CN114479892B - 一种制备高强度低反应性焦炭的配煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，是以25～30%A_d≤8%，V_daf32～35%，S_d≤0.8%，G值≥88，Y值≥18，F_max＞1200ddpm的1/3焦煤、35～40%A_d≤10%，V_daf26～32%，S_d≤1.5%，G值≥90，Y值≥25，F_max＞10000ddpm的肥煤、10%A_d≤10%，V_daf20～25%，S_d≤1.5%，G值≥88，Y值≥18的焦煤、15～20%A_d≤9.5%，V_daf12～15%，S_d≤0.8%，G值＞20的瘦煤和5～10%A_d≤9.5%，V_daf6～8%，S_d≤0.8%的无烟煤配煤后进行炼焦得到高强度低反应性焦炭。

Description

一种制备高强度低反应性焦炭的配煤方法

技术领域

本发明属于配煤炼焦技术领域，涉及一种用于制备具有高反应后强度和低反应性特性焦炭的配煤方法。

背景技术

焦炭作为高炉冶炼的还原剂和渗碳剂，提供热量的同时，也是炉料的支撑骨架，在高炉冶炼中起着不可替代的作用。

基于我国高炉冶炼的现行情况，焦炭作为炼铁重要原料的地位在未来几十年内不会发生变化。但随着先进的大型高炉迅速发展和落后的小型高炉技术被逐渐淘汰，高炉冶炼对与焦炭的质量要求也越来越高。

目前国内钢厂主要以高炉-转炉（BF-BOF）的长流程生产工艺为主，约87%的钢铁产能采用该路径，而长流程产生的二氧化碳排放量约为电炉短流程的4倍。相比之下，电炉使用废钢可以避免烧结和焦化这两个高排放工序。同时，电炉在生产过程中可以用氢气代替煤作为还原剂，以避免二氧化碳的产生。因此，直接还原铁（DRI）工艺是我国钢铁行业转型发展的重要方向。

直接还原铁一般以精铁矿为原料，采用富氢还原性气体作为还原剂进行生产。我国焦炉煤气、煤层气等富氢气源丰富，加之在可再生能源制氢方面极富潜力，可为直接还原铁提供可靠廉价的氢源，构成煤炭、焦化、钢铁行业升级转型的基础保障。

相比传统高炉-转炉工艺中利用焦炭的还原、渗碳、提供热量和炉料支撑骨架作用，在氢气直接还原炼铁工艺中，焦炭的还原、渗碳、提供热量作用可以被很好的替代，但是其作为炉料支撑骨架的作用却无法被替代。

无论是钢铁联营焦化厂，还是独立焦化企业，目前仍主要是采用国标方法，根据焦炭的灰分、硫分、机械强度、反应性、反应后强度指标，将冶金焦分为一级、二级和三级三个等级。其中，在其他指标波动不大的情况下，焦炭的反应性及反应后强度是影响高炉运行的最关键指标因素。

高炉生产要求一级焦炭满足反应性≤30%，反应后强度≥60%。但是对于氢气直接还原铁工艺，由于对焦炭反应性及反应后强度提出了更高的要求，如果仍按照现有的冶金焦炭质量标准生产焦炭，显然已经无法满足要求。

因此，为了大力发展氢气直接还原炼铁工艺，生产满足该工艺要求的焦炭，需要改进现有炼焦生产方法，通过选用具有特定性能的炼焦煤种，合理调整配煤中不同煤种的比例，以生产具有更高强度、更低反应性的焦炭。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，通过合理使用不同煤种进行配煤并调整不同煤种比例，以制备出具有较低反应性和较高反应后强度的焦炭。

具体地，本发明所述的制备高强度低反应性焦炭的配煤方法是按质量百分比计，采用满足以下要求的单种煤进行配煤后用于炼焦：

25～30%的1/3焦煤，且所述1/3焦煤满足灰分A_d≤8%，挥发分V_daf32～35%，硫分S_d≤0.8%，黏结指数G值≥88，胶质层最大厚度Y值≥18，最大基氏流动度F_max＞1200ddpm；

35～40%的肥煤，且所述肥煤满足灰分A_d≤10%，挥发分V_daf26～32%，硫分S_d≤1.5%，黏结指数G值≥90，胶质层最大厚度Y值≥25，最大基氏流动度F_max＞10000ddpm；

10%的焦煤，且所述焦煤满足灰分A_d≤10%，挥发分V_daf20～25%，硫分S_d≤1.5%，黏结指数G值≥88，胶质层最大厚度Y值≥18；

15～20%的瘦煤，且所述瘦煤满足灰分A_d≤9.5%，挥发分V_daf12～15%，硫分S_d≤0.8%，黏结指数G值＞20；以及

5～10%的无烟煤，且所述无烟煤满足灰分A_d≤9.5%，挥发分V_daf6～8%，硫分S_d≤0.8%。

具体地，是将所述各单种煤按照配比混合后，捣固至密度为1～1.15g/cm³，送入炼焦炉，按照常规的炼焦工艺进行炼焦。

更具体地，所述炼焦的结焦时间优选控制为20～25h。

进一步地，所述用于配煤的各单种煤的粒度＜3mm的比例不低于88%。

更进一步地，所述1/3焦煤、瘦煤和无烟煤中，粒度＜1mm的比例不低于45%，1～2mm的比例不低于23%，2～3mm的比例不低于20%。

更进一步地，所述肥煤和焦煤中，粒度＜1mm的比例不低于35%，1～2mm的比例不低于20%，2～3mm的比例不低于33%。

采用以本发明上述配煤方法制备的炼焦配煤进行炼焦，对得到焦炭的灰分A_d、硫分S_d、抗碎强度(M₄₀)、耐磨强度(M₁₀)、反应性(CRI)以及反应后强度(CSR)等各项质量指标进行评价，焦炭质量能够满足：灰分A_d≤12%，硫分S_d≤0.75%，抗碎强度M₄₀≥92%，耐磨强度M₁₀≤6.5%，反应性CRI≤20%，反应后强度CSR≥75%。

将上述各质量指标与现有的焦炭指标进行比较，不仅抗碎强度M₄₀和耐磨强度M₁₀得到了增强，而且更显著地，反应性CRI明显低于现有一级冶金焦规定的30%，反应后强度CSR明显高于现有一级冶金焦规定的60%。

采用本发明制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，可以利用现有各炉型炼焦炉，通过合理调整炼焦配煤中不同煤种的配比，炼焦得到适用于氢气直接还原炼铁工艺的高强度低反应性焦炭，为双碳背景下升级现有高炉炼铁工艺，大力发展氢气直接还原炼铁工艺提供重要的保障。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，从而使本领域技术人员能很好地理解和利用本发明，而不是限制本发明的保护范围。

本发明实施例和对比例中涉及到的实验方法、生产工艺、仪器以及设备，其名称和简称均属于本领域内常规的名称，在相关用途领域内均非常清楚明确，本领域内技术人员能够根据该名称理解常规工艺步骤并应用相应的设备，按照常规条件或制造商建议的条件进行实施。

本发明实施例和对比例中使用的各种原料，并没有来源上的特殊限制，均为可以通过市售购买获得的常规产品。也可以按照本领域技术人员熟知的常规方法进行制备。

实施例1～3。

选取产自山西不同地区的1/3焦煤-1，肥煤-1，焦煤-1，瘦煤-1和无烟煤-1，分别检测其各自的挥发分V_daf，灰分A_d，硫分S_d，黏结指数G值，胶质层最大厚度Y值，最大基氏流动度F_max，各单种煤的煤质分析数据如表1所示。

将以上各单种煤按照表2中配煤方案的配比混合后，捣固至密度1.05g/cm³，送入炼焦炉进行常规的炼焦操作，结焦时间控制在20～25h。

对各实施例制备焦炭的灰分A_d、硫分S_d、抗碎强度(M₄₀)、耐磨强度(M₁₀)、反应性(CRI)及反应后强度(CSR)等质量指标进行评价。

不同实施例的炼焦配煤煤质指标以及制备焦炭的质量指标如表3所示。

从表3可以看出，采用本发明配煤方法，选择符合要求的单种煤以要求的配比进行配煤炼焦，可以制备得到高强度低反应性的焦炭，且不同实施例配煤方案炼焦得到焦炭的质量指标均可满足灰分A_d≤12%，硫分S_d≤0.75%，抗碎强度M₄₀≥92%，耐磨强度M₁₀≤6.5%，反应性CRI≤20%，反应性后强度CSR≥75%的要求。

对比例1～5。

作为对比，分别选取另一地区的煤质指标不满足本发明所述条件的炼焦煤种，检测其挥发分V_daf，灰分A_d，硫分S_d，黏结指数G值，胶质层最大厚度Y值，最大基氏流动度F_max，煤质分析数据如表4所示。

其中，1/3焦煤-2和肥煤-2的G值、Y值和F_max均小于限定条件，焦煤-2的G值、Y值均小于限定条件，瘦煤-2的V_daf、G值均小于限定条件，无烟煤-2的V_daf小于限定条件。

以实施例1的配煤方案为基础，分别用1/3焦煤-2、肥煤-2、焦煤-2、瘦煤-2和无烟煤-2替换其中的1/3焦煤-1，肥煤-1，焦煤-1，瘦煤-1，无烟煤-1，得到表5所示的对比例1～5的配煤方案。

将各对比例配煤捣固至密度1.05g/cm³，送入炼焦炉进行常规炼焦操作，结焦时间控制在20～25h。

对各对比例制备焦炭的灰分A_d、硫分S_d、抗碎强度(M₄₀)、耐磨强度(M₁₀)、反应性(CRI)及反应后强度(CSR)等质量指标进行评价。

不同对比例的炼焦配煤煤质指标以及制备焦炭的质量指标如表6所示。

根据表6中数据可以发现，分别用1/3焦煤-2、肥煤-2、焦煤-2代替1/3焦煤-1、肥煤-1和焦煤-1时，由于G值、Y值、F_max的降低，虽然对焦炭的CRI没有较大影响，但焦炭的M₄₀、M₁₀、CSR，尤其是CSR有了较为明显的劣化；分别用瘦煤-2和无烟煤-2替换瘦煤-1和无烟煤-1，虽然由于挥发分降低，焦炭的CRI有了进一步的降低，但焦炭强度也不能满足要求。

因此，根据本发明配煤方法，可以利用现有各炉型的炼焦炉，炼焦得到适用于氢气直接还原炼铁工艺的高强度低反应性焦炭，为双碳背景下升级现有高炉炼铁工艺，大力发展氢气直接还原炼铁工艺提供重要的保障。

本发明以上实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为以上所述实施例。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，是按质量百分比计，采用满足以下要求的单种煤进行配煤后用于炼焦：

25～30%的1/3焦煤，且所述1/3焦煤满足灰分A_d≤8%，挥发分V_daf32～35%，硫分S_d≤0.8%，黏结指数G值≥88，胶质层最大厚度Y值≥18，最大基氏流动度F_max＞1200ddpm；

35～40%的肥煤，且所述肥煤满足灰分A_d≤10%，挥发分V_daf26～32%，硫分S_d≤1.5%，黏结指数G值≥90，胶质层最大厚度Y值≥25，最大基氏流动度F_max＞10000ddpm；

10%的焦煤，且所述焦煤满足灰分A_d≤10%，挥发分V_daf20～25%，硫分S_d≤1.5%，黏结指数G值≥88，胶质层最大厚度Y值≥18；

15～20%的瘦煤，且所述瘦煤满足灰分A_d≤9.5%，挥发分V_daf12～15%，硫分S_d≤0.8%，黏结指数G值＞20；以及

5～10%的无烟煤，且所述无烟煤满足灰分A_d≤9.5%，挥发分V_daf6～8%，硫分S_d≤0.8%；

将所述各单种煤按照配比混合后，捣固至密度为1～1.15g/cm³，送入炼焦炉，按照常规的炼焦工艺进行炼焦，所制备焦炭的灰分A_d≤12%，硫分S_d≤0.75%，抗碎强度M₄₀≥92%，耐磨强度M₁₀≤6.5%，反应性CRI≤20%，反应后强度CSR≥75%。

2.根据权利要求1所述的制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，所述炼焦的结焦时间20～25h。

3.根据权利要求1所述的制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，其特征是所述各单种煤中，粒度＜3mm的比例不低于88%。

4.根据权利要求3所述的制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，其特征是其中1/3焦煤、瘦煤和无烟煤中，粒度＜1mm的比例不低于45%，1～2mm的比例不低于23%，2～3mm的比例不低于20%。

5.根据权利要求3所述的制备高强度低反应性焦炭的配煤方法，其特征是其中肥煤和焦煤中，粒度＜1mm的比例不低于35%，1～2mm的比例不低于20%，2～3mm的比例不低于33%。

6.按照权利要求1～5任一所述配煤方法制备炼焦配煤进行炼焦得到的高强度低反应性焦炭。