CN106547935B - 一种冶金焦炭气孔特征参数预测模型的建立方法 - Google Patents

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Abstract

一种冶金焦炭气孔特征参数预测模型的建立方法，其特征在于：1)进行15种以上不同煤阶的单种煤及其配合煤的热重分析测试得到各试样的挥发分析出最大速率DTGmax(％/分钟)；2)通过炼焦煤的吉氏动度测试得到各试样的吉氏最大流动度MF(分度/分钟)；3)将炼焦煤试样进行炼焦试验，通过图像分析法得到焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例、大于150微米气孔比例；4)将DTGmax和LgMF作为自变量对焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例、大于150微米气孔比例分别进行二元线性回归，得到这些气孔结构参数与DTGmax和LgMF的关系式。该预测方法测试简便、预测准确率高。

Description

一种冶金焦炭气孔特征参数预测模型的建立方法
技术领域
本发明属于焦化技术领域，特别涉及高炉用焦炭气孔特征的预测。
技术背景
焦炭是高炉冶炼必不可少的原料，其性能直接影响料柱的透气性、透液性以及炉内其他状况。焦炭承载着炉内的机械负荷，抵抗各种物理破坏和化学侵蚀，因此要求焦炭有足够的强度。孔结构对焦炭性能有至关重要的影响。焦炭的气孔率、不同级别气孔的分布也都会影响焦炭的冷态强度。此外，焦炭的气孔结构还会影响反应气体向焦炭内部的扩散，进而影响焦炭的气化反应性。焦炭的气孔率和平均孔径增大，使焦炭在高炉中的碳溶反应变得更加剧烈，破坏了焦炭的结构，加剧了焦炭在高炉中的劣化程度，进而使焦炭的热态强度降低。因此，有必要对焦炭的气孔结构参数进行预测。
焦炭是由炼焦煤经过干馏得到的，干馏过程中气孔结构剧烈变化主要发生在热塑性阶段。此阶段内炼焦煤的黏结特性和挥发分析出特征构成了成焦过程气孔形成和发展的主要因素，但目前还没有方便而准确预测焦炭气孔结构的方法。
CN101710054A提供了一种焦炭的制造方法，优化了不同膨胀度和挥发份含量炼焦煤的配合比例，使焦炭内直径为1微米至10微米气孔的总容量为25mm3/g以上，焦炭气孔的总容量为30mm3/g以上，焦炭的转鼓强度指数DI150 15为70以上。该方法虽然优化了配煤方案，达到了一定焦炭质量的控制效果，但无法针对具体配合煤的特征预测成焦后的气孔结构参数。
综上所述，特别需要一种可以根据炼焦煤特征预测成焦后焦炭气孔特征参数的方法。本发明根据实验研究，找出了与炼焦煤成焦后气孔结构参数最为密切的炼焦煤特征参数，即挥发份析出最大速率和吉氏最大流动度的常用对数，用这两项参数预测焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例和大于150微米气孔比例，结果直观、准确率高，可为炼焦生产提供指导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术，提出一种冶金焦炭气孔特征参数预测模型的建立方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：提出一种冶金焦炭气孔特征参数预测模型的建立方法。
(1)进行15种以上不同煤阶的单种煤及其配合煤的热重分析测试，得到各试样的挥发分析出最大速率DTGmax(％/分钟)；
(2)通过炼焦煤的吉氏动度测试得到各试样的吉氏最大流动度MF(分度/分钟)；
(3)将炼焦煤试样进行炼焦试验，通过图像分析法得到焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例和大于150微米气孔比例；
(4)将DTGmax和LgMF作为自变量对焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例、大于150微米气孔比例分别进行二元线性回归，得到上述气孔结构参数与DTGmax和LgMF的关系式。
本发明产生的有益效果是：
(1)通过炼焦煤试样两个参数的测试即可预测焦炭的气孔结构参数，测试简便、准确率高。
(2)预测的焦炭气孔结构参数全面，包括平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例以及大于150微米气孔比例。
附图说明
图1是通过本发明建立的预测焦炭气孔参数模型的相关性检验。
具体实施方式
(1)选取不同煤阶的单种煤及其配合煤共18种试样，利用热分析仪对试样进行热重分析测试，试样量(空气干燥基煤样)10.0mg，从30℃以3℃/min的升温速率升至950℃，氩气流量为60ml/min。根据热重测试曲线得到各试样的挥发分析出最大速率DTGmax(％/分钟)；
(2)利用吉氏流动度测定仪，按照GB/T 25213-2010测定18种试样的吉氏流动度，得到各试样的吉氏最大流动度MF(分度/分钟)；
(3)将炼焦煤试样进行炼焦实验得到焦炭试样，采用图像分析法检测焦炭的气孔参数，包括焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例以及大于150微米气孔比例。
(4)测试得到的DTGmax、LgMF(MF的常用对数)、平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例以及大于150微米气孔比例见表1。将DTGmax、LgMF与平均孔径、气孔率、小于30微米气孔比例、大于150微米气孔比例分别进行二元线性回归，得到焦炭气孔特征参数的预测模型：
平均孔径＝110.566DTGmax+29.717LgMF+4.786
气孔率＝35.013DTGmax+8.843LgMF+20.127
小于30微米气孔比例＝-1.344DTGmax-0.617LgMF+4.171
大于150微米气孔比例＝42.885DTGmax+10.05LgMF-4.013
图1显示了焦炭气孔特征参数预测模型的预测效果，焦炭的气孔参数模型预测值与实测值之间的残差接近正态分布，且各模型的调整R2值均在0.85以上，说明各模型的回归分析质量很高。
本发明人针对可能影响焦炭平均孔径、气孔率、小于30微米气孔比例以及大于150微米气孔比例的各因素进行了研究，这些因素包括炼焦煤的软化、固化温度、塑型温度区间、吉氏最大流动度、挥发份析出最大速率、300～600℃、600-800℃、800～950℃温度区间挥发份析出的平均速率等。通过多元回归分析，得到各因素对焦炭气孔特征参数的贡献大小，排除了相关性很小因素。研究结果表明，最大失重速率(DTGmax)和吉氏最大流动度的常用对数(LgMF)是影响焦炭孔结构形成的最关键因素。以DTGmax和LgMF作为自变量来预测焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例和大于150微米气孔比例，结果直观，精确度高。
表1焦炭气孔特征参数与相关变量

Claims (1)

1.一种冶金焦炭气孔特征参数预测模型的建立方法，其特征在于利用炼焦煤挥发份析出最大速率和炼焦煤吉氏最大流动度的常用对数预测焦炭的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例和大于150微米气孔比例；
(1)对15种以上不同煤阶的单种煤及其配合煤试样在惰性气氛下进行热重分析测试，根据热重曲线得到各炼焦煤挥发份析出最大速率DTGmax，对试样进行吉氏流动度测试，得到各试样的吉氏最大流动度MF；
(2)将DTGmax和LgMF作为自变量对炼焦煤干馏后得到的焦炭试样的平均孔径、孔隙率、小于30微米气孔比例和大于150微米气孔比例分别进行二元线性回归，得到这些气孔特征参数与DTGmax和LgMF的关系式。
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