔壁致密化导致裂纹扩展, 使M 40降低。从三者结果来看, 延长1h 的焖炉时间为最佳。2. 2. 3 改变炼焦温度
图4、图5分别是炼焦温度1090、1120、1180℃与M 40、M 10、CSR 关系图。从图中可知, 随着炼焦温度的提高, 焦炭的M 40、M 10降低,CSR 升高。这是因为煤料在炭化室内炼焦的过程是煤料热破坏和热聚合过程, 当提高炼焦温度, 即提高加热速度, 加宽了胶质体塑性温度区间, 胶质体有充分的
从表5数据可见, 随着焖炉时间的加长, 焦炭
杜功柳等:提高高炉焦炭质量的研究
机会润湿其周围的变形煤粒而粘结在一起, 使焦炭结构更加致密, 故CSR 得到了提高
。
・25・
M 图3 40
, 焦炭裂纹
, 造成了M 40的显著降低。2. 3 20kg 试验焦炉与大焦炉焦炭热性能的相关
性研究
武钢焦化公司一直将20kg 试验焦炉作为生产配煤调整、新配煤和炼焦工艺效果评价等的主要手段, 本课题研究了20kg 试验焦炉焦炭热性能与大焦炉焦炭之间的关系, 为获得热性能好的焦炭而确定适宜的炼焦条件提供有效的试验手段。
2. 3. 1 20kg 试验焦炉焦炭与6m 焦炉焦炭热性
图4 炼焦温度与CSR 的关系
煤料在炭化室中被加热生产焦炭主要经过两
个阶段, 即粘结阶段和半焦收缩形成焦炭的收缩阶段。由于本次试验用配煤比中,1/3焦煤和焦煤的用量较大, 粘结性比较好, 提高炼焦温度对粘结性的提高已不具太大的意义, 反而对半焦收缩产
能关系
本试验的配煤取自与武钢7号焦炉(6m 焦炉) 同批配比的配后煤样10个, 用20kg 试验焦炉炼制焦炭。按照G B4000-83测定大、小焦炉焦炭的热反应性和反应后强度, 试验结果见表6。
表6 20kg 试验焦炉焦炭与6m 焦炉焦炭热性能关系
指 标
1
CRI CSR
7号焦炉20kg 试验焦炉7号焦炉20kg 试验焦炉
33. 143. 152. 834. 6
22832. 358. 945. 3
333. 440. 454.
838. 4
434. 94252. 734. 6
试 验 结 果 /%
5364051. 138. 8
635. 646. 250. 534. 2
735. 943. 95236. 6
839. 347. 644. 628. 8
939. 851. 744. 131. 5
1030. 434. 660. 345. 1
武钢技术 2000年第5
期・26・
通过一元回归分析, 建立20kg 试验焦炉(简称小焦炉) 与7号焦炉(简称大焦炉) 焦炭热性能指标的相关方程:
CRI 大焦炉=0. 5806 CRI 小焦炉+10. 149
r =0. 9284 s =1. 3380 CSR 大焦炉=0. 9045CRI 小焦炉+18. 932 r =0. 9247 s =1. 8861
2. 3. 2 20kg 试验焦炉焦炭4. 3m 焦炉焦炭热性
能关系
本试验的配煤取自与武钢5号焦炉(4. 3m 焦炉) 同批配比的配后煤样11个, 用20kg 试验焦炉炼制焦炭。按照G B4000-83测定大、小焦炉焦炭的热反应性和反应后强度, 试验结果见表7。
表7 20kg 试验焦炉炭与4. 3m 焦炉焦炭热性能关系
指 标
1
CRI CSR
5号焦炉20kg 试验焦炉5号焦炉20kg 试验焦炉
25. 1829. 0365. 5550. 66
227. 3533. 2363. 0445. 71
331. 0338. 2757. 0939. 85
429. 5136. 5258. 8943. 38
试 验 结 果 /%
528. 0335. 8661. 5943. 45
629. 4336. 6160. 2543. 33
726. 3133. 4962. 2844. 96
826. 0333. 0363. 5845. 65
925. 4831. 0465. 2249. 93
1025. 2030. 8565. 4950. 20
1126. 8234. 6662. 5946. 22
通过一元回归分析, 建立20kg 试验焦炉(简
称小焦炉) 与5号焦炉(简称大焦炉) 指标的相关方程:
r =CSR 0. 7052CRI 小焦炉+28. 085 r =0. 9632
右((6%左右, 不仅能够提高经
, 而且能够增大入炉煤的堆比重, 使焦炭的冷热强度都得到改善。
(3) 干熄焦。干熄焦工艺在节约能源、环境保护和提高焦炭质量方面有比较显著的效果。武钢经过了几年的前期准备工作后, 有望在近2年投资兴建干熄焦装置,M 40将提高2%～3%。
由以上4个相关系数和方差可知, 小焦炉焦炭与6m 焦炉焦炭、4. 3m 焦炉焦炭的热性能都具有良好的相关性, 对生产有一定的指导意义。
3 生产中提高焦炭质量的途径
3. 1 降低配合煤灰分
4 有待研究的问题
当炼焦生产采用以上新工艺之后, 为确保焦
化生产的稳定及对后序工艺带来的问题, 尚有以下问题需要进一步研究。
(1) 优化配煤比, 尤其需要解决的是混煤再配合问题。选择合适的化学指标和煤岩学指标, 建立煤质与焦炭质量之间的数学模型, 采用计算机方法预测焦炭质量, 优选配煤比, 以达到合理利用炼焦煤资源和焦炭质量稳步提高的目的。
(2) 随着炼焦用煤水分的降低, 在采用高压氨水喷射无烟装煤的条件下, 减少进入煤气净化系统的焦油、氨水、煤气中的煤粉量, 以保证生产工艺的正常运行是非常重要的。
(收稿日期:2000—05—24)
武钢近几年配合煤的灰分呈现逐年降低的趋
势, 配合煤的灰分由1997年的10. 23%降低到1999年的9. 54%, 焦炭的M 40由1997年的78. 49%提高到1999年的79. 48%, 由此可见降低配合
煤的灰分能够有效地提高焦炭质量。3. 2 采用炼焦新工艺
根据本研究结果, 针对武钢高炉富氧大喷吹对焦炭质量的要求, 今后在武钢炼焦生产工艺中拟采用如下措施。
(1) 新建焦炉尽量采用6m 大容积焦炉, 入炉煤的堆比重增大, 有利于焦炭质量的提高或多配弱粘结性煤。一般情况下,6m 焦炉的焦炭比4. 3m 焦炉焦炭的M 40高3%～4%,M 10低0. 5%左
第38卷第5期武钢技术Vol. 38No. 5
WISC O TECH NO LOGY Sep. 2000・22・2000年9月
提高高炉焦炭质量的研究
杜功柳 刘智平 潘立慧 周学鹰
(武钢焦化厂)
李清田 梁 健
(武汉科技大学)
摘 要 分析了武钢高炉喷煤的现状和发展规划, 以及提高焦炭质量的必要性。根据不同配煤比
条件下炼焦试验和改变工艺条件下炼焦试验的结果, 探讨了生产中提高焦炭质量的途径和有待进一步研究的问题。还对20kg 试验焦炉焦炭与6m 、4. 3m 焦炉焦炭热反应性CRI 和反应后强度CSR 的相关性进行了研究。
关键词 喷煤 焦炭质量 热反应性
STU DY ON IMPR OVEMENT IN Y OF Du G ongliu Liu Zhiping Li (of Science &T echnology
)
The current status of coal injection into BF in WISC O and its development plan and necessity of raising the coke quality are analyzed ;and ways to im proving the coke quality and exist 2ing problems discussed on the basis of coking tests under different coal to coke conversion ratios and various processing conditions ;and the relationship between the thermal reaction of coke CRI in 20kg test coke oven and in 6m and 4. 3m coke oven and the coke strength CSR after reaction are identi 2fied.
K eyw
ords coal injection coke quality thermal reaction
1 前 言
高炉大型化和富氧喷煤工艺是世界范围内高
炉技术发展的趋势。高炉风口实现富氧喷吹新技术能够显著降低焦比, 提高高炉的利用系数, 而且能够缓解优质炼焦煤的严重短缺。它已经成为国内冶金系统普遍关注的热点。
近年来, 武钢的高炉喷煤水平也在不断提高。历年武钢高炉喷煤的发展及其现状如图1和表1所示。
武钢高炉的喷煤水平由1991年的46kg/t 提高到1999年的108. 2kg/t , 虽然有着较大进步, 但
杜功柳, 男, 高级工程师
图1 1987～1999年武钢高炉喷煤情况表1 1998、1999年武钢各高炉喷煤状况/kg ・t -1高 炉
1998年
1号852号78. 53号85. 44号95. 35号108. 2全厂
97. 26
杜功柳等:提高高炉焦炭质量的研究
与世界先进水平仍有较大的差距。武钢现有2套喷煤制粉系统, 制煤粉能力为60～70万t/a , 粉煤系统无惰性气体保护。预计到2001年中期上一套新系统, 制煤粉能力达85万t/a , 主要负责4号、5号高炉粉煤喷吹。同时, 对其中一套老系统进行改造, 以实现既可以喷吹无烟煤又可以喷吹烟煤的系统。计划在2年内1、4、5号高炉的粉煤喷吹量达到200kg/t 以上, 2、3号高炉达到180kg/t , 并逐步增加烟煤的喷吹比例。
高炉实现富氧喷吹新技术后, 焦炭在高炉中的有些功能被喷吹的煤粉所取代, 而且由于焦比的降低, 焦炭在高炉内的停留时间延长, 焦炭作为支撑作用的负荷将进一步增强。由此可见, 配合武钢喷吹水平的提高, 提高焦炭的质量势在必行。针对这一情况, 开展了提高焦炭质量途径的课题研究。
表3
原料煤及配合煤煤质分析
煤名新汶
田庄峰峰韩城候马肥煤配1号配2号配3号配4号配5号配6号配7号配8号
牌号气肥煤1/3焦煤主焦煤瘦煤次焦煤肥煤--------
・23・
Ad/%Vdaf/%Mad/%S/%G Y /m m 8. 149. 518. 777. 979. 359. 439. 349. 75
38. 2123. 11624. 9126. 1125. 3225. 0226. 36
1. 461. 93921. 1
0. 51720. 940. 66740. 820. 39330. 92
0. 669
0. 731. 18871. 130. 72681. 26
0. 666
[***********]71216
11. 4428. 91
11. 8427. 5710. 2724. 27
1. 260. 686914. 51. 290. 67641. 220. 78690. 9
0. 54631. 150. 6569
10. 0423. 3810. 4124. 8811. 5924. 64
0. 76656114. 5
20kg 煤 1配2号配3号配4号配5号配6号配7号配8号
40M 10CRI 3CSR 3MSI 3
%
2 2. 1 881. 3013. 191. 3313. 081. 4712. 981. 3712. 761. 2912. 851. 3012. 321. 2612. 681. 26
0. 6079. 67. 438. 536. 056. 500. 5478. 38. 240. 036. 250. 060. 6178. 08. 138. 435. 955. 750. 6078. 87. 438. 834. 952. 010. 7079. 07. 436. 638. 359. 040. 5077. 88. 640. 635. 356. 830. 6878. 28. 341. 133. 154. 130. 6878. 37. 541. 632. 254. 02
8个配煤方案,20kg 试验焦炉的结焦时间为8h , 燃烧室温度1060℃, 焦饼中心温度不低于950℃, 配煤方案如表2。
表2 8个配煤方案
配煤比/%
编号配1号
配2号配3号配4号配5号配6号配7号配8号
气肥煤
() 10-101020--20
3CRI —焦炭热反应性 CSR —焦炭热反应后强度
MSI —焦炭显微强度
肥煤
-10----20-
1/3焦煤主焦煤次焦煤() [**************]0
[**************]0
-1010--1010-
瘦煤
[**************]0
() () ()
按照以上8个配煤方案配煤, 所得配合煤的
性质分析如表3。
将配合煤在20kg 试验焦炉中进行炼焦试验, 得到的焦炭性质如表4。
从以上数据可以看出, 配1、配5方案最优,
既有最佳的冷态强度, 又有最佳的热反应后强度
CSR ; 配2、配3、配4次之, 具有中等的冷热强度; 配6、配7、配8最差, 其冷强度中等, 反应后强度CSR 最差。分析其原因可以认为:
(1) 灰分影响 灰分构成物与焦炭成分的热膨胀性不一致, 结焦末期因两者收缩应力不一致而导致裂纹产生。灰分越大产生的裂纹越多, 而且焦炭在高炉中进行二次加热时, 裂纹将扩展加剧, 同时部分灰分被还原导致焦炭结构破坏, 降低焦炭热强度。
(2) 粘结性影响 焦炭粘结性的大小取决于胶质体的数量和质量, 这可以从G 值、Y 值的大小体现出来。由于粘结性直接影响焦炭内部变形粒子和惰性粒子结合牢固程度, 所以有较高G 值、Y 值的配煤强度将更佳。表3中的8组配煤中配5
武钢技术 2000年第5期・24・
的焦炭质量较好也正是这一原因。虽然配5的G 值与配3、配7相同, 且与配1也很接近, 但配5的Y 值最高, 从这一点上说明在配煤中G 值用于判断焦炭质量仍有不足之处。如果能辅之于在一定程度上表征煤的热固化温度区间的Y 值, 则对判断焦炭质量将更加有效。2. 2 在改变工艺条件下炼焦试验
本课题共改变了三个工艺条件:
(1) 改变配煤水分, 分别为6%、8%、10%; (2) 改变焖炉时间, 焖炉时间分别为0. 5h 、1h 、1. 5h , 即结焦时间分别为8. 5h 、9. 0h 、9. 5h ;
(3) 改变炼焦温度, 以控制火道温度为基准,
分别为1090℃、1130℃、1180℃。由此得到的焦炭质量见表5。
%
MSI 58. 057. 256. 254. 856. 055. 359. 0
表5 改变炼焦工艺条件下20kg 试验焦炉焦炭分析
煤名配9号配10号配11号配12号配13号配14号配15号配16号配17号
Mad 0. 20. 570. 80. 640. 590. 270. 140. 22Ad 12. 8813. 3712. 6612. 6412. 9612. 8512. 7412. 83Vdaf 1. 371. 301. 361. 231. 371. 231. 215921
M 4078. 479. 678. 778. 179. 5278. 377. 27
M 106. 46. 46. 07. 07. 07. 57. 0CRI 31. 332. 732. 133. 431. 931. 1331. CSR 54. 252. 956. 452. 855. 055. 252. 456. 7
备注
10%水分8%水分6%水分8. 5h 结焦0h 1130℃1180℃
注:, 102. 2. 1
改变入炉煤水分
%、1/3焦煤45%、焦煤30%、瘦煤15%
改变入炉煤水分, 不但影响煤料的堆密度而
且会影响升温速度。随着水分的增加, 煤料的堆密度逐渐降低, 当水分达到8%时堆密度最小, 以后又随着水分的增加而上升。
从图2、图3可以看出, 当入炉煤水分为8%时M 40最好, CSR 最差、M 10最差; 入炉煤水分为6%时M 40较好、CSR 最好、M 10最好; 入炉煤水分为10%时M 40最差、CSR 较好、M 10居中。这是因为增大入炉煤的堆密度有利于煤粒的接触并且容易发生粘结和界面反应, 使焦炭气孔分布均匀, 孔位及气孔率减小, 从而使M 10减小,CSR 升高。提高升温速度会使半焦收缩速度增大, 导致内应力增加, 产生更多裂纹, 从而使M 40下降; 又因为提高了升温速度增加软固化温度区间, 使得CSR 提高。
从以上结果可以看出
, 当入炉煤的水分控制在6%左右, 所得焦炭的冷热强度都比较理想。这一要求通过煤调湿技术(C MC ) 是可以实现的。2. 2. 2 改变焖炉时间
图2 入炉煤水分与CSR 的关系
的M 10增大,CSR 升高,M 40先升后降。这是因为延长结焦时间加剧了焦炭的缩聚程度, 使气孔壁更加致密, 所以显微强度MSI 提高。同时因为气孔壁致密化导致裂纹扩展, 使M 40降低。从三者结果来看, 延长1h 的焖炉时间为最佳。2. 2. 3 改变炼焦温度
图4、图5分别是炼焦温度1090、1120、1180℃与M 40、M 10、CSR 关系图。从图中可知, 随着炼焦温度的提高, 焦炭的M 40、M 10降低,CSR 升高。这是因为煤料在炭化室内炼焦的过程是煤料热破坏和热聚合过程, 当提高炼焦温度, 即提高加热速度, 加宽了胶质体塑性温度区间, 胶质体有充分的
从表5数据可见, 随着焖炉时间的加长, 焦炭
杜功柳等:提高高炉焦炭质量的研究
机会润湿其周围的变形煤粒而粘结在一起, 使焦炭结构更加致密, 故CSR 得到了提高
。
・25・
M 图3 40
, 焦炭裂纹
, 造成了M 40的显著降低。2. 3 20kg 试验焦炉与大焦炉焦炭热性能的相关
性研究
武钢焦化公司一直将20kg 试验焦炉作为生产配煤调整、新配煤和炼焦工艺效果评价等的主要手段, 本课题研究了20kg 试验焦炉焦炭热性能与大焦炉焦炭之间的关系, 为获得热性能好的焦炭而确定适宜的炼焦条件提供有效的试验手段。
2. 3. 1 20kg 试验焦炉焦炭与6m 焦炉焦炭热性
图4 炼焦温度与CSR 的关系
煤料在炭化室中被加热生产焦炭主要经过两
个阶段, 即粘结阶段和半焦收缩形成焦炭的收缩阶段。由于本次试验用配煤比中,1/3焦煤和焦煤的用量较大, 粘结性比较好, 提高炼焦温度对粘结性的提高已不具太大的意义, 反而对半焦收缩产
能关系
本试验的配煤取自与武钢7号焦炉(6m 焦炉) 同批配比的配后煤样10个, 用20kg 试验焦炉炼制焦炭。按照G B4000-83测定大、小焦炉焦炭的热反应性和反应后强度, 试验结果见表6。
表6 20kg 试验焦炉焦炭与6m 焦炉焦炭热性能关系
指 标
1
CRI CSR
7号焦炉20kg 试验焦炉7号焦炉20kg 试验焦炉
33. 143. 152. 834. 6
22832. 358. 945. 3
333. 440. 454.
838. 4
434. 94252. 734. 6
试 验 结 果 /%
5364051. 138. 8
635. 646. 250. 534. 2
735. 943. 95236. 6
839. 347. 644. 628. 8
939. 851. 744. 131. 5
1030. 434. 660. 345. 1
武钢技术 2000年第5
期・26・
通过一元回归分析, 建立20kg 试验焦炉(简称小焦炉) 与7号焦炉(简称大焦炉) 焦炭热性能指标的相关方程:
CRI 大焦炉=0. 5806 CRI 小焦炉+10. 149
r =0. 9284 s =1. 3380 CSR 大焦炉=0. 9045CRI 小焦炉+18. 932 r =0. 9247 s =1. 8861
2. 3. 2 20kg 试验焦炉焦炭4. 3m 焦炉焦炭热性
能关系
本试验的配煤取自与武钢5号焦炉(4. 3m 焦炉) 同批配比的配后煤样11个, 用20kg 试验焦炉炼制焦炭。按照G B4000-83测定大、小焦炉焦炭的热反应性和反应后强度, 试验结果见表7。
表7 20kg 试验焦炉炭与4. 3m 焦炉焦炭热性能关系
指 标
1
CRI CSR
5号焦炉20kg 试验焦炉5号焦炉20kg 试验焦炉
25. 1829. 0365. 5550. 66
227. 3533. 2363. 0445. 71
331. 0338. 2757. 0939. 85
429. 5136. 5258. 8943. 38
试 验 结 果 /%
528. 0335. 8661. 5943. 45
629. 4336. 6160. 2543. 33
726. 3133. 4962. 2844. 96
826. 0333. 0363. 5845. 65
925. 4831. 0465. 2249. 93
1025. 2030. 8565. 4950. 20
1126. 8234. 6662. 5946. 22
通过一元回归分析, 建立20kg 试验焦炉(简
称小焦炉) 与5号焦炉(简称大焦炉) 指标的相关方程:
r =CSR 0. 7052CRI 小焦炉+28. 085 r =0. 9632
右((6%左右, 不仅能够提高经
, 而且能够增大入炉煤的堆比重, 使焦炭的冷热强度都得到改善。
(3) 干熄焦。干熄焦工艺在节约能源、环境保护和提高焦炭质量方面有比较显著的效果。武钢经过了几年的前期准备工作后, 有望在近2年投资兴建干熄焦装置,M 40将提高2%～3%。
由以上4个相关系数和方差可知, 小焦炉焦炭与6m 焦炉焦炭、4. 3m 焦炉焦炭的热性能都具有良好的相关性, 对生产有一定的指导意义。
3 生产中提高焦炭质量的途径
3. 1 降低配合煤灰分
4 有待研究的问题
当炼焦生产采用以上新工艺之后, 为确保焦
化生产的稳定及对后序工艺带来的问题, 尚有以下问题需要进一步研究。
(1) 优化配煤比, 尤其需要解决的是混煤再配合问题。选择合适的化学指标和煤岩学指标, 建立煤质与焦炭质量之间的数学模型, 采用计算机方法预测焦炭质量, 优选配煤比, 以达到合理利用炼焦煤资源和焦炭质量稳步提高的目的。
(2) 随着炼焦用煤水分的降低, 在采用高压氨水喷射无烟装煤的条件下, 减少进入煤气净化系统的焦油、氨水、煤气中的煤粉量, 以保证生产工艺的正常运行是非常重要的。
(收稿日期:2000—05—24)
武钢近几年配合煤的灰分呈现逐年降低的趋
势, 配合煤的灰分由1997年的10. 23%降低到1999年的9. 54%, 焦炭的M 40由1997年的78. 49%提高到1999年的79. 48%, 由此可见降低配合
煤的灰分能够有效地提高焦炭质量。3. 2 采用炼焦新工艺
根据本研究结果, 针对武钢高炉富氧大喷吹对焦炭质量的要求, 今后在武钢炼焦生产工艺中拟采用如下措施。
(1) 新建焦炉尽量采用6m 大容积焦炉, 入炉煤的堆比重增大, 有利于焦炭质量的提高或多配弱粘结性煤。一般情况下,6m 焦炉的焦炭比4. 3m 焦炉焦炭的M 40高3%～4%,M 10低0. 5%左