煤的流动度对焦炭质量的影响

煤的流动度对焦炭质量的影响

陈松

1概述

在焦炭生产中，焦煤在焦炉中加热，沥青干馏出去，焦煤变成塑性体。随着温度的继续升高，沥青被彻底分解，在1050℃以上焦煤最终形成焦炭。塑性体的形成和固化对焦炭生产和焦炭质量起至关重要的影响。使焦煤形成塑眭体并获得优质焦炭的因素之一是焦煤的流动度。因此印度JSW钢铁公司利用Gieseler塑性计和工业生产实际用煤进行了流动度实验研究。研究了各煤种以不同比例配煤后流动度的变化，以及大气对焦煤塑性变化的影响。试验采用Gieseler塑性计进行测量。研究用煤的性能指标见表1。煤A、B为硬焦煤，煤C、D为半软煤，煤E为非焦煤。为研究配合煤流动度的变化，对每个单煤种进行了流动度检测，实验中用了不同比例的高流动度硬焦煤A，及几乎没有流动度的非焦煤E，以研究其对配合煤流动度的影响。为研究氧化对煤流动度的影响，实验用煤在工业条件下露天堆放100天。实验中测试了流动度值和温度。

2流动度及其对焦炭质量的影响

试验用煤为室外放置，以3℃／min的速度对试验煤样进行连续加热，经过软化温度和熔融温度，用Gieseler塑性计测量了试验煤流动度的变化。试验煤样重5g，粉碎后用400目筛子筛选后松散堆积。加热速度与商业生产焦炉的加热速度相近，加热温度范围为350℃一550℃。试验过程中，记录了最大流动度、焦煤达到最大流动度时的温度及开始软化温度、最终固化温度。最后两个温度之间的差即为塑性范围(PR)。用连续旋转的搅拌桨测量流动度，将搅拌桨插入煤样中，当煤软化时开始旋转搅拌桨。随着煤样逐渐变成流体，搅拌桨的旋转速度也不断加快，最后在高温时煤样变硬，搅拌桨停止旋转。旋转速度用刻度盘(dial divisionper minute，简称ddpm)来表示，每一圈有100个刻度，因此100ddpm就表示搅拌桨的转速为1转／min。大多数测量仪无法记录280转／min以上的转速，因此，流动度28000以上测量不到，流动度10000以上也不能进行重复测量。

测量最大流动度(MF)、初始软化温度(IST)、最大流动度时的温度(MFT)以及再固化温度(RST)可以用于预测塑性体在焦化过程中的行为。单煤种的流动度温度有助于配煤，所以配合煤中每个单煤种的初始软化和再固化温度都在主要煤种的范围内。用旋转搅拌桨测量的流动度与焦炉中松散状态的煤的软化、熔融、固化性能不完全相同。以3℃／min的速度加热，煤在塑性计或在焦炉中变成塑性体大约需要10min～30min的时间。可以想象，活性煤素质在短时间内变软、熔融、膨胀成泡状塑性体。塑性体先在表层形成，然后逐渐向内成长直至焦炉中心，最后形成温度高于煤固化温度的半焦。上述过程在焦化过程中会多次进行，所以大量的煤变成流体需要较长时间。MF是一个经验值，煤样最小粘度的近似值可以在特殊温度下获得。

测量流动度也可以进行煤的流变学研究。试验中煤样被破碎成40目以下，比商业生产中的煤粉(3．15mm以下尺寸约占85％，0．5mm以下尺寸约占30％)要细得多。煤粉尺寸小会抑制煤的流动度，如果破碎后煤粉较粗大则会增大流动度。塑性沥青失去氢后形成炭粒并固化在一起，所以高温下试样的塑性会消失，这一系列过程塑性计都会有记录。

配合煤流动度决定着焦炭生产中的粘结过程，对焦炭反应后强度(CSR)有影响。实验表明，要达到符合要求的CSR值，流动度有一个最佳范围。流动度400ddpm以下的煤，利用振动密实预炭化(vibrocompc-ationprecarbonisation)技术在无回收型焦炉上生产焦炭，焦炭反应后强度(CSR)很低(低于63％)。这也许是由于配合煤中高流动陛煤的惰性物不足，低流动性煤中将没有足够的塑性粘结剂使碳原子保持在一起，所以CSR值低。

3实验结果及分析

3．1单煤种与配合煤流动度之间的关系

实验研究了将不同的煤混合在一起的流动度变化及配合煤的流动度，研究了配合煤流动度与单煤种流动度的关系。研究发现配合煤流动度不随加权比例而变化，而其它指标则快速下降。研究了配合煤流动度实测值与计算值的关系，配合煤流动度理论值利用单煤种的对数加权平均，根据方程：配合煤流动度=antilog[∑(％煤Ai×logl0(煤Ai流动度)]计算得到。利用表1中的煤种共进行了40多种方式的配煤，利用上述方程计算了这些配合煤的流动度。研究发现配合煤流动度实测值与计算值相一致。配合煤流动度的重复实验值均在±5％以内。这一实验关系可以确定焦炉中合适的配合煤流动度。

3．2非焦煤对流动度的影响

加入非焦煤会影响配合煤的流动度。非焦煤与硬焦煤和半软煤相比活性低，惰性大，会影响配合煤的活性和惰性。用表1中的煤A和煤E进行配煤，研究了非焦煤对配合煤流动度的影响，见表2。实验表明，当非焦煤比例提高到30％，配合煤流动度低于400，无法生产CSR大于65％质量良好的焦炭；在硬焦煤中加入10％的非焦煤，配合煤流动度下降一半。因此，为保证配合煤的流动度，非焦煤在硬焦煤A或B中的添加比例不能超过20％。

3．3大气对流动度的影响

煤在大气中会因氧化失去流动度。煤在大气中因吸收周围环境中的氧而失去挥发性物质，而流动度在很大程度上受煤中挥发性物质的影响，所以煤的流动度由于氧化而下降。要获得理想的CSR(65％)值，配合煤的流动度不能低于400 ddpm。如果低于这个值，塑性物质不足，无法包住惰性物质，从而粘结能力不能满足要求。

为研究大气对煤性能的影响，实验用煤在室外放置了3个月。研究发现，在室外放置2个月后，煤的流动度会下降一半，之后下降就不明显了。大气对煤流动度的影响见表3。煤样每放置10天进行一次实验。大气对半软煤比对硬焦煤流动度的影响显著，但IST、MFT和RST却没有变化，对塑性范围和温度也没有影响。自由膨胀序数(FSI)也没有变化，说明大气对其也没有影响。所以煤在室外存放的时间以不影响其流动度为好。

4结论

煤的流动度对焦化及焦炭质量有重要影响，通过实验得出如下结论：

单煤种的流动度对数加权平均与配合煤流动度的计算值相吻合。

配合煤中零流动度煤配加不能超过20％，否则将会使配合煤流动度低于350ddpm，从而影响焦炭质量。

煤在大气中会失去流动度，在室外存放2个月流动度会降低一半，大气对流动度的各种温度及PR没有影响。

大气对半软煤流动度的影响要显著大于对硬焦煤流动度的影响。