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焦炭质量影响因素探讨

伴随着高炉工艺的发展,对焦炭质量的要求逐渐升高,对焦炭质量预测准确度的要求也有很大提高。因此,我们需要把煤质指标与炼焦工艺条件密切结合起来,再加上大量的炼焦实验研究,提出更好的焦炭质量预测方法。

焦炭质量的主要指标为高温下焦炭的热态性能指标,而焦炭反应性指标和反应后强度受矿物质影响较大,焦炭的矿物质来源于配合煤,因此焦化企业须做好来煤质量检测尤其重要灰分及矿物质组成检测,加强煤场管理,优化炼焦条件,合理遵循焦炉温度制度和压力制度,以确保焦炭质量处于较高和稳定的水平。

影响焦炭质量的煤质因素

灰分和硫分

焦炭中灰分来自于配合煤,灰分主要为金属氧化物,而这些金属氧化物与碳的热膨胀系数不同,前者是后者的6-10倍,高温下连这个和的界面处产生热应力而形成裂纹,使得二氧化碳和碱金属渗透到焦炭内部,加快了气化反应的反应速率,导致焦炭大反应性上升,反应后强度下降。焦炭中的硫分来自于配合煤,而且配合煤中2/3以上的硫分带入到焦炭中,焦炭中的硫是有害成分,不仅影响铁水的硫分,而且还影响高炉操作等,当焦炭的硫分发生波动时,影响更为严重。硫含量过高,会造成生铁硫含量过高,降低生铁质量。因此,要求焦炭硫分尽可能低以及含量稳定,在配煤时要分析各配合煤的灰分和硫含量,各配合煤种的灰分和硫含量的加和值要小于焦炭中灰分和硫分的指标要求。

挥发分

低变质煤和气煤的挥发分相当,在配煤时,一般是用低变质煤替代气煤。如果用低变质替代其它挥发分较低的炼焦煤,使得配合煤的挥发分过高。在炼焦时,过多的气体逸出,一是使成焦率降低,二是在焦炭内部形成较多的裂纹和气孔,降低焦炭的强度。当然,不是说挥发分越低越好,挥发分过低,炼焦时其收缩度较小,容易增大高炉炉壁的压力,对高炉造成一定程度的损坏。因此,配合煤的挥发分是较为重要的质量指标,一般将挥发分控制在25-30%较为合适。

配合煤的粘结性指标主要有胶质层厚度和黏结指数。炼焦时要有足够的胶质来浸湿、粘结配合煤中的固体物质,但胶质过量,反而影响挥发分的逸出,从而影响焦炭的质量,因此配煤时,一般将胶质层厚度控制在19mm左右。粘结指数反映了煤的粘结性能和结焦性能,因此,配合煤要有足够的G值,来保证焦炭的强度性能,但G值过高会增加焦炭的脆性。低变质煤几乎没粘结性,所以不能单独作为炼焦煤的使用,配煤时需要根据各配合煤种的胶质层厚度以及粘结性指数控制其配入量,一般低变质煤的配入量在5-10%为宜。

炼焦温度

炼焦温度是很影响焦炭质量的,主要通过影响成焦过程影响其质量。炼焦炉高温度及升温速率的稳定性直接影响焦炭的成块率及强度等性能。在炼焦时,要确定合适的焦化温度,满足成焦要求,让过程均匀、稳定。

熄焦方法

熄焦方法书要是影响焦炭水分,产痛水熄焦方法使得焦炭中水分过大,为了保证焦炭在高炉中的应用,水法熄焦后,还有增加干燥工艺,来降低焦炭中的水分含量。新开发的水蒸气熄焦尤其是干法熄焦可有效降低焦炭中的水分含量,尽可能使用干法熄焦。

结焦时间

结焦时间是影响焦炭冷、热强度性能的重要因素。随着结焦时间的延长,焦炭的平均尺寸和焦炭结构的致密性均有所增加,提高了焦炭的冷强度(抗碎强度、耐磨强度)和热强度(反应性、反应后强度),另外,焦炭内部结构发生了变化,各向同性结构减少、粗细和细粒镶嵌结构增加、孔径减小和孔璧增厚,提高了焦炭的冷、热强度。

配合煤对焦炭质量的影响

由于煤炭性质、储量、煤种分布、开采及运输等因素的影响,配合理想的入炉原料,是炼焦工艺的关键。

我国很多焦化厂研究开发和适合自己特点的降耗增效配煤方案。

从煤岩学角度说,煤的显微组分可分为惰性组分和活性组分,两者不能形成胶质体,不具有粘结性。后两者能熔融成胶质体,利于结焦。

炼焦过程中,惰性组分作为骨架,增强焦炭的强度,活性组分则可湿润、分散、粘结惰性组分。二者适当的结合,可提高焦炭强度与块度。

因此配煤过程中需要掌握两种组分的合理配比,惰性组分含量以30%为宜。另外,一般气煤、瘦煤硬度大、难粉碎,故在粉碎时粒度小一些,来改善其结焦性,焦煤、肥煤则易破碎,其破碎粒度应大一些,以充分利用其粘结性。

抗碱性对焦炭质量的影响

钾、钠对焦炭反应性、焦炭机械强度和焦炭结构均会产生不好影响,致危害高炉操作钾、钠对焦炭质量的影响会给高炉带来不良后果。焦炭与二氧化碳反应的开始温度降低,可导致高炉炼铁焦比升高,由于焦炭与二氧化碳反应速度增加,焦炭在高炉中的降解失重加剧,机械强度和块度急剧下降,导致焦炭在高炉下部高温区过多粉化,影响高炉的顺行。钾、钠蒸汽在高炉上部与煤气中的二氧化碳反应生成碳酸盐析出,这些碱金属碳酸盐部分粘附在炉壁上,会侵蚀耐火材料,高炉寿命亦会受影响。

  1. 增加低挥发分煤在配合煤中的用量,降低焦炭反应性,提高开始反应的温度,来换季焦炭强度在高炉内的过早恶化。

  2. 提高炼焦装炉煤的散密度,使焦炭气孔壁厚度增加,而提高抵抗二氧化碳的侵蚀能力。提高焦炭反应后强度。

  3. 在炼焦配合煤可添加一些二氧化碳反应的抑制剂或在焦炭表面喷洒这种抑制剂。来降低钾、钠对二氧化碳反应的催化作用。

  4. 减少碱金属在高炉内的循环,可降低焦炭中的钾钠富集,降低高炉炉身上部温度可减缓焦炭在进入软融带前发生过多的碳溶反应。从而使焦炭能承受更剧烈的反应而不致使强度多早变差。

焦炭的化学成分主要有灰分、硫分、挥发分和水分,强度主要有抗碎强度、耐磨强度、反应性和反应后强度,焦炭的这些质量指标对高炉的操作运行及钢铁质量有很大影响,而焦炭质量主要取决配合煤的性质和生产工艺条件,尤其是榆林低变质煤的配入可有效降低焦炭的灰分和硫含量,但其几乎没有粘结性,因此,配入低编制煤要分析各煤种的粘结性和结焦性指标,确定低变质煤的配入量且不影响焦炭的强度要求。






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