低流動(dòng)度強(qiáng)黏結(jié)性印尼煉焦煤的配用技術(shù)研究

項(xiàng) 茹，薛改鳳，宋子逵，鮑俊芳

（武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司研究院，湖北 武漢，430080）

近年來，中國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)能劇增，而國內(nèi)優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源缺乏，為滿足日益增長的高爐需求，我國鋼鐵企業(yè)不得不大量進(jìn)口高黏結(jié)性煉焦煤，但許多進(jìn)口的所謂“優(yōu)質(zhì)煉焦煤”的配用效果與國內(nèi)優(yōu)質(zhì)焦煤相差甚遠(yuǎn)。國內(nèi)某鋼廠依據(jù)中國煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)，從印度尼西亞某礦點(diǎn)高價(jià)引進(jìn)具有高G值和Y值的印尼煤，發(fā)現(xiàn)其煤質(zhì)非常特殊，配用較困難，因此本文對印尼煤的煤質(zhì)特征以及配用方法進(jìn)行研究，以期為煉焦生產(chǎn)提供參考。

1 試驗(yàn)

配煤煉焦所需單種煤包括印尼煤、河南平頂山田莊1／3焦煤、肥煤、焦煤1＃、焦煤2＃和瘦煤。煤的各項(xiàng)工業(yè)指標(biāo)分析按照GB／T 212—2008、GB／T 5447—1997、GB／T 479—2000、GB／T 5450—1997進(jìn)行；煤的鏡質(zhì)組反射率按GB／T 6948—2008進(jìn)行測定；煤的基氏流動(dòng)度指標(biāo)按美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1812－77進(jìn)行測定。

單種煤和配煤結(jié)焦試驗(yàn)在1kg小型焦?fàn)t內(nèi)進(jìn)行，中低變質(zhì)程度黏結(jié)性較好的煉焦煤粒度為－2mm，裝煤堆密度為0.75～0.77g／cm3，按一定升溫程序升至950℃并保溫3h，自然冷卻后對焦炭試樣進(jìn)行各項(xiàng)結(jié)構(gòu)性能測定。

參照YB／T 077—1995采用數(shù)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)法在德國MSP－200顯微鏡上進(jìn)行焦炭光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)測試；參照國標(biāo)GB／T 4000—2008進(jìn)行焦炭熱性能測定，反應(yīng)時(shí)間為1h。

2 結(jié)果與討論

2.1 單種煤的煤質(zhì)分析

表1為各單種煤的煤質(zhì)分析結(jié)果。由表1可見，印尼煤揮發(fā)分大于28%，G值高達(dá)93，Y值為22，根據(jù)中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)判為1／3焦煤；印尼煤的奧亞膨脹度b值為130%，收縮度X值為24，但其最大流動(dòng)度MF僅292ddpm；印尼煤鏡質(zhì)組平均最大反射率為1.11%，變質(zhì)程度已在焦煤范疇［1－3］。將印尼煤與G值、Y 值及揮發(fā)分接近的田莊1／3焦煤進(jìn)行流變性比較，如圖1所示。由圖1可見，印尼煤的開始軟化溫度較高，達(dá)413℃，屬焦煤軟化溫度范疇，而田莊1／3焦煤的開始軟化溫度較低，最大流動(dòng)度高于1000ddpm。由此可見，印尼煤與田莊1／3焦煤的膠質(zhì)體性質(zhì)不同，印尼煤受熱時(shí)具有較高的膨脹度、較低的流動(dòng)度和收縮特性，且開始軟化溫度較高，僅依據(jù)國內(nèi)常用的靜態(tài)表觀指標(biāo)無法準(zhǔn)確表征其煤質(zhì)。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果Table1 Analysis results of coals

圖1 印尼煤和田莊1／3焦煤的基氏流動(dòng)度Fig.1 Gieseler fluidities of Indonesia coal and Tianzhuang 1／3coking coal

2.2 單種煤成焦顯微結(jié)構(gòu)分析

印尼煤和田莊1／3焦煤所制焦炭的顯微結(jié)構(gòu)組成如表2所示，其顯微結(jié)構(gòu)照片見圖2和圖3。

表2 單種煤所制焦炭的顯微結(jié)構(gòu)組成Table2 Optical textures of cokes from single coal%

圖2 印尼煤所制焦炭的顯微結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructures of coke from Indonesia coal

圖3 田莊1／3焦煤所制焦炭的顯微結(jié)構(gòu)Fig.3 Microstructures of coke from Tianzhuang 1／3coking coal

由表2和圖2可見，印尼煤所制焦炭的粗粒結(jié)構(gòu)含量高達(dá)70%，另有少量纖維結(jié)構(gòu)，且惰性結(jié)構(gòu)含量較低，其結(jié)構(gòu)特征更偏向于焦煤成焦結(jié)構(gòu)。由表2和圖3可見，田莊1／3焦煤所制焦炭以粗粒和細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)含量低于50%，屬典型的1／3焦煤成焦結(jié)構(gòu)特征。由此可見，印尼煤和田莊1／3焦煤的成焦結(jié)構(gòu)特征差異較大。

2.3 印尼煤配用方法探討

2.3.1 配煤方案

印尼煤雖然具有較高的G值和Y值，但同時(shí)又具有高膨脹性和低流動(dòng)性，其煤質(zhì)特性與國內(nèi)1／3焦煤或焦煤的性質(zhì)不同，配用不當(dāng)極易形成大量泡焦。印尼煤如果按肥煤配用，其流變性或膨脹性顯然達(dá)不到要求，不能促進(jìn)煤粒間的相互接觸，若按1／3焦煤配用，其煤質(zhì)與1／3焦煤的差異又比較大。由于印尼煤具有較高的軟化溫度以及較多的粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)，煤質(zhì)更接近焦煤，所以考慮用印尼煤替代少量優(yōu)質(zhì)焦煤，以發(fā)揮其煤質(zhì)特性。具體配煤方案見表3。

表3 配煤方案Table3 Schemes of coal blending %

2.3.2 配煤工藝性質(zhì)及成焦質(zhì)量分析

根據(jù)表3的配煤方案，對各配合煤進(jìn)行工藝性質(zhì)分析，結(jié)果見表4。由表4可見，各配合煤的揮發(fā)分、G值波動(dòng)不大，若按傳統(tǒng)的Vdaf－G法預(yù)測焦炭強(qiáng)度［4－5］，則各配合煤的成焦質(zhì)量應(yīng)該無明顯差異，但從本研究中焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度CSR的測定結(jié)果（見圖4）可以看出，各配煤方案的成焦質(zhì)量差異較大，其中方案2和方案3的焦炭質(zhì)量較穩(wěn)定，方案4和方案5的焦炭質(zhì)量均有下滑。

表4 配合煤的煤質(zhì)分析Table4 Analysis results of blending coals

圖4 配合煤所制焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度Fig.4 CSR of cokes from blending coals

由于印尼煤具有較高的膨脹性、較低的收縮性和流變性，導(dǎo)致其與其它煉焦煤配煤成焦時(shí)，煤粒間接觸不緊密，孔隙較大，形成較多泡焦，最終影響焦炭質(zhì)量。方案4中，印尼煤完全替代焦煤1＃，使配合煤的揮發(fā)分及膨脹度增大，流動(dòng)度降低，焦炭質(zhì)量下降；方案5中，印尼煤完全替代1／3焦煤，使配合煤的流動(dòng)度顯著降低，膨脹度顯著增大，焦炭質(zhì)量劣化更明顯；方案2和方案3中，配合煤的流動(dòng)度在700ddpm以上，膨脹度不高于25%，焦炭質(zhì)量較穩(wěn)定。

綜上所述，對于低流動(dòng)度強(qiáng)黏結(jié)性的印尼煤，其成焦粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)含量高，膨脹性高于一般焦煤，但未達(dá)到肥煤要求，可以替代部分焦煤1＃，但配合煤的流變性和膨脹性應(yīng)得到合理控制。

3 結(jié)論

（1）印尼煤的揮發(fā)分大于28%，G值和Y值較高，流動(dòng)度低，膨脹度高，煤質(zhì)非常特殊，無法按中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)判。印尼煤的開始軟化溫度和成焦粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)含量較高，煤質(zhì)更接近于焦煤。

（2）印尼煤雖屬于強(qiáng)黏結(jié)性煤，但高膨脹低流動(dòng)的煤質(zhì)特性可導(dǎo)致其與其它煉焦煤配煤成焦時(shí)產(chǎn)生較多泡焦，需要合理控制配合煤的流動(dòng)度和膨脹度，以促進(jìn)煤粒間的充分接觸。

（3）印尼煤可少量替代優(yōu)質(zhì)焦煤，以最大發(fā)揮其煤質(zhì)特性。

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