CN104655818B - 配煤炼焦焦炭抗碎强度的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配煤炼焦焦炭抗碎强度的预测方法，包括以下步骤：1)测定炼焦用各单种煤成焦光学组织结构，得出配合煤中的粗粒镶嵌、中粒镶嵌与不完全纤维组分三者含量之和L、各向同性组分与细粒镶嵌组分含量之和T，以及纤维组分含量X；2)测定配合煤的基氏流动度，得到450℃～500℃温度区间的基氏塑性流动区域S；3)设定M₄₀＝A+B*L+C*T+E*X+F*lgS，其中M₄₀代表焦炭抗碎强度，单位为％；A、B、C、E、F为常数；4)计算得到焦炭抗碎强度预测值。本发明通过较少的影响因素和简单的预测公式，无需进行配煤炼焦试验，即可较好地根据预测结果，调整配煤方案，有效地指导配煤炼焦实践。

Description

配煤炼焦焦炭抗碎强度的预测方法

技术领域

本发明属于冶金炼焦技术领域，具体涉及一种配煤炼焦焦炭抗碎强度的预测方法。

背景技术

焦炭是以碳为主要成分的含有裂纹和缺陷的不规则多孔体。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，M₄₀值是表征焦炭冷态抗碎强度最为常用的指标，M₄₀值越高，表明焦炭抗碎强度越高。焦炭裂纹的多少直接影响焦炭的抗碎强度，其指标一般以裂纹度(指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少)来衡量。焦炭裂纹包括原生的宏观裂纹和微观裂纹，焦炭受到各种因素破坏时，首先是宏观裂纹使焦炭碎裂，其次是微观裂纹使焦炭细粒化和粉化，影响焦炭抗碎强度M₄₀大小的主要是宏观裂纹。

目前对焦炭抗碎强度的预测方法主要有：

1)通过MATLAB环境中regress、robustfit等函数对炼焦配合煤各指标如灰分(A_d)、挥发分(V_daf)、黏结指数(G)和胶质层厚度(Y)，催化指数(MCI_y)等进行回归分析、比较和总结；用多元线性回归方法建立通过配合煤煤质预测焦炭质量的模型。

上述方法存在以下不足：①焦炭作为一种固体材料，其理化性能与微观光学组织结构密切相关，上述方法所选配合煤指标灰分(A_d)、挥发分(V_daf)、黏结指数(G)和胶质层厚度(Y)仅为表观工艺性质指标，未考虑到参与炼焦的各单种煤成焦光学组织结构，具有局限性；②采用灰分(A_d)作为焦炭强度预测指标存在以下问题：灰分影响焦炭强度的机理主要在于当焦炭多孔体在高温下收缩时，矿物质颗粒却具有方向与收缩应力方向相反的膨胀应力产生以此为中心的放射性裂纹。而配合煤灰分中的矿物质包括金属氧化物和非金属氧化物，由于金属和非金属具有明显热膨胀性的差异，某些炼焦煤即使灰分值相同，但由于所含金属氧化物含量的差异会导致由于灰分因素引起的焦炭强度变化的差异，因此以配合煤灰分Ad预测焦炭强度显然缺乏科学性。

2)炼焦企业通过小焦炉配煤炼焦试验，调整配煤比，考察试验焦炭抗碎强度，得到合适的配煤比，缺点是试验工作量大，周期长。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种配煤炼焦焦炭抗碎强度的预测方法，以在不进行配煤炼焦试验的情况下，较好地预测焦炭抗碎强度，根据预测结果，进而调整配煤方案，指导配煤炼焦实践。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案包括如下步骤：

1)测定炼焦用各单种煤成焦光学组织结构，计算得出配合煤中的粗粒镶嵌、中粒镶嵌与不完全纤维组分三者含量之和L、配合煤中各向同性组分与细粒镶嵌组分含量之和T，以及纤维组分含量X；

2)测定配合煤的基氏流动度，得到配合煤450℃～500℃温度区间的基氏塑性流动区域S，单位为DD；

3)设定M₄₀＝A+B*L+C*T+E*X+F*lgS，其中M₄₀代表焦炭抗碎强度预测值，单位为％；A、B、C、E、F为常数；

4)根据步骤3)的公式计算得到焦炭抗碎强度预测值M₄₀。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明的发明人通过大量试验研究和生产实践发现：粗粒镶嵌、中粒镶嵌和不完全纤维组分气孔壁厚，且分子层片呈不规则排列，能阻碍裂纹的扩展，有利于焦炭抗碎强度的提高；各向同性组分和细粒镶嵌组分各结构单元定向排列，受外力作用时，裂纹易延伸，对焦炭抗碎强度不利；纤维结构气孔壁薄、裂隙多，不利于焦炭抗碎强度；配合煤450℃～500℃较高温度区间的流动区域越大，焦块中惰性组分分布越均匀，其周边被活性组分包裹的几率越大，且惰性组分周边分布较大尺寸粒状镶嵌的几率大，其周围的裂纹越不容易扩展，即其赋存状态越利于焦炭抗碎强度的改善。而配合煤灰分碱度指数指标对微裂纹影响大，对宏观裂纹影响不显著。因此，本发明仅需将配合煤中的粗粒镶嵌+中粒镶嵌+不完全纤维组分含量、各向同性组分和细粒镶嵌组分含量、纤维组分含量、配合煤450℃～500℃温度区间的流动区域确定为影响焦炭抗碎强度的关键因素，而无需考虑碱度指数指标等对焦炭抗碎强度的影响，预测公式简单、对使用单位人力、物力条件的要求较低。

2)采用本发明方法计算预测得到的焦炭抗碎强度无论与试验得到的焦炭抗碎强度还是实际生产所得焦炭抗碎强度的契合度高，预测精度在±1％以内。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的方法包括如下步骤：

1)测定炼焦用各单种煤成焦光学组织结构，计算得出配合煤中粗粒镶嵌、中粒镶嵌与不完全纤维组分含量三者之和L，计算得出配合煤中各向同性组分与细粒镶嵌组分含量之和T，以及纤维组分含量X。

2)测定配合煤的基氏流动度，得到配合煤450℃～500℃温度区间的基氏塑性流动区域S，单位为DD；

3)设定M₄₀＝A+B*L+C*T+E*X+F*lgS，其中M₄₀代表焦炭抗碎强度预测值，单位为％；A、B、C、E、F为常数，通过将5组配煤炼焦试验或实际生产数据代入该公式计算得出；

4)根据步骤3)的公式计算得到焦炭抗碎强度预测值M₄₀。

如果计算得到的焦炭抗碎强度预测值M₄₀不能满足高炉生产的需要，则进一步优化配煤结构，再次根据步骤1)～4)计算焦炭抗碎强度预测值M₄₀，直至计算得到的焦炭抗碎强度预测值M₄₀能够满足高炉生产的需要，才将该配煤结构确定为实际配煤方案。

表1为五组配煤炼焦试验的试验数据，用于求出预测公式中的常数A、B、C、E、F值。

利用表中5组试验数据，应用Origin软件中Analysis-fitting-MultipleLinearRegression工具进行拟合，得到多元一次方程的解：

A＝83.26，B＝0.057，C＝﹣0.067，E＝﹣0.45，F＝2.16

则焦炭抗碎强度预测方程为：

M₄₀＝83.26+0.057*L﹣0.067*T﹣0.45*X+2.16*lgS

利用上述公式对表2实施例1～3配煤方案所炼焦炭抗碎强度进行预测，得预测值分别为90.15％、87.60％和88.10％，经实际炼焦并测定，得焦炭实际抗碎强度分别为90.61％、87.75％和88.52％。实际值与预测值极为接近。

值得说明的是：1)虽然不同的五组配煤炼焦试验数据会使求得的常数A、B、C、E、F值略有不同，但并不会影响利用该公式计算求得的焦炭抗碎强度的精度，精度范围相对于试验和实际生产得到的焦炭抗碎强度都为±1％以内；2)虽然本具体实施方式中五组试验所采用的单种煤煤种相同(即都为焦煤、1/3焦煤、肥煤、瘦煤和气煤)、煤质相同，但事实上，每组试验之间煤质、煤种同或不同，所求得的五个常数A、B、C、E、F的数值并不会影响本公式的适用；3)同样，实施例1～3的配煤方案中，在单种煤与任一一组试验的煤种、煤质均不同的情况下，也同样可以适用本发明的公式。

表1配煤炼焦试验的五组试验数据

表2实施例1～3的配煤方案

Claims (1)

1.一种配煤炼焦焦炭抗碎强度的预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)测定炼焦用各单种煤成焦光学组织结构，计算得出配合煤中的粗粒镶嵌、中粒镶嵌与不完全纤维组分三者含量之和L、配合煤中各向同性组分与细粒镶嵌组分含量之和T，以及纤维组分含量X；所述L、T、X的单位为％；

2)测定配合煤的基氏流动度，得到配合煤450℃～500℃温度区间的基氏塑性流动区域S，单位为DD；

3)设定M₄₀＝A+B*L+C*T+E*X+F*lgS，其中M₄₀代表焦炭抗碎强度预测值，单位为％；A、B、C、E、F为常数，通过将5组配煤炼焦试验或实际生产数据代入该公式计算得出；

4)根据步骤3)的公式计算得到焦炭抗碎强度预测值M₄₀。