焦炉加热制度对焦炭热性质的影响

【摘要】文章通过实验的方式，分别探讨了焦炉结焦时间、焦炉加热温度、以及配合煤水分对焦炭热性质的影响，根据实验结果归纳结论，望能够为实践工作提供一定的指导。

 

【关键词】焦炉加热；焦炭；热性质；影响

 

在焦炉炉大型化的发展过程当中，随着炼焦理论的发展，焦炭热强度指标成为了焦炭生成期间的核心指标，并已纳入了对焦炭质量进行评估的基础性指标当中。为提高实践工作水平，现就焦炉加热制度对焦炭热性质的影响进行分析。

 

1、实验方法

 

实验分析样品来源于唐山钢铁股份公司生产焦炭，按现行《焦炭试样的采取和制备》进行取样，实验期间按现行《焦炭反应性及反应后强度实验方法》展开各项操作，同时使用专业焦炭反应性以及反应后强度测定装置对相关指标进行测定。

 

2、实验结果

 

2.1焦炉结焦时间影响因素

 

以结焦时间作为变化指标，在分三个等级设置结焦时间（A：18.5 h，B：24.0h，C：26.0h）的情况下，所对应的配合煤及焦炭含量指标如下表所示（见表1）。

 

表1：结焦时间变化下配合煤机焦炭含量数据对比示意表

 

结合表1中所例举的相关数据不难发现：在（A：18.5h，B：24.0h，C：26.0h）三种结焦时间方案作用之下，所生成配合煤对应的煤质基本处于稳定状态，以方案C（26.0h结焦时间）下的煤质略优于A、B方案。而从焦炭指标的角度上来说，在自方案A（18.5h）逐步提升结焦时间至方案C（16.0h）的过程当中，所生成焦炭中的焦炭反应性CRI指标呈现出了明显的下降趋势（28.6%→26.6%→26.2%），而反应后强度CSR指标则呈现出了明显的提升趋势（61.4%→64.5%→64.7%）。产生以上明显变动的主要机制在于：当所取焦炭原料加热水平控制为恒定状态的情况下，通过对结焦时间的延长，使得煤料在炭化反应过程当中的受热时间更长，受热更加充分与均匀，也因此延长了煤料内部分子热运动的持续时间，焦炭结构在此过程当中得到优化，达到提高反应后强度性能的目的。而导致焦炭反应性CRI指标降低的主要原因则体现在：伴随着结焦反应时间的延长，焦炭内部的灰分、硫分脱除效果更加的明显，内部煤料空隙结构的密实性可得到显著提升，进而降低反应性能。

 

为将该研究结果指导于实践工作，可以所生成焦炭中变化最为显著的指标：焦炭反应性CRI指标以及反应后强度CSR指标作为研究对象，相对于结焦时间（设定：t）拟合处理：

 

1）焦炭反应性CRI指标=38.0-0.424 t，R2=0.83；

 

2）反应后强度CSR指标=48.8+0.580 t，R2=0.75；

 

根据以上拟合结果可知：在焦炉加热制备焦炭的过程当中，每延长1.0 h结焦时间，则所对应的生成焦炭反应性CRI指标下降0.42%，反应后强度CSR指标则下降0.58%。

 

2.2焦炉加热温度影响因素

 

以加热温度作为变化指标，在分三个等级设置加热温度（A：1250.0～1300.0℃，B：1260.0～1310.0℃，C：1270.0～1320.0℃）的情况下，所对应的配合煤及焦炭含量指标如下表所示（见表2）。

 

表2：加热温度变化下配合煤机焦炭含量数据对比示意表

 

结合表2中所例举的相关数据不难发现：在（A：1250.0～1300.0 ℃，B：1260.0～1310.0℃，C：1270.0～1320.0℃）三种焦炉加热温度方案作用之下，所生成配合煤对应的煤质基本处于稳定状态。水分、以及挥发分指标均无明显的差异。而在对焦炭指标进行对比分析的过程当中发现：在自方案A（1250.0～1300.0℃）逐步提升结焦时间至方案C（1270.0～1320.0℃）的过程当中所生成焦炭中的焦炭反应性CRI指标呈现出了明显的下降趋势（26.2%→25.8%→25.6%），而反应后强度CSR指标则呈现出了明显的提升趋势（64.7%→65.5%→65.7%）。产生以上明显变动的主要机制在于：较高的焦炉加热温度会使得焦炭内部气孔率明显减少，焦炭致密性水平得到显著的提升，比表面积有所减小。对于取样而言，当在二氧化碳环境中充分加热的过程当中，受到气固接触面积持续降低的因素影响，时间恒定条件下的焦炭反应水平降低，在降低反应性的同时，也相应的提高了反应后强度水平。

 

为将该研究结果指导于实践工作，分析可知：在焦炉加热状态下所生成焦炭中，其反应性水平与反应后强度水平存在一定反向相关关系，且提高加热温度可提高反应后强度水平。

 

2.3配合煤水分影响因素

 

以配合煤水分作为变化指标，在分三个等级设置配合煤水分（A：9.0%，B：10.0%，C：11.0%）的情况下，所对应的配合煤及焦炭含量指标如下表所示（见表3）。

 

表3：加热温度变化下配合煤机焦炭含量数据对比示意表

 

 

结合表3中所例举的相关数据不难发现：在热工制度恒定情况下，平稳操作供给焦炉的热量基本处于一致性状态，但，随着水分的增加，热量的消耗也有所提升，由此可能致使煤料在参与炭化加热反应期间的受热性能受到影响，进而对结焦质量也产生干扰。从这一角度上来说，随着配合煤水分的提升，需适当提高焦炉加热温度或延长结焦时间，避免煤料出现受热不足、受热不均匀的问题。

 

3、讨论

 

本文通过实验分析的方式验证了焦炉加热制度相对于焦炭热性质的影响情况，综合实验结果，得出如下结论：（1）在焦炉加热制备焦炭的过程当中，每延长1.0h结焦时间，则所对应的生成焦炭反应性CRI指标下降0.42%，反应后强度CSR指标则下降0.58%；（2）在焦炉加热状态下所生成焦炭中，其反应性水平与反应后强度水平存在一定反向相关关系，且提高加热温度可提高反应后强度水平；（3）随着配合煤水分的提升，需适当提高焦炉加热温度或延长结焦时间，避免煤料出现受热不足、受热不均匀的问题。以上结论望作用于实践。