煉焦煤特性對焦炭熱態強度影響研究

2021-08-12 12:14:30王超侯士彬張軍甘秀石王旭武吉

鞍鋼技術 2021年4期

王超，侯士彬，張軍，甘秀石，王旭，武吉

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠，遼寧鞍山114021）

中國是世界第一大焦炭生產和消費國，2019年我國焦炭總產量為47 126萬t，同比增長5.2%，其中鋼鐵聯合企業焦化廠產量為11 414萬t。截止到2016年，我國容積在4 000 m以上的高爐已達22 座，其中 5 000 m以上的有 5 座，同期全國煉焦煤資源探明儲量3 073億t，其中具有可開采價值的煉焦煤資源量僅為395億t，占煉焦煤儲量的12.9%，且以低變質的氣煤為主，煉焦主力強黏結性的肥煤和焦煤明顯短缺。

當前，隨著高爐大型化發展及富氧噴吹輔助煉鐵等技術的應用，高爐對焦炭質量的要求日益提高，焦炭在煉鐵中的骨架作用越來越明顯。由于煉焦煤資源有限，制約了焦炭質量的提升，與高爐對焦炭質量的需求相矛盾，向煉焦及煉鐵工作者提出了挑戰。技術人員在原料煤預處理技術、配煤煉焦工藝等方面開展了大量焦炭質量綜合提升研究，并提出焦炭的熱態強度性能是重要關注指標。為探索焦炭熱態強度性能的影響因素，為配煤煉焦生產提供技術支持，研究了鞍鋼股份有限公司（以下簡稱“鞍鋼”）常用煉焦煤煤質對焦炭熱態強度的影響，并進行了配煤優化及煉焦試驗。

1 試驗方法及原料

依據GB/T 212-2008煤的工業分析方法、GB/T 214-2007煤中全硫的測定方法、GB/T 479-2000煙煤膠質層指數測定方法、GB/T 5447-2014煙煤黏結性指數測定方法、GB/T 6948-2008煤的鏡質體反射率顯微鏡測定方法等國標，完成煉焦煤性質指標的檢測分析。依據GB/T 4000-2017焦炭反應性及反應后強度試驗方法等國標，完成焦炭熱態強度指標，即焦炭反應性（CRI）和焦炭反應后強度（CSR）的檢測分析。煉焦試驗采用200 kg頂裝試驗焦爐，加熱方式為焦爐煤氣加熱，煉焦終溫為1 050℃，結焦時間16 h。試驗所用單種煤煤樣取自鞍鋼煉焦總廠備煤車間，嚴格按照GB 475-2008《商品煤樣人工采取方法》取樣。

2 試驗結果與分析

2.1 焦炭熱態強度影響因素分析

2.1.1 單種煤A對焦炭熱態強度的影響

圖1 單種煤Ad與焦炭熱態強度擬合曲線Fig.1 Fitting Curves for Adof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖1可以看出，常用煉焦單種煤A分布在6%～13%范圍內，焦炭熱態強度在A大于10%時呈現出較為明顯的劣化趨勢。但A與CRI和CSR的r分別只有0.48、0.39，擬合度較低。

圖2 單種煤Ad與焦炭熱態強度分段擬合曲線Fig.2 Fitting Curves by Section for Adof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖2可以看出，當A大于10%時，焦炭熱態強度隨著A提高而明顯劣化，且A與CRI和CSR的r分別達到了0.87和0.97，擬合度較高。因此，在配煤煉焦時配煤A不宜高于10%，應控制在10%以下，建議配煤A穩定在9.5%～10%范圍。

2.1.2 單種煤V對焦炭熱態性能的影響

圖3 單種煤Vdaf與焦炭熱態強度擬合曲線Fig.3 Fitting Curves for Vdafof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖3可以看出，常用煉焦單種煤V分布在14%～39%范圍，單種煤V與焦炭熱態強度間存在較為明顯的變化規律。且由于單種煤V與 CRI和CSR的r分別達到了 0.84和 0.87，擬合度較高，根據擬合曲線可以得出，焦炭熱態強度隨V提高先變好后劣化，當V約為26%時，焦炭熱態強度相對最優，煤種采購時性價比較高。

2.1.3 單種煤S對焦炭熱態性能的影響

對單種煤S與焦炭熱態強度進行擬合分析，得出 CRI=36.2-4.43S，r=0.50；CSR=48.38+3.147S，r=0.19。具體擬合曲線如圖4所示。

圖4 單種煤St,d與焦炭熱態強度擬合曲線Fig.4 Fitting Curves for St,dof Individual Coal and Thermal Strength of Coke

由圖4可以看出，常用煉焦單種煤S分布在0.2%～2.8%范圍。隨著單種煤S的增加，CRI呈下降趨勢，CSR呈上升趨勢，但由于單種煤S與CRI和CSR的r分別為0.50和0.19，擬合度較低，不能以此為依據預測相關趨勢。但基于當前煉焦用煤條件，合理調控高硫煤的使用，對提質降本具有積極效果。

2.1.4 單種煤Y值對焦炭熱態性能的影響

對單種煤Y值與焦炭熱態強度進行擬合分析，得出 CRI=71.233 1-4.120 53Y-0.092 54Y，r=0.81；CSR=1.136 09+4.923 41Y-0.103 9Y，r=0.90。具體擬合曲線如圖5所示。由圖5可以看出，常用單種煤Y值分布在5.0%～35.0%范圍。單種煤Y值與焦炭熱態強度間存在較為明顯的變化規律。且由于單種煤Y值與CRI和CSR的r分別達到0.81和0.90，擬合度較高，根據擬合曲線可以得出，隨著Y值的增大，CRI呈先下降后升高趨勢，CSR呈先升高后下降趨勢。

圖5 單種煤Y值與焦炭熱態強度擬合曲線Fig.5 Fitting Curves for Y Value of Individual Coal and Thermal Strength of Coke

在生產配煤中考慮到需要將不同變質程度煉焦煤配合使用生產焦炭和控制配煤成本，配合煤Y值通常控制在20 mm以下。因此，對5 mm≤Y≤20 mm時單種煤Y值與焦炭熱態強度進行擬合分析，得出 CRI=62.76-2.24Y，r=0.80；CSR=9.77+2.90Y，r=0.96。具體擬合結果如圖6所示。

圖6 Y≤20 mm時單種煤Y值與焦炭熱態強度擬合結果Fig.6 Fitting Curves for Y Value of Individual Coal and Thermal Strength of Coke When Y≤20 mm

由圖6可以看出，在Y≤20 mm區域內，單種煤Y值和焦炭熱態強度指標之間的線性關系良好，且由于Y值與CRI和CSR的r分別為0.80和0.96，擬合度較高，根據擬合曲線可以得出，隨著Y值的增加，CRI明顯呈下降趨勢，CSR呈上升趨勢，焦炭熱態強度整體變好。

2.1.5 單種煤G值對焦炭熱態性能的影響

對單種煤G值與焦炭熱態強度進行擬合分析，結果得到 CRI=95.936-1.314 7G+0.006 0G，r=0.92；CSR=7.669 6-0.240 04G+0.001 77G，r=0.91。具體擬合曲線如圖7所示。由圖7可以看出，單種煤G值分布在30～105范圍，隨著G值的升高，CRI呈下降趨勢，CSR呈上升趨勢。且由于單種煤G值與CRI和CSR的r分別為0.92和0.91，擬合度較高，根據擬合曲線可以得出，焦炭熱態強度隨著G值的升高，明顯整體持續提高。在成本可控條件下，合理提高配合煤G值有利于焦炭質量的提高。