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配加物共炭化技术进展(2)


125 灰分、硫分[23];当装炉煤的挥发分和流动度均很高时,瘦化剂的主要目的是降低配合煤挥
发分,减弱气体析出量,以降低焦炭气孔率,增大块度和抗碎强度时,可选用焦粉;当装炉
煤的流动度中等偏高,而且还希望焦炭有较好的耐磨性时,可选用无烟煤粉或半焦粉;若要
求降低焦炭气孔率,提高块度和抗碎强度的同时,还希望降低焦炭的灰分、反应性,可选用
延迟焦粉[2]。
130 铸造焦生产中,配瘦化剂的效果十分明显,国内在20 世纪80 年代以来,以肥煤和焦煤
做基础煤(50%~55%),配加延迟焦粉(30%~35%),焦粉(约5%)和煤焦油沥青(约
5%)制成了特级大块铸造焦[2]。
2.2 瘦化剂在配煤中的作用
⑴对于高流动度的煤,瘦化剂可以吸附一定数量煤热解生成的液相产物,使胶质体的流
135 动度和膨胀度降低,气体产物容易析出,气孔率降低;且胶质体粘度增加使气孔壁增厚。但
胶质体的流动度和膨胀度只能降低至一定限度,否则将使粘结性降低导致焦炭的耐磨性变
差。
⑵对于高挥发性的煤,瘦化剂可以降低配合煤的挥发分,减小收缩系数。但瘦化剂的挥
发分过低,本身的收缩系数很小,会增大瘦化剂和煤料之间的收缩差异,引起瘦化剂与煤粒
140 界面上的裂纹。
⑶由于半焦粉、焦粉等瘦化剂具有较好的导热性,因此可以降低炭化室内相邻层间的温
度梯度,从而减少相邻层的收缩应力。
2.3 瘦化剂对焦炭质量的影响
在装炉煤中配入适量的抗裂剂可以改善结焦性能。配抗裂剂工艺适用于高流动度高挥发
145 性煤料,可增大焦炭块度、改善焦炭气孔结构、提高焦炭机械强度[9]。
2.3.1 对焦炭组成及显微结构的影响
由于瘦化剂所含灰分较低,因此配煤炼焦后所得焦炭灰分将会降低。Richard 等[24]在7 kg
焦炉中研究了低挥发分添加剂对焦炭强度和结构的影响。发现当配入6%~16%低挥发分无烟
煤后,与单独用中或高挥发分强粘结煤相比,焦炭气孔率下降,气孔平均直径减少,焦炭强
150 度、孔壁厚度增加。认为焦炭强度增加主要是无烟煤添加剂改变了配煤塑性温度间隔,从而
导致焦炭的结构变化。
Pis 等[25]研究了石油焦对冶金焦结构和反应性的影响。发现石油焦加入后焦炭微孔体积
 和反应性均降低。并发现二者具有良好的相关性,后者可能是前者的结果。
Fernández 等[26]研究了惰性添加剂的多孔结构对烟煤热塑料性的影响。发现惰性添加剂
155 的微孔体积并不是烟煤塑性减少的决定性因素,而中孔和大孔是影响烟煤热塑性的主要因
素。同时,添加剂中杂原子的存在和高灰分含量也会通过减少塑性范围,增加此区间内的反
应来影响其热塑性。
王燕芳等[23]以宁夏焦煤作为炼焦试验主要原料,无烟精煤和石油焦作为添加剂,发现
瘦化剂在炼焦中通过吸附煤的液相,降低煤的流动度和膨胀性,从而降低半焦收缩应力,使
160 焦炭强度增加,气孔壁厚度增加,气孔率降低。
因此,瘦化剂在煤结焦过程中可以减少焦炭裂纹率,改善气孔结构,从而改善结焦性能。
2.3.2 对焦炭冷热强度的影响
樊丽军[27]研究了无烟煤添加量对焦炭冷态强度和热性能的影响。研究结果发现,无烟
煤替代瘦煤炼焦会降低焦炭的冷态强度。但无烟煤添加量不大时,冷态强度下降不多。添加
165 一定量的无烟煤可以改善焦炭的热态性能。
陈昌华等[28]研究了焦粉细度和配量的变化对焦炭冷、热态性能的影响,发现在配入焦
粉量一定的情况下,冷态强度随着焦粉细度(小于0.2 mm 所占的比例)的增加而提高,焦
炭反应性没有明显的变化,热态强度在细度50%时最好,当焦粉细度大于40%后,焦粉细
度的变化对热态性能影响不明显。
170 Alvarez 等[29]研究了配煤中添加石油焦对冶金焦炭质量的影响。发现结构特性(孔隙结
构特性、孔径分布、界面裂隙)的变化会引起冶金焦炭质量参数(机械强度、CO2 反应性)
的变化,而孔隙度的变化取决于添加剂的比例和粒径。石油焦加入后焦炭微孔减少,是焦炭
反应性降低的主要因素之一。添加质量分数为3%、不同粒度的石油焦时,焦炭的机械强度
和CO2 反应性均有所改善。
175 杨明平等[30]在20 kg 实验焦炉进行焦粉配煤炼焦实验,结果表明,焦粉配煤炼焦是可行
的,并可提高焦炭的块度和抗碎强度,同时优化了焦粉的最佳配量及最佳粒度。并验证了在
生产设备上添加3%~5%焦粉炼焦的可行性。
因此,在煤结焦过程中添加瘦化剂可以提高焦炭的块度和强度,从而改善了焦炭质量。
3 结论
180 添加合适的粘结剂炼焦可以降低焦炭灰分,改善原煤的结焦性能及焦炭的显微结构,增
加焦炭各向异性成分含量,降低反应性,提高焦炭的冷热强度,进而改善焦炭质量,并能替
代强粘结煤或增加弱粘结煤用量,同时对高炉的顺利运行起到了积极作用。在装炉煤中配入
适量的瘦化剂可以降低焦炭灰分,减少焦炭裂纹率,改善气孔结构,提高焦炭的块度和强度,
从而改善焦炭质量。因此应用前景广阔,社会意义显著。进一步研究与合理选择配煤炼焦的
185 添加物,对解决我国优质炼焦煤资源不足、降低炼焦成本有着重要的现实意义。 


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