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捣固炼焦对焦炭热反应性及反应后强度影响的研

作者:威尼斯人app 发布日期:2020-10-28 09:11



  2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010 116捣固炼焦对焦炭热反应性 及反应后强度影响的研究 要】本文通过利用实验焦炉对比顶装与捣固炼焦的冷热强度,研究得出捣固炼焦对焦煤、配合煤焦炭的冷、热强度均有不同程度的提高,尤其是配合煤捣固后焦炭的反应性 CRI 降低 4%~6%(平均降低 5.44%),反应后强度 CSR 提高 6%~12%(平均提高 7.73%)。通过对焦炭显微结构及气孔分布的研究发现:捣固后的焦炭气孔率和平均气孔直径变小、 平均气孔壁厚及致密性增大, 以及焦炭的光学显微结构参数(OTI)值增大,是焦炭冷强度尤其是热性质提高的主要原因。 【关键词】捣固炼焦 堆密度 热性质 光学结构 气孔率 1.引言 捣固炼焦可以节约优质炼焦煤,扩大弱粘结煤用量,降低生产成本 [1,2] 尤其是提高焦炭的冷态强度已是业内的公认,但捣固炼焦工艺能否提高焦炭的热态指标(CRI、CSR)一直都是大家争论的话题,部分钢 厂用户认为捣固炼焦对焦炭的热态指标会产生负面作用或无助于提高焦炭热性质,从而使捣固焦炭在市场 的竞争中丧失优势。 我公司——旭阳煤化工集团年产捣固焦约700万t/a,是全国最大的独立焦化企业集团。结合现阶段研 究现状及公司的需要,现用40KG试验焦炉选取储煤场焦煤及生产用的配合煤共17组,通过顶装、捣固对比 试验,就捣固炼焦对焦炭热反应性及反应后强度影响及原因作相应的研究。 2.试验设备及实验方法 本文意在通过与顶装炼焦对比,研究煤料捣固后对焦炭冷、热强度的影响,尤其是捣固后焦炭的热性 质的变化。因此,制取的方法为:整个实验过程中每一组的2个煤样(顶/捣)均为同一次取样、混匀缩分 两份后分装两个50KG的封口塑料存样桶内,且煤样的顶装及捣固40KG试验安排在相邻的两天内。这样最大 程度的保证了每一组对比的煤质一致、炉况相同,试验研究更具针对性。 2.1 40KG焦炉 试验焦炉为北京煤化工研究分院的新一代40KG底开铁箱式试验焦炉及配套的捣固机,40KG试验焦炉试 验条件 (KG,湿)装煤水分 常规40 10 0.750.05 750 1050 18.5 5010 1.00.05 750 1050 22.0 2.2 热反应性及显微镜设备 焦炭热反应性及反应后强度采用北京煤研所及鞍山热能研究院的热态测定仪且严格按照现行标准 (GB/T4000-2008)试验。 焦炭的气孔和光学显微结构由鞍山热能院煤岩显微镜室(德国赛斯)测定。 3.试验 所用煤样为公司来煤常用单种煤中的焦煤,及配合粉碎后皮带上生产焦炉所用配合煤。其中:焦煤-7 组,配合煤-10组。单种煤及配合煤煤质分析见表2。 2010 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 117 Ad/%Vdaf/% St,d/% Y/mmX/mm 9.1725.97 0.34 69 11 44 9.5721.97 0.66 70 17 35 8.4125.22 0.42 76 13 42 7.6628.66 0.4 84 17 47 9.8322.16 0.35 80 16 40.5 9.8626.31 0.99 89 18 38.5 10.6627.44 0.71 84 16 47 9.2925.93 0.65 51 11 39 9.3425.84 0.64 49 11 37 9.7626.36 0.73 49 10 39.5 9.3926.74 0.68 68 13 46 9.1127.54 0.65 62 15 40 9.827.12 0.69 60 14 39.5 9.9527.26 0.62 59 11 41 9.5126.65 0.62 59 13 40 9.6227.27 0.62 57 12 43 配10 9.25 26.28 0.68 55 43.5按照要求的堆密度将单种煤或配合煤装入铁箱,分别按表1的要求控制40KG焦炉试验条件。并对炼得 焦炭进行工分、冷态强度(M40,M10)、反应性(CRI)和反应后强度(CSR)的检测。 4.结果与讨论 4.1 顶装/捣固焦炭冷强度的变化 由图1和图2,焦煤捣固前后的M10、M40都有很好的线性关系,捣固后的耐磨强度(M10)和抗碎强度(M40) 相比于顶装都有很大程度的改善。耐磨强度(M10)降低了2%~4%个单位,且耐磨强度越大,降低的幅度越大 1216 顶M10捣M10 焦煤顶装/捣固焦炭M10比较焦煤顶装/捣固焦炭M40比较 65 75 85 95 顶M40捣M40 焦煤顶装/捣固焦炭M40比较2010 年第四届全国焦化技术及生产年会 2010 118的抗碎强度(M40),捣固后都有提高,但不同焦煤提高的幅度不同,基本在1%~3%之间,且抗碎强度越高, 提高的程度越小(焦3),反之亦然。 配合煤顶装/捣固焦炭M10比较 1015 20 配10配合煤 顶M10捣M10 配合煤顶装/捣固焦炭M10比较配合煤顶装/捣固焦炭M40比较 70 80 90 配10配合煤 顶M40捣M40 配合煤顶装/捣固焦炭M40比较取自于工业生产上的配合煤,顶装、捣固后的冷强度对比如图3、图4。规律与焦煤类似,捣固前后的 焦炭强度的变化趋势基本一致,但变化幅度比焦煤大。配合煤捣固后的耐磨强度(M10)降低了3%~4%,抗碎 强度(M40)提高了3.5%~5%个单位。 综合图1、图2、图3、图4,相比顶装,捣固后焦煤和配合煤焦炭的冷强度都有改善,配合煤改善的幅 度较焦煤大。 4.2 顶装/捣固焦炭反应性和反应后强度的变化 焦煤顶装/捣固焦炭CRI比较 22 32 42 顶CRI捣CRI 焦煤顶装/捣固焦炭CRI比较焦煤顶装/捣固焦炭CSR比较 20 40 60 80 顶CSR捣CSR 焦煤顶装/捣固焦炭CSR比较通过图5、图6可知,焦煤捣固后焦炭的反应性降低3%~5%;反应后强度(CSR)提高5%~7%。同时,焦 煤捣固后焦炭的反应性和反应后强度的变化具有类似的趋势,即顶装焦炭的反应性(CRI)越高或反应后 2010 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 119 强度(CSR) 越低,捣固后焦炭的反应性(CRI)降低的幅度或反应后强度提高的幅度就越大。 配合煤顶装/捣固焦炭CRI比较 30 40 50 配10配合煤 顶CRI捣CRI 配合煤顶装/捣固焦炭CSR比较 15 30 45 60 配10配合煤 顶CSR捣CSR 配合煤顶装/捣固焦炭CSR比较取样于生产焦炉配煤槽的配合煤,通过顶装、捣固的对比分析,配合煤捣固后焦炭的反应性(CRI)降 低4%~6%(平均降低5.44%),焦炭反应后强度(CSR)提高6%~12%(平均提高7.73%),见图7、图8;配合 煤捣固后焦炭的反应性和反应后强度与焦煤的变化具有类似的趋势。 综合图5、图6、图7、图8,可得:焦煤和配合煤的热性质通过捣固后,都有明显的改善,且配合煤的 改善幅度较焦煤大;捣固后的焦煤和配合煤的热性质变化规律类似——顶装焦煤和配合煤焦炭的反应性越 高,捣固后焦炭的反应性降低的幅度越大,顶装焦煤和配合煤焦炭的反应后强度越低,捣固后反应后强度 提高的幅度越大。 4.3 顶装/捣固焦炭冷、热性质与焦炭的气孔分布和光学显微结构的关系分析 为了进一步解释焦煤及配合煤捣固后焦炭的冷、热强度有明显改善的现象,现从中选取有代表性的焦 4、配4、配5、配6做焦炭的光学显微结构及气孔率测定,同时对配4进行平均气孔直径、平均孔壁厚度及 致密度的检测。 4.3.1 焦炭的光学显微结构 焦炭光学组织指数 OTI是表征焦炭光学组织各项异性程度的数值。焦炭的 OTI值计算式为: OTI为焦炭各光学组织相对应的赋值, 详见参考文献 [4,5] 名称焦炭显微结构含量,% 各向同 不完全纤维 完全纤 基础各向异性 3.0665.21 6.34 0.44 0.22 0.00 0.00 24.73 0.00 0.00 2.1161.10 9.30 0.85 0.21 0.00 0.00 26.43 0.00 0.00 6.6532.49 14.09 2.15 1.76 1.57 4.11 28.96 8.22 0.00 4.6630.87 14.95 4.27 2.14 2.14 4.85 27.58 8.54 0.00 12.4241.31 8.13 2.71 1.35 1.13 5.19 26.86 0.90 0.00 9.9140.09 11.26 3.38 1.13 0.45 6.08 26.80 0.90 0.00 9.3540.54 9.56 4.16 0.62 0.21 4.99 30.15 0.42 0.00 8.7839.26 11.09 3.70 0.46 1.15 5.08 29.33 1.15 0.00 对比顶装/捣固焦炭的光学显微结构的 OTI值作图如下。 2010 年第四届全国焦化技术及生产年会 2010 120配合煤顶装/捣固焦炭(OTI)值比较 75 85 95 105 顶(OTI)捣(OTI) OTI值比较 下面将从两个方面分析焦炭光学显微结构与冷、热性质间的关系进行讨论。煤中各显微组分对焦炭的 冷强度及气化过程中的反应性的影响不同是其根本原因。 OTI是表征焦炭光学组织各项异性程度的数值,OTI越大,M40越大,M10越小; 对冷强度的影响是丝炭+破片<各向同性结构<细粒镶嵌结构<中粒镶嵌结构<粗粒镶嵌结构<纤维状和 片状组织。捣固后,焦炭的光学显微组分的不同比例明显从各项同性结构向片状结构移动,即焦炭光学组 织指数OTI增大。 焦炭光学显微结构中不同组分与CO2反应速率由快至慢依次为:丝炭+破片及各向同性结构

  细粒 镶嵌结构

  中粒镶嵌结构

  粗粒镶嵌结构

  纤维状和片状组织。捣固后,不易与CO2反应的纤维状、片状组织 及粗粒镶嵌结构含量增加了1.32%(平均值),而易和CO2反应的丝炭+破片、各向同性结构及细粒镶嵌结构含 量减少了3.70%(平均值),见表3,所以捣固后焦炭的反应性(CRI)明显降低,反应后强度(CSR)明显提高。 4.3.2 顶装/捣固焦炭孔壁结构分布 为考察顶装/捣固对比后焦炭的孔壁结构对焦炭冷、热性质的影响,现选择各选择有焦头、焦尾且无 明显横纵裂纹的焦炭,测定其气孔率,其中焦 为全气孔率。对于配4检测其焦炭的平均气孔直径、平均气孔壁厚及致密性,方法:各选择有焦头、无明显横纵裂纹的焦炭三 块检测的部位为每块焦炭距离焦头均相同,且行距间距:3mm3mm,由于测定气孔结构的过程中可能存 在着随机性,因此本文选用三块焦炭中每一块的平均值,再把三块加全平均。 顶装/捣固焦炭的气孔率 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 顶-气孔率捣-气孔率 图10 顶装/捣固焦炭的气孔率 配4顶装/捣固气孔参数的比较试样名称:顶装 平均值气孔率P/% 0.7 0.7 0.68 0.69 平均气孔直径Dp/um 86.9 69.8 108.3 88.33 平均孔壁厚度Wt/um 35.4 31.5 38.2 35.03 致密度D 0.59 0.57 0.56 0.57 试样名称:捣固 平均值气孔率P/% 0.67 0.67 0.62 0.65 2010 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 121 平均气孔直径Dp/um 80.8 82.5 93.2 85.50 平均孔壁厚度Wt/um 37.8 39.5 55.2 44.17 致密度D 0.6 0.59 0.62 0.60 图11 捣固焦炭的气孔结构 图12 顶装焦炭的气孔结构 由图10和表4可得, 顶装焦4、配5和配6焦炭的显气孔率为0.419、0.439、0.431和配4的全气孔率0.69,对应捣固后焦4、配5和配6焦炭的显气孔率为0.364、0.369、0.366和配4的全气孔率0.65,即焦4、 配5和配6焦炭的显气孔率分别下降0.055、0.070、0.065及配4的全气孔率下降0.040;(2) 平均气孔直径(85.50um)较顶装焦炭平均气孔直径(88.33um)减小2.83um;(3)配4捣固焦炭的平均气孔壁 厚(44.17um)及致密度(0.60)较顶装焦炭的平均气孔壁厚(35.03um)及致密度(0.57)分别增加9.14um和 0.03。焦炭的气孔率和平均气孔直径愈大、平均孔壁厚度和致密性愈小,焦炭的反应性愈高,反应后强度 愈小;反之亦然 5.结论5.1 通过将40KG实验焦炉装炉煤的堆积密度由0.75(0.05)提高到1.05(0.05)的对比试验,焦煤焦 炭的抗碎强度M40提高了1%~3%,M10降低了2%~4%;焦煤焦炭的反应性(CRI)降低了3%~5%,反应后强度 (CSR)提高了5%~7%;配合煤焦炭的抗碎强度M40提高了3.5%~5%,M10提高了3%~4%,配合煤焦炭的反应 性(CRI)降低4%~6%(平均降低5.44%);反应后强度(CSR)提高的幅度为6%~12%(平均提高7.73%)。 5.2 捣固后焦炭的气孔率和平均气孔直径变小、平均气孔壁厚及致密性增大, 以及焦炭的光学显微结构 参数 OTI值增大,是影响焦炭反应性降低、反应后强度升高的主要原因。 参考文献 [1]周师庸,用煤岩学评述捣固焦炉成焦过程和焦炭质量[J],燃料与化工,2008,39(4):8-13。 [2]彭陈辉,提高捣固焦炭质量,满足涟钢高炉需求,煤化工,2007.12,(6):16-19。 [3]李明富,王文军,等,捣固炼焦的配煤实验,煤气与热力,2005,25(1)。 [4]周师庸,应用煤岩学,冶金工业出版社,1985。 [5]杨俊和,冯安祖,煤中矿物质对焦炭光学显微组分的影响,煤炭转化,1999.7,22(3):65-68。 [6]杨俊和,钱甚芬等,焦炭的粒焦反应性,东北大学学报,1999.6,20(3)。

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