配合煤細度、水分對堆密度及焦炭質量的影響

張俊濤，譚 超

(漣源鋼鐵集團有限公司，婁底417009)

1 引言

入爐煤細度及水分控制對裝爐煤堆密度、焦炭質量等都會產生影響。細度過低，裝爐時煤粒偏析嚴重，煤粒混合不均造成焦炭內部結構不均;細度過高，除增加粉碎機動力消耗外還使得裝爐時煤塵增多，惡化裝爐環境，甚至造成粘結性煤“破粘”降低焦炭質量。入爐煤水分較高時，升高煉焦能耗;水分太低時，可大幅度節約煉焦能耗，但會對焦爐生產穩定及生產環境造成影響;入爐煤水分較高和較大幅度地波動都對焦爐墻體具有破壞性，但水分變化對焦炭質量的影響還未有深入研究。而在實際生產過程中，因受干擾的因素復雜多變，入爐煤細度、水分對煤料堆密度和焦炭質量的影響判斷尚不明確。因此，想通過固化其他因素，研究單因素變化對焦炭質量的影響。

2 試驗原理及方法

試驗焦爐為北京煤化所研制的底裝煤式40kg試驗小焦爐。試驗焦爐操作條件:炭化室一次裝煤量(濕煤)約44公斤，裝煤時炭化室墻溫度700℃，加熱最終溫度1 090℃，焦餅最終溫度950℃，加溫時間12h至1 090℃，保溫7h，結焦時間19h，采用濕法熄焦，焦炭樣落下試驗2次，轉鼓采用米庫姆試驗轉鼓，熱強度按GB/T 4000－2008檢測。

細度控制方面，將取回的煤料多次轉堆充分混合，逐步提高入爐煤細度。實驗過程中細度控制從64%到96%，共設計13個細度方案，每個方案做2爐。實驗固化裝爐鐵箱體積，煤料達到裝煤線時，用縮分板鋪平，通過改變入爐煤細度以測量堆密度。配合煤質量指標 Ad:10.03%、Vdaf:28.66%、St，d:0.71%、G:79、Rmax:1.322。

水分控制方面，將取回的實驗煤樣多次轉堆充分混合，然后破碎至所要求的細度控制指標。第一爐實驗煉焦煤樣以取回煤樣水分為基準，后續各實驗煤樣逐步增加入爐煤料水分至18%和遞減水分至1%，水分干燥過程為空氣干燥狀態。配合煤質量指標Ad:9.53%、Vdaf:28.19%、St，d:1.00%、G:83、D:78.4%、Rmax:1.262。

3 試驗結果及分析討論

3.1 入爐煤細度及焦炭強度結果(見表1)

3.2 入爐煤水分及焦炭強度結果(見表2)

表1 入爐煤細度與煤料堆密度及焦炭質量指標檢測數據

表2 入爐煤水分與煤料堆密度及焦炭質量指標檢測數據

3.3 入爐煤細度對煤料堆密度的影響分析

入爐煤細度與煤料堆密度關聯性分析如圖1。裝煤堆密度與入爐煤細度有較強的相關性，相關系數為－0.66，堆密度隨著入爐煤細度的增加而下降。當入爐煤細度控制在67% ～87%時，細度與堆密度相關性更強，相關系數為－0.80，在此區間入爐煤細度每增加1%，堆密度約降低3.5kg/m3。

圖1 堆密度與入爐煤細度關系趨勢圖

3.4 入爐煤細度對焦炭熱強度(CRI、CSR)的影響分析

入爐煤細度與CRI關聯性分析如圖2。焦炭CRI與入爐煤細度相關系數為0.49，P值0.09，表明細度的變化對CRI的影響不明顯。

入爐煤細度與CSR關聯性分析如圖3。焦炭CSR與入爐煤細度有較強的負相關性，相關系數為－0.84，當入爐煤細度過高時焦炭CSR有惡化趨勢。

3.5 入爐煤細度對焦炭冷強度(M40、M10)的影響分析

入爐煤細度與M40關聯性分析如圖4。焦炭M40與入爐煤細度相關系數為0.65，兩者之間有較強的相關性。提高入爐煤細度可以明顯改善焦炭M40指標。

入爐煤細度與M10關聯性分析如圖5。焦炭M10與入爐煤細度相關系數為－0.41，P值0.163，兩者無相關性，同時細度變化對M10影響不顯著。

圖2 CRI與入爐煤細度關系趨勢圖

圖3 CSR與入爐煤細度關系趨勢圖

圖4 M40與入爐煤細度關系趨勢圖

3.6 入爐煤細度對焦炭塊度(平均粒度和塊度均勻系數)的影響分析

入爐煤細度與焦炭平均粒度和塊度均勻系數關聯性分析如圖6、圖7。焦炭平均粒度與入爐煤細度相關系數為－0.08，P值0.79，無明顯相關性;焦炭塊度均勻系數與與入爐煤細度相關系數為0.279，P值0.356，無明顯相關性。

圖5 M10與入爐煤細度的關系趨勢圖

圖6 平均粒度與入爐煤細度的關系趨勢圖

圖7 均勻系數與入爐煤細度的關系趨勢圖

3.7 入爐煤水分對煤料堆比重的影響分析

入爐煤水分與煤料堆比重關聯性分析如圖8，當水分在11.8%時，堆比重最小，水分在10.0%～14.0%時堆比重相對穩定在較小值，水分低于10.0%時，堆比重隨水分的降低而逐步增大，水分低于8.0%時，隨水分的降低堆比重增加的幅度遞增，水分高于14.0%時，隨水分的增加堆比重增加的幅度遞增。

圖8 堆比重與入爐煤水分關系趨勢圖

3.8 入爐煤水分對焦炭熱強度(CRI、CSR)的影響分析

入爐煤水分與CRI關聯性分析如圖9。焦炭CRI與入爐煤水分相關系數為0.49，P值0.11，當水分小于14%時，對CRI影響不顯著，而入爐煤水分大于14.0%時，CRI影響顯著，焦炭質量明顯惡化，并且惡化程度加劇。

入爐煤水分與CSR關聯性分析如圖10。焦炭CSR與入爐煤水分有較強的相關性，相關系數為0.63，當入爐煤水分降低時有利于改善CSR。

3.9 入爐煤水分對焦炭冷強度(M40、M10)的影響分析

入爐煤水分與M40關聯性分析如圖11。焦炭M40與入爐煤水分相關系數為0.23，P值0.46，兩者之間沒有相關性，即入爐煤水分的變化對焦炭M40不產生影響。

入爐煤水分與M10關聯性分析如圖12。入爐煤水分在10.13%時M10最差，入爐煤水分在5.0% ～15.0%的區間內，水分對M10影響不顯著，但是，當水分過低或過高時對M10影響程度加大，M10將得到明顯改善。

圖10 CSR與入爐煤水分關系趨勢圖

圖11 M40與入爐煤水分關系趨勢圖

圖12 M10與入爐煤水分的關系趨勢圖

3.10 入爐煤水分對焦炭塊度(平均粒度和塊度均勻系數)的影響分析

入爐煤水分與平均粒度和塊度均勻系數關聯性分析如圖13、圖14。焦炭平均粒度與入爐煤水分相關系數為0.57，有較好的相關性，水分增大時有利于提高焦炭塊度;焦炭塊度均勻系數與與入爐煤水分相關系數為－0.51，P 值0.11，無相關性。

圖13 平均粒度與入爐煤水分的關系趨勢圖

圖14 均勻系數與入爐煤水分的關系趨勢圖

4 實驗結論及建議

(1)煤料堆密度隨著入爐煤細度的增加呈下降趨勢。因此，從提高焦爐產能考慮，入爐煤細度不宜過高。在目前煤質條件下，建議細度控制小于77%。

(2)CRI和CSR均隨入爐煤細度的增加緩慢惡化。細度在65%～80%時對兩者的影響相對很小，當細度繼續增加時，CRI、CSR惡化程度加劇。當細度大于83%時CSR明顯惡化。當細度達到96%時，CSR降低8～10個百分點。細度增加，CSR反而惡化，應與漣鋼目前用煤質量有關，造成粘結性煤過細粉碎產生破粘，隨著破粘組分比例增加，對焦炭質量影響加劇。

(3)提高入爐煤細度可以明顯改善焦炭M40和M10指標，但當入爐煤細度增至72%時，繼續提高細度對焦炭M40和M10指標的影響已不再顯著。

(4)入爐煤水分在11.8%時堆比重處于最小值，在10.0% ～14.0%區間內堆比重相對穩定在較低水平，當高于和低于此區間后，升高和降低入爐煤水分都有利于提高堆比重，而水分過高會大幅增加能耗，因此，低水分的入爐煤可有利于提高焦炭產量，同時節約能耗。當入爐煤水分低于6.0%以下時，可提升焦爐產能約10%以上，節約能耗4.0%以上。

(5)入爐煤水分對焦炭反應后強度(CSR)影響非常明顯，水分越高，CSR越差;而對CRI而言，水分只要低于14%都沒有明顯影響。因此，當入爐煤水分較低時，可有效改善焦炭熱強度。

(6)入爐煤水分對焦炭抗碎強度M40不產生影響，而當入爐煤水分低于6%時，有利于改善焦炭耐磨強度M10。

(7)入爐煤水分的降低有利于改善焦炭塊度均勻系數，當入爐煤水分低于6%時，塊度均勻系數明顯提高。因此，當一定的煉焦煤質量下焦炭基礎塊度已能滿足高爐要求的前提下，可降低入爐煤水分來改善焦炭塊度均勻性。

(8)在目前常規頂裝焦爐工藝條件下，入爐煤水分過低時，將較大的影響焦爐生產操作，由于裝煤時揚塵嚴重，操作條件惡化，裝煤時冒煙冒火加劇，上升管與集氣管焦油渣含量增加，炭化室墻面石墨沉積加快，因此生產上入爐煤水分控制時，需結合入爐煤質量、粒度組成等因素，宜控制在8% ～10%。目前生產實際入爐煤水分控制情況:最低值8.0%，低于 10.0%的比率 8.0%，高于12.0%的比率占15%，水分在10% ～12%之間的比例占77%，而入爐煤水分與進廠煤水分、煤場庫存、取煤操作有關，可從影響入爐煤水分的上述幾個方面采取精細化管理，將水分盡可能地控制低一些，有利于產量、質量、煉焦能耗等技術指標的改善。

(9)降低入爐煤水分對焦炭產量、質量的改善優勢明顯與裝煤時揚塵帶來的一系列問題的矛盾日顯突出。當低水分裝煤揚塵問題得到解決時，低水分煤的煉焦將大幅度降低焦化工序成本，提升焦炭質量。

(10)在目前實驗室條件下，僅考慮單因素的細度、水分變化對煤料堆密度和焦炭質量的影響，未考慮工業生產中存在一定高度落差狀態下煤自身重力作用對焦炭產量、質量的影響。下一步將模擬頂裝焦爐裝煤高度條件下進一步驗證入爐煤細度、水分對裝煤堆比重及焦炭質量的影響幅度。

［1］于振東，等．焦爐生產技術［M］．沈陽:遼寧科學技術出版社，2003:23－26．