田日升

(山西西山煤氣化有限責任公司，山西 古交 030200)

引 言

煉焦是煤炭再加工工藝之一，其核心生產過程是將原煤隔絕空氣加熱至1 000 ℃，最終得到焦炭、煤氣以及其他化學產品。通過煉焦所得的焦炭產品被廣泛應用于鋼鐵等對溫度要求較高的行業(yè)。目前，煉焦行業(yè)中優(yōu)質焦煤的儲量越來越少，同時焦煤的灰分、硫分等含量較低，傳統(tǒng)的煉焦技術并不是很適用。結合當前煉焦技術的發(fā)展趨勢，搗固煉焦對應的工藝正好與焦煤的特征相匹配[1]。因此，研究基于搗固煉焦技術如何改善焦炭的質量是當前熱議的話題。本文將通過對比搗固煉焦技術和常規(guī)煉焦技術探討二者之間的關系和改善焦炭質量的方法。

1 搗固煉焦技術概述

所謂搗固煉焦指的是在煉焦之前，將焦煤采用搗固機搗固成略小于炭化室的煤餅后送入焦爐中。搗固煉焦的裝煤密度大于常規(guī)煉焦的裝煤密度，其中，搗固煉焦的裝煤密度最大為1.1 t/m3，常規(guī)煉焦的裝煤密度為0.7 t/m3。在實際煉焦過程中，為了保證所搗固成煤餅的穩(wěn)定性常采用水對煤餅進行黏結和潤滑。搗固煉焦的主要優(yōu)勢在于其可以用弱黏性甚至無黏性的焦煤生產出合格或者優(yōu)質的焦炭，即在某種程度上擴大了使用原煤的范圍，降低了焦煤煉焦炭的成本。

此外，基于搗固煉焦工藝送入焦爐中煤餅的密度較大，使得在實際煉焦過程中所產生的膨脹壓力增加，進而有利于原煤黏結成為焦炭[2]。同時，實際煉焦過程中膨脹壓力的增加還加劇了炭化室墻的壓力。因此，鑒于膨脹壓力增加的因素，在實際煉焦過程中重視膨脹壓力對炭化室墻的沖擊，以免炭化室墻被破壞。

綜上所述，基于搗固煉焦工藝實現(xiàn)對原煤的煉焦過程重點對煉焦配煤、煤餅的穩(wěn)定性、配合煤的膨脹程度以及煉焦煤的性質進行綜合考慮。

本文重點通過實驗形式研究不同堆積密度下所得煉焦的質量進行分析，并在上述研究的基礎上對搗固煉焦和常規(guī)煉焦的技術進行對比[3]。

2 實驗方案設計及方法研究

2.1 實驗方案的設計

結合本實驗的研究內容，重點對配煤堆積密度為0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 t/m3下對所得焦炭的結構和性質變化進行分析，從而得出基于搗固煉焦工藝下的最佳堆積密度。

重點對常規(guī)煉焦技術、搗固煉焦技術以及配煤煉焦技術所得焦炭的質量進行對比，從而得出如何改善搗固煉焦工藝下焦炭的質量，為后續(xù)提升焦炭的質量奠定基礎。

2.2 實驗方法研究

2.2.1 焦煤的準備

焦煤的準備包括有單種煤和配合煤的制備。

單種煤制備的工藝流程為：煤樣首先采用鄂式破碎機進行破碎操作，而后采用直徑為10 mm的圓孔篩進行篩分操作，最后采用3 mm的方孔篩進行篩分，保證所得煤樣的粒度均勻。焦煤樣制備完成后對其水分進行測定后儲存?zhèn)溆谩?/p>

配合煤樣制備的工藝流程為：多種配合煤樣首先采用輥式破碎機進行破碎操作，而后采用直徑為10 mm的圓孔篩進行篩分操作，最后采用3 mm的方孔篩進行篩分，保證所得煤樣的粒度均勻。焦煤樣制備完成后對其水分進行測定后儲存?zhèn)溆谩?/p>

2.2.2 煉焦實驗

本節(jié)重點對3種煉焦方式的煉焦過程的參數(shù)進行說明。

配煤煉焦實驗：將所得各種單煤煤樣按照配煤比均勻混合為煉焦煤，并在其中加入10%的水分后送入煉焦爐中。

常規(guī)煉焦實驗：將已制備完成的工業(yè)煉焦煤加入10%的水分后送入煉焦中。

搗固煉焦實驗：將煉焦煤裝置在尺寸為200 mm×210 mm×240 mm的鐵箱中，結合不同堆積密度和鐵箱及煉焦煤的質量估算出裝煤高度，為保證鐵箱內煉焦煤的裝煤高度一致，最后將鐵箱內的煉焦煤搗固至設定的裝煤高度。不同堆積密度煉焦煤對應的裝煤高度如表1所示。

表1 不同堆積密度煉焦煤對應的裝煤質量

本次煉焦實驗的溫度控制一致，具體實際煉焦操作共經歷6個階段，如表2所示。

表2 煉焦實驗溫度控制布置及時間

2.2.3 焦炭質量的檢測

對不同情況下所得焦炭按照《焦炭工業(yè)分析測定方法》、《焦炭全硫含量的測定方法》等相關標準方法對焦炭的水分、揮發(fā)分、灰分、硫分以及其機械性能等進行測定[4]。

3 實驗結果分析

堆積密度為常規(guī)煉焦和搗固煉焦技術的主要區(qū)別。因此，分析搗固煉焦與常規(guī)煉焦對所得焦炭的影響，可首先從堆積密度進行著手分析，并重點對堆積密度對焦炭的結構和質量的影響進行分析。

3.1 堆積密度對焦炭結構的影響

表現(xiàn)焦炭結構的參數(shù)主要為焦炭的氣孔率、氣孔分布和比表面積。經過實驗研究可知，隨著焦煤堆積密度的增加，對應的膨脹壓力也增加，導致所得焦炭的氣孔數(shù)量減小，氣孔率降低。但是，當堆積密度大于1.0 t/m3時，對應的膨脹壓力更大致使揮發(fā)性的物質外溢困難，導致氣孔的直徑增大，對應的氣孔率增加。

隨著焦煤堆積密度的增加，所得焦炭比表面積先減小后增大，且轉折點對應的堆積密度為1.0 t/m3。

3.2 堆積密度對焦炭質量的影響

堆積密度會影響焦炭的抗碎強度、耐磨強度、反應后的強度以及反應性能等。經實驗研究可知，堆積密度對焦炭反應后的強度以及反應性能的影響不大，主要影響其反應后強度及反應性能的因素為焦煤的入爐性質[5]。而且，當焦煤的堆積密度為0.9 t/m3～1.0 t/m3時對應所得焦炭的耐磨強度和抗碎強度的性能最佳；當焦煤的堆積密度為1.0 t/m3～1.1 t/m3時對應所得焦炭的反應后的強度和反應性能最強。

3.3 搗固煉焦與常規(guī)煉焦的對比

本次實驗中搗固煉焦對應的堆積密度為1.1 t/m3，常規(guī)煉焦對應的堆積密度為0.8 t/m3。本節(jié)重點對搗固煉焦與常規(guī)煉焦下所得焦炭的質量進行對比，對比結果如表3所示。

表3 搗固與常規(guī)煉焦對應焦炭質量的對比

分析表3可知，搗固煉焦工藝與常規(guī)煉焦相比較能夠提升并改善焦炭的質量，并主要表現(xiàn)為對焦炭抗碎強度和反應后強度性能的提升。同時，焦炭的抗碎強度和反應后強度為其被關注的兩項關鍵指標。因此，搗固煉焦技術被廣泛應用。

4 結語

煉焦為對煤炭進行加工的工藝，其能夠提升煤炭的性能并將所得焦炭產品應用于鋼鐵行業(yè)。本文重點對當前常用的常規(guī)煉焦技術和搗固煉焦技術進行對比，并得出如下結論：

1) 當焦煤的堆積密度為0.9 t/m3～1.0 t/m3所得焦炭的耐磨強度和抗碎強度性能最佳；

2) 當焦煤的堆積密度為1.0 t/m3～1.1 t/m3所得焦炭的反應性能和反應后強度性能最佳；

3) 搗固煉焦與常規(guī)煉焦技術相比較能夠顯著提升焦炭的抗碎強度和反應后強度，能夠改善焦炭的質量。