干熄焦工藝對(duì)6m焦?fàn)t焦炭質(zhì)量的影響

周盡暉，丁 玲，韓 軍，王世杰，王光輝

（1.武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢，430081；2.武漢科技大學(xué)煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081）

隨著干熄焦技術(shù)的不斷應(yīng)用，有關(guān)干熄焦工藝對(duì)焦炭質(zhì)量影響的研究不斷開展。呂勁等認(rèn)為干熄焦不能改變焦炭的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，對(duì)焦炭的光學(xué)組織影響也較小［1］。張文成和梁尚國(guó)等的研究表明，干熄焦使焦炭微孔數(shù)量和微孔表面積減小，其結(jié)果使反應(yīng)后的焦炭強(qiáng)度提高［2－3］。高建軍等認(rèn)為，濕熄焦時(shí)，焦炭表面和氣孔內(nèi)由于水蒸發(fā)會(huì)出現(xiàn)堿金屬的鹽基物質(zhì)沉積，其結(jié)果使焦炭的反應(yīng)性提高［4］。

本文對(duì)相同配煤及煉焦工藝下6m焦?fàn)t紅焦分別進(jìn)行干法和濕法熄焦，通過(guò)對(duì)干、濕法熄焦焦炭質(zhì)量的對(duì)比分析，研究干熄焦對(duì)焦炭質(zhì)量的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 焦樣

焦樣取自某大型焦化廠6m焦?fàn)t所產(chǎn)熾熱紅焦。干熄焦試樣采用140t／h干法熄焦裝置熄焦得到，濕熄焦試樣由紅焦用水噴灑80～120s、控水60s后獲得。干、濕法熄焦焦炭的取樣和制樣按GB／T1997—2008標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.2 分析檢測(cè)

用AutoPore9Ⅳ500Ⅴ1.05微孔分析儀（美國(guó)）測(cè)定焦炭的內(nèi)部孔隙。用IRIS Advantage ER／S電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)）分析焦炭的灰成分。焦炭工業(yè)分析按GB／T2001—2013執(zhí)行，全硫含量測(cè)定按GB／T2286—2008執(zhí)行，熱態(tài)強(qiáng)度測(cè)定按GB／T4000—2008執(zhí)行，冷態(tài)強(qiáng)度測(cè)定參照GB／T1996—2003，真相對(duì)密度d、假相對(duì)密度dA、顯氣孔率PS和總氣孔率Pt等指標(biāo)測(cè)定按GB／T4511.1—2008執(zhí)行，焦炭光學(xué)組織劃分和測(cè)定按YB／T077—1995進(jìn)行。

焦炭顯微強(qiáng)度（MSI）測(cè)定方法：取0.6～1.25mm 粒度的焦樣2.00g，放入內(nèi)徑25.4 mm、長(zhǎng)305mm的管中，同時(shí)裝入12個(gè)8mm的鋼球，以25r／min的速度旋轉(zhuǎn)800r后取出，用0.21mm和0.60mm的圓孔篩在振篩機(jī)上振動(dòng)4min，將粒度為0.60mm以上、0.21～0.60mm和0.21mm以下焦樣的質(zhì)量分別用R1、R2和R3表示，則R1＋R2為焦炭顯微強(qiáng)度（MSI）。

焦炭礦物催化指數(shù)（MCI）計(jì)算方法：

式中：Ad為焦炭的干基灰分，%。焦炭OTI計(jì)算方法：

式中：fi為焦炭中各光學(xué)組織的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；OTIi為焦炭各光學(xué)組織相對(duì)應(yīng)的賦值。

2 結(jié)果與分析

2.1 工業(yè)分析

焦炭工業(yè)分析如表1所示。從表1中可看出，兩種熄焦方法所產(chǎn)焦炭灰分、硫含量無(wú)明顯差異，干熄焦水分和揮發(fā)分含量較低。

表1 焦炭工業(yè)分析 （wB／%）Table1 Proximate analyses of cokes

2.2 粒度篩分組成

焦炭粒度篩分組成如表2所示。從表2中可看出，與濕熄焦相比較，干熄焦的平均粒度ds減小了7.89mm，粒度均勻系數(shù)K提高了0.94，干熄焦中小于10mm的焦末增加量為2.28%，這些均有利于高爐冶煉的操作［5－6］。由于焦炭在干熄焦?fàn)t內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互摩擦、擠壓，使焦塊沿裂紋處斷裂，使大塊焦減少，加上循環(huán)氣體對(duì)焦炭表面的風(fēng)蝕作用，結(jié)果使結(jié)構(gòu)脆弱部分變?yōu)榻鼓@是干熄焦平均粒度降低的主要原因。

表2 焦炭粒度篩分組成Table2 Particle size composition of cokes

2.3 氣孔率及密度

焦炭氣孔率及密度如表3所示。從表3中可看出，與濕熄焦相比較，干熄焦顯氣孔率Ps高出0.62個(gè)百分點(diǎn)，總氣孔率Pt降低了0.24個(gè)百分點(diǎn)，干熄焦真密度d和視密度dA均略高于濕熄焦相應(yīng)值，這是由于焦炭在干熄焦?fàn)t燜爐過(guò)程中的縮合作用使得焦炭真密度有所提高。

表3 焦炭氣孔率及密度Table3 Density and porosity of cokes

2.4 孔徑分布

焦炭孔徑分布及孔隙比表面積如表4所示。從表4中可看出，干熄焦和濕熄焦中，孔徑大于100μm的焦炭不到1%，焦炭大部分孔徑為10～100μm。與濕熄焦相比，干熄焦孔隙比表面積較大，平均孔隙直徑稍小，除小于1μm的孔徑外，干熄焦其他孔徑所占比率均大。這是因?yàn)楦上ń乖诟上ń範(fàn)t中經(jīng)受高溫干餾后，氣孔更發(fā)達(dá)，孔徑普遍增大。

表4 焦炭孔徑分布及孔隙比表面積Table4 Specific surface area and pore size distribution of cokes

2.5 光學(xué)組織結(jié)構(gòu)

焦炭光學(xué)組織結(jié)構(gòu)如表5所示。從表5中可看出，與濕法熄焦相比，干法熄焦各向同性組織I、片狀組織L、細(xì)粒鑲嵌組織MF含量稍有增大，焦炭光學(xué)組織指數(shù)OTI基本相近，不會(huì)對(duì)焦炭性能產(chǎn)生明顯影響。

表5 焦炭光學(xué)組織結(jié)構(gòu)Table5 Optical texture of cokes

2.6 強(qiáng)度

焦炭強(qiáng)度指標(biāo)如表6所示。由表6中可以看出，干熄焦冷熱態(tài)強(qiáng)度得到明顯的改善，焦炭顯微強(qiáng)度MSI有所提高。這是由于干熄焦使焦炭的縮聚更加充分，焦炭更為致密，氣孔壁質(zhì)量提高，使其顯微強(qiáng)度MSI提高。

表6 焦炭強(qiáng)度指標(biāo)（wB／%）Table6 Strength at hot state of cokes

2.7 灰成分與礦物催化指數(shù)

焦炭灰成分和礦物催化指數(shù)如表7所示。從表7中可看出，與濕熄焦相比，干熄焦的灰成分中若干成分的含量有所降低，如K2O、Na2O含量分別降低了0.08和0.12個(gè)百分點(diǎn)，其結(jié)果使礦物催化指數(shù)MCI有所降低，而礦物催化指數(shù)的降低有利于高爐的順行。

表7 焦炭灰成分和礦物催化指數(shù)Table7 Ash composition and MCI of cokes

3 結(jié)語(yǔ)

干熄焦對(duì)焦炭的灰分和硫含量改變不大，對(duì)焦炭的真密度、氣孔率、灰成分和光學(xué)組織指數(shù)的影響較小，對(duì)焦炭的成熟度、平均粒度、粒度均勻系數(shù)、孔徑分布、機(jī)械強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度等的改善明顯。

［1］呂勁，何亞斌，湯長(zhǎng)庚.干熄焦工藝對(duì)焦炭質(zhì)量的影響［J］.鋼鐵，2002，37（1）：5－10.

［2］張文成.干熄焦焦炭質(zhì)量特性研究［J］.冶金能源，2014，33（2）：45－48.

［3］梁尚國(guó)，史世莊，常紅兵，等.武鋼干濕法熄焦焦炭性能對(duì)比研究［J］.鋼鐵，2007，42（2）：15－17.

［4］高建軍，趙世芬，鄭永挺，等.濕法熄焦與干法熄焦的對(duì)比分析［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009，19（23）：199－200.

［5］王維興.我國(guó)煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)焦炭質(zhì)量的要求［J］.中國(guó)鋼鐵業(yè)，2011（1）：13－17.

［6］畢學(xué)工.焦炭質(zhì)量與高爐冶煉關(guān)系的再思考［J］.過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2009，9（S1）：438－442.