焦炭热态性能的影响因素探讨

焦炭热态性能的影响因素探讨 贾瑞民，纪同森 （济南钢铁股份有限公司 焦化厂，山东 济南250101）

摘 要：通过试验对比，探讨了炼焦煤捣固操作、配合煤细度、结焦时间、熄焦方式以及配煤结构对焦炭热态性能的影响。结果表明，捣固炼焦在一定程度上可以提高焦炭的热性能；配合煤细度对焦炭的热性能有一定影响；适当延长结焦时间可以改善焦炭的热性能；干法熄焦可以显著改善焦炭的热性能；配煤结构及煤质特点对焦炭热性能有根本影响，在经济合理的基础上应尽量多配焦煤或肥煤以提高焦炭的热态性能。

关键词：焦炭；反应性；反应后强度；影响因素；探讨 中图分类号：TQ520.1 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2008）02-0050-02

Discussion on Influencing Factors of Thermal Property of Coke JIA Rui-min, JI Tong-sen (The Coking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China) Abstract: By a series of contrastable experiments, the influences of coal stamping operation, the grain size of mixing coals, coking time, coke quenching type and coal blending composition on thermal properties of coke were discussed. The results shown that stamping operation could increase the thermal property in some extent, the fineness of mixing coals had some influence on the thermal property, prolonging properly coking time could improve the thermal property, dry coke quenching could obviously improve the thermal property, coal blending composition and the coal property were the basic factors, and then, on the base of economy, coking coal and fat coal should be used more to improve thermal property of coke. Key words: coke; reactivity; strength after reaction; influencing factor; discussion 1 前 言 炼焦行业长期以来习惯于将焦炭的冷态强度作为衡量焦炭质量的重要指标，但在高炉的实际生产实践中，焦炭的热态性能对高炉高效运行等方面的影响更为明显，尤其是随着高炉的大型化，更是如此。因此，近年来济钢焦化厂一直将提高焦炭质量，尤其是改善焦炭热态性能作为一个重要课题，进行了一系列的试验研究。

焦炭的热态性能通常用热态反应性CRI和热态强度CSR来表示，具体定义为：称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在（1 100±5）℃时与二氧化碳反应2 h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭的反应性（CRI）；上述反应后的焦炭经过Ι型转鼓一定转数的试验后，＞10 mm粒级的焦炭占反应后焦炭的质量百分数表示焦炭的反应后强度（CRS）。

2 试验方法 2.1 试验设备 炼焦设备为20 kg试验焦炉，该炉子为底开单炉门构造，相应的热损失少，炉头焦比例少。炭化室用高铝砖砌筑，耐急冷急热性能好，燃烧室用垂直安装的硅钼棒加热，上下及横排温度均匀。装煤操作采用炉顶直接装煤方式，操作方便。

熄焦方法对焦炭热性能影响的试验，炼焦设备为济钢焦化厂JN-80型、炭化室高度为4.3 m的生产焦炉，熄焦系统为生产中应用的湿熄焦装置和75 t/h的干熄焦装置。干熄焦装置由干熄炉、循环风机、余热锅炉、除尘系统、气力输送系统和水处理系统组成。

焦炭热态性能测定装置分别为安徽工业大学和鞍山热能研究院制作，其主要组成包括加热炉、反应器、气体供应系统以及温控系统等。测试装置能够确保试验精度，所做平行实验的偏差均在要求范围内。 2.2 取制样及试验方法 按照GB/T4000-1997《焦炭反应性及反应后强度试验方法》规定的取样方法进行采样，注意弃去泡焦、片状焦、条状焦和炉头焦，然后将试样分别进行破碎、筛分、缩分，最后将制好的试样放于烘干箱，在170～180 ℃温度下烘干2 h至试样恒重，取出后称取（200±0.5） g作为试验用样。

按照GB/T4000-1997规定的试验操作方法，注意严格控制好设备的气密性、不同阶段气体的流速、各阶段的升温速度以及试验用气体的纯度。

3 试验结果及分析 3.1 捣固炼焦对焦炭热态性能的影响 为了解捣固对焦炭热性能的影响，在配比不变、基准样堆比重为0.70 t/m3的情况下，通过捣固使入炉煤堆比重分别提高10%、20%、30%炼制焦炭，然后测定所炼焦炭的热性能，试验结果见表1。

表1 不同堆比重炼制焦炭的性能 堆比重/(t·m-3) M30/% M10/% CRI/% CSR/% 0.70 82.8 10.6 35.0 41.8 0.77 82.7 8.4 33.1 48.0 0.84 83.2 8.5 31.8 54.2 0.91 81.4 8.3 29.3 58.7

由表1可知，由于碳溶反应一般只在大气孔内发生，随着堆比重的提高，生产的焦炭结构越致密，大气孔减少，所以焦炭的热反应性较低，热反应后强度提高，焦炭的热性能得到改善。

3.2 熄焦方法的影响 为了对比不同的熄焦方法对焦炭热性能的影响，对济钢焦化厂4.3 m焦炉生产的干焦和湿焦分别进行了多批量焦样的热态性能测定，得到了大量数据：干焦的反应后强度平均64.8%，反应性平均24.3%；湿焦的反应后强度平均59.0%，反应性平均29.5%。干焦的反应性比湿焦的要下降5%左右，反应后强度比湿焦的也要提高5%左右。在配比相同且炼焦条件不变的情况下，干焦的热性能要比湿焦的热性能明显改善。干焦在干熄焦炉内缓慢冷却，相当于在焦炉中延长了闷炉时间，提高其热缩聚作用，并且没有湿法熄焦过程中存在的急剧冷却现象，微裂纹相对较少，同时，在长达3～4 h的干熄过程中，焦炭之间相互磨损，使其块度均匀，相当于起到了整粒作用，使其强度进一步提高。

3.3 配合煤细度的影响 对同一配比的配合煤进行不同程度的粉碎，得到了不同细度的配合煤，利用20 kg试验焦炉炼焦，测定焦炭的热性能，结果见表2。

从表2中统计数据可以看出，随着配煤细度的增加，焦炭的反应后强度CSR随之改善，反应性CRI也随之下降；但当配煤细度达到85%左右后，随着细度的继续增加，焦炭的热态强度呈劣化趋势，反应性CRI有所增大。

表2 不同细度配合煤对焦炭性能的影响 % 配合煤细度 M30 M10 CRI CSR 65 80.8 10.3 33.3 48.9 75 83.6 10.2 32.9 50.6 85 83.2 9.3 30.6 55.5 95 82.9 10.1 31.7 50.7

分析认为：配煤细度过低时，煤颗粒较大，特别是黏结性差的煤粒度较大，运输及装炉过程中易偏析，且煤中粒度不均衡，导致配煤质量不均匀，引起焦炭内部结构不均一，焦炭强度降低。

细度过高时，煤中的活性成分被细粉碎，不仅降低了黏结煤的活性粒子作用，而且增加了非活性粒子的比表面，使煤料的黏结性下降。并且过细煤料的堆比重下降，导致炼焦过程中煤粒间的熔融程度不充分，所炼焦炭结构不致密，孔隙增多，从而导致焦炭强度下降。

3.4 结焦时间的影响 利用20 kg试验焦炉，同一配合煤，结焦时间分别为7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 h，测定焦炭的冷态强度和热态强度，结果见表3。

表3 不同结焦时间对焦炭性能的影响 % 结焦时间/h M30/% M10/% CRI/% CSR/% 7.0 80.8 11.0 37.6 46.1 7.5 83.1 9.5 37.2 48.4 8.0 84.3 9.2 35.8 50.5 8.5 84.3 9.0 35.5 51.5 9.0 83.2 8.3 35.4 51.6

从表3中统计数据的变化趋势看，随着结焦时间的延长，焦炭的热态性能随之改善，但当结焦时间超过8.5 h后，随着结焦时间的继续延长，焦炭的热态性能仍继续改善，但效果已不明显。这是因为随着结焦时间的延长，焦炭更加成熟，结构更加致密，强度有所提高，在这一点上与干法熄焦的作用有类似之处。

3.5 配煤结构的影响 为了解煤种及配煤结构对焦炭性能的影响，特制定了不同配比的试验方案，用20 kg试验焦炉进行了炼焦，并检测了焦炭的冷热态强度，结果见表4。

表4 不同配煤结构对焦炭性能的影响 % 方案 气煤 1/3焦煤 肥煤 焦煤 瘦煤 CRI CSR M30 M10

1 10 20 25 35 10 35.5 43.8 82.8 10.6

2 25 27 35 13 34.0 46.1 85.5 10.7 3 25 25 35 15 35.2 43.2 83.3 10.0 4 100 26.3 64.1 83.2 10.4 5 100 27.3 56.7 81.5 9.4 6 100 36.7 45.7 80.4 10.8 7 100 30.3 43.4 68.9 23.1

从试验结果看，纯焦煤炼焦所得焦炭的热性能最好，其次是肥煤。配入气煤的焦炭热性能稍差。所以为了保证焦炭的热性能，应在经济合理的基础上尽量多配焦煤或肥煤。