不同粒度焦煤黏結(jié)性和膨脹性研究

鮑俊芳 詹立志 陳 鵬 張雪紅 陳細(xì)濤

(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080)

中等變質(zhì)程度的強(qiáng)黏結(jié)性焦煤是寶貴的優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源，如何充分地利用好這些資源對(duì)煉焦行業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展具有極其重要的意義?，F(xiàn)代煉焦生產(chǎn)中備煤工藝仍以傳統(tǒng)的先配合后粉碎工藝為主流。近年來(lái)，新建備煤系統(tǒng)預(yù)粉碎工藝得到較廣泛應(yīng)用，選擇性粉碎將煉焦煤粒度分級(jí)和粉碎相結(jié)合，既消除大顆粒又防止過(guò)細(xì)粉碎，使非活性成分達(dá)到適當(dāng)粒度減少中心裂紋，減少活性成分表面氧化及降低表面能，從而改善焦炭質(zhì)量。但由于煉焦領(lǐng)域?qū)Υ巳狈y(tǒng)一認(rèn)識(shí)及足夠重視，同時(shí)傳統(tǒng)濕煤的粒度分級(jí)不容易實(shí)現(xiàn)，選擇性粉碎僅在酒泉鋼鐵公司焦化廠、安陽(yáng)鋼鐵公司焦化廠、韶鋼焦化廠等極少數(shù)單位得到應(yīng)用[1-3]。要使選擇性粉碎得到廣泛認(rèn)同，對(duì)其機(jī)理的深入研究必不可少，然而根據(jù)所查文獻(xiàn)，與選擇性粉碎機(jī)理相關(guān)研究并不多，主要在不同粒級(jí)煤的煤巖特征對(duì)煉焦煤性質(zhì)的影響，以及風(fēng)選破碎工藝對(duì)煤質(zhì)分布特性的影響[4-5]。

筆者在不同粒度肥煤的膨脹性研究中發(fā)現(xiàn)，由于活惰比、鏡質(zhì)組氧元素含量和活性成分比表面積的差異，造成粒度大于2mm或小于0.5mm肥煤的最大膨脹度b值和膨脹溫度區(qū)間相對(duì)較小，0.5～2mm粒級(jí)肥煤的膨脹性能較優(yōu)[6]。

黏結(jié)性和膨脹性是評(píng)價(jià)煉焦煤工藝性質(zhì)的兩項(xiàng)主要指標(biāo)，與結(jié)焦性密切相關(guān)。煙煤干餾時(shí)黏結(jié)其本身原有的或外來(lái)的惰性物質(zhì)的能力稱(chēng)為黏結(jié)性；膨脹性能反映煤在生成膠質(zhì)體期間的析氣速度、膠質(zhì)體的不透氣性和巖相組成[7]。本文以河南地區(qū)焦煤X為研究對(duì)象，對(duì)不同粒度焦煤X的黏結(jié)性和膨脹性加以研究，認(rèn)識(shí)不同粒度焦煤X煤質(zhì)上的差異，用于指導(dǎo)選擇煉焦煤的粉碎工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

試樣：煉焦生產(chǎn)用焦煤X，常規(guī)分析煤質(zhì)指標(biāo)，灰份10.97%，揮發(fā)份24.41%，硫0.53%。取10kg某焦煤X，將大于5mm的煤粒破碎至5mm以下，裝入試樣盤(pán)在空氣中自然空干，再用篩分機(jī)將其進(jìn)行自然分成3～5mm、2～3mm、1～2mm、0.5～1mm、0.3～0.5mm、<0.3mm六級(jí)備用。

取六個(gè)粒級(jí)的試樣進(jìn)行黏結(jié)指數(shù)G值和奧亞膨脹度測(cè)定。G值測(cè)定方法：國(guó)標(biāo)GB/T 5447-1997，奧亞膨脹度測(cè)定方法：國(guó)標(biāo)GB 5450-85。

2 測(cè)定結(jié)果與討論

不同粒度的焦煤X黏結(jié)性和膨脹性測(cè)定結(jié)果如表1。

其中黏結(jié)指數(shù)G值、膨脹溫度區(qū)間、最大收縮度a值和最大膨脹度b值隨著焦煤X粒度變化而變化的趨勢(shì)如圖1和圖2所示。

從表1及圖1、圖2數(shù)據(jù)分析可知：2～3mm粒級(jí)的河南地區(qū)焦煤X黏結(jié)指數(shù)G值、膨脹溫度區(qū)間和最大膨脹度b值均為最優(yōu)，均明顯高于該焦煤粒度大于3mm和粒度小于0.5mm的試樣，粒度小于0.3mm后，其黏結(jié)性和膨脹溫度區(qū)間下降，膨脹性劣化嚴(yán)重，且焦煤X膨脹性隨著粒度變化而變化最為敏感。

表1 不同粒度焦煤X黏結(jié)性G值和奧亞膨脹度測(cè)定結(jié)果

圖1 結(jié)指數(shù)G值和膨脹溫度區(qū)間隨焦煤X粒度變化趨勢(shì)圖

圖2 最大收縮度a值和最大膨脹度b值隨焦煤X粒度變化趨勢(shì)圖

分析其原因?yàn)椋寒?dāng)焦煤X粒度大于3mm 時(shí)，膠質(zhì)體厚，膠質(zhì)體受熱膨脹產(chǎn)生較大的膨脹壓力，由于活性成分比表面積小，單位面積上的壓強(qiáng)大，超過(guò)膠質(zhì)體膜承受極限，膠質(zhì)體膜破裂[8]，此時(shí)膠質(zhì)體的膨脹度為最大膨脹度，由于膨脹壓力與活性成分比表面積的比值大，因而最大膨脹度小；當(dāng)焦煤X粒度為2～3mm時(shí)，膠質(zhì)體厚度、膠質(zhì)體膨脹壓力與活性成分比表面積的比值達(dá)到最佳值，焦煤X的最大膨脹度達(dá)到最大值；隨著焦煤X破碎程度的加劇，焦煤X活性成分比表面積增大，膠質(zhì)體減薄，膠質(zhì)體受熱膨脹過(guò)程中形成的較薄的膠質(zhì)體膜更容易破裂，因而最大膨脹度降低，膨脹溫度區(qū)間減小，黏結(jié)性也降低。當(dāng)焦煤X粒度小于0.3mm后，由于活性成分比表面積比粒度為2～3mm時(shí)大大增加，膠質(zhì)體大大減薄，薄的膠質(zhì)體膜在受熱膨脹過(guò)程中極易破裂，因而其黏結(jié)性和膨脹溫度區(qū)間下降，膨脹性劣化嚴(yán)重。

3 結(jié)論

焦煤X粒度在0.5～3mm之間時(shí)，其具有較好的黏結(jié)性和膨脹性，其中2～3mm粒級(jí)的焦煤X黏結(jié)指數(shù)G值、膨脹溫度區(qū)間和最大膨脹度b值均為最優(yōu)，粒度小于0.3mm后，其黏結(jié)性和膨脹溫度區(qū)間下降，膨脹性劣化嚴(yán)重。傳統(tǒng)的煉焦煤先配合后粉碎工藝造成<3mm活性組分過(guò)細(xì)粉碎[9]，其黏結(jié)性和膨脹性等工藝性質(zhì)劣化，不利于優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的合理利用，煉焦行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)煉焦煤選擇性粉碎技術(shù)的開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用，提高煉焦煤粒度調(diào)整技術(shù)水平，促進(jìn)煉焦行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

[1] 魏松波.預(yù)粉碎配煤技術(shù)在7.63m焦?fàn)t的應(yīng)用[J].燃料與化工，2011，42(1)：38-39.

[2] 王勇.風(fēng)動(dòng)選擇工藝在焦化廠的應(yīng)用[J].燃料與化工，2005，36(2)：4-6.

[3] 楊明.配合煤粉碎工藝的優(yōu)化措施及效果[J].燃料與化工，2010，41(4)：33-35.

[4] 白向飛，王兆文，劉開(kāi)明，等.煤的粒度特征及不同粒級(jí)煤的煤巖特征對(duì)煉焦煤性質(zhì)的影響[J].潔凈煤技術(shù)，1999，5(4)：47-51.

[5] 劉兆峰，解寶山.風(fēng)選破碎技術(shù)在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用與展望[J].山東冶金，2005，27(增刊)：27-28.

[6] 鮑俊芳，尹秀麗，張雪紅，等.不同粒度肥煤的膨脹性研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，36(3)：206-209.

[7] 申明新.中國(guó)煉焦煤的資源與利用[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：52-53.

[8] 陶著.煤化學(xué)[J].北京：冶金工業(yè)出版社，1984：171.

[9] 姚昭章.煉焦學(xué)[J].北京：冶金工業(yè)出版社，1983：73-74.