CN115074147B - 一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，结合煤干馏软化流动度区间不同温度段的受热特性，对炼焦煤进行分级分类，通过基准配煤试验及焦炭质量测定，试验煤种干馏软化特性变化与焦炭质量关系模型、确定修正参数。优点是：充分利用各煤种在煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性，使煤黏结性和结焦性在配合煤生产制备冶金焦炭高温干馏过程中作用最大化，在不大幅度增加优质炼焦煤用量的同时，最大限度提高生产焦炭质量。
Description
技术领域
本发明属于冶金原料与预处理技术领域，尤其涉及一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法。
背景技术
焦炭广泛应用于高炉炼铁和有色金属冶炼等生产，用于高炉炼铁生产所用的冶金焦炭被称为高炉焦，其是以烟煤为主要原料。焦炭在高炉中主要起着供热、还原剂、骨架和供碳四个作用。焦炭在高炉中具有较高的冷态强度，以抵抗焦炭在在块状带下降过程中受到的机械冲击和磨损；同时，焦炭还具有较高的热态强度，以保证焦炭在风口区上部因碳溶反应消耗时能有足够的强度和块度，及在更高温度的死料柱区、风口区保持一定的粒度和强度。焦炭质量指标通常有焦炭的抗碎强度M40，焦炭的耐磨强度M10，以及焦炭的热强度CRI、CSR组成。
在高炉冶炼过程中，高炉下部料柱的透气性几乎完全由焦炭来维持。焦炭质量指标中耐磨强度M10。直接影响着高炉内料柱的透气性，对高炉焦比和利用系数的影响更为显著。
随着钢铁工业的进步，高炉冶炼对焦炭质量的高要求与优质炼焦煤资源稀缺间的矛盾越发凸显。如何利用有限的炼焦煤资源，以最低的成本生产出满足高炉冶炼需求高质量的焦炭是当今炼焦技术发展及生产面临的主要问题之一。在备煤和炼焦工艺稳定的条件下，焦炭质量主要取决于原料煤的性质及其合理配合。因此，精准调控焦炭质量，需要准确认识并掌握炼焦煤的性质是选煤，确定经济合理的配煤比。
对于焦炭的耐磨强度M10的控制受配合煤的黏结性和结焦性影响较大，配合煤的黏结性和结焦性通常用黏结性指标G值、Y值、挥发分控制，但在实际配煤应用中，其成焦耐磨强度指标上的差异仍然较大。因此，为提高焦炭质量满足高炉冶炼需要，通过技术研发实现炼焦煤的有效评价、合理优化使用具有重要价值及实际需要。
现有技术中，用于控制改善焦炭粒度的配煤方法(CN110591748B)，在实现高挥发分炼焦煤用量达30％以上的基础上，可实现有效控制焦炭粒度，其中，焦炭粒度平均粒度为50～55mm，且粒级在40～80mm≥65％，粒级≤25mm低于5％，满足3000m3以上大型高炉生产需求。一种提高焦炭平均粒度及改善焦炭粒度分布的炼焦配煤方法(CN111253961B)，根据单种煤煤质质量指标测定结果，将按照煤显微惰性组分含量、最大容惰量、容惰率、初始软化温度、固化温度等量化指标确定的各煤种按质量比例配制成配合煤，并经试验炼焦验证结果指标达到炼焦生产焦炭指标要求范围的配煤方案定为炼焦生产用配煤方案。从而提高焦炭平均粒度，优化焦炭粒度分布，提高焦炭在高炉炉料透气性作用。一种控制焦炭耐磨强度的方法(CN105885904B)，通过选择关键煤种测试其流动度和膨胀度，对相关煤种最大流动度对数进行加权，实现焦炭耐磨强度的控制。高粉煤比例下生产焦炭的配煤炼焦方法(CN105778962B)，通过增加膨胀性能好、胶质体稳定的肥煤用量，能够克服配合煤中粉煤比例过高时，配合煤堆比重会降低，粉煤与其他煤粒之间的接触融合紧密程度不高的缺陷，从而生产出优质、热强度稳定的焦炭，满足3000立方米以上高炉需要。
结合对现有技术特点分析，可以看出，当前相关焦炭质量管控技术均是从炼焦煤的已有的常规指标进行细化分析及优化应用等等方面开展技术工作，对当前炼焦煤节约使用及焦炭质量要求未实现本质上提升，因此，提出开展从炼焦煤高温干馏塑性区间维度进行炼焦煤的评价与应用，实现降低优质炼焦煤资源使用的同时焦炭耐磨强度M10指标的改善控制，具有技术明显进步及实际应用价值。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，利用炼焦煤在煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性进行量化划分，结合常规煤质分析及配煤理论，充分发挥炼焦煤黏结性和结焦性；通过构建炼焦煤干馏软化流动温度区间动态特性与煤常规指标相结合的新型煤质评价和配煤体系，优化配煤结构，实现焦炭耐磨强度M10的改善，降低焦炭的粉化，提高冶金焦炭质量。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，结合煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性，对炼焦煤进行分级分类，通过基准配煤试验及焦炭质量测定，试验煤种干馏软化特性变化与焦炭质量关系模型、确定修正参数，具体包括以下步骤：
1)最大流动度Dmax≥4500dd/min划分为a1类煤，4500dd/min﹥最大流动度Dmax≥950dd/min划分为a2类煤；
950dd/min﹥最大流动度Dmax≥330dd/min划分为b1类煤，330dd/min﹥最大流动度Dmax≥120dd/min划分为b2类煤；
120dd/min﹥最大流动度Dmax≥50dd/min划分为c1类煤，最大流动度Dmax＜50dd/min划分为c2类煤；
2)在最大流动度650dd/min≥Dmax≥330dd/min的b1类煤种，选定煤岩反射率测定标准偏差≤0.15、20％≤挥发分Vdaf≤26％、胶质层厚度Y值≥16.6mm煤种为b1x，b1x为基准煤种，分别与炼焦生产中使用的a1、a2、b1、b2、c1、c2煤种两两进行校准配煤炼焦试验；对试验炼焦结果进行焦炭质量分析，包括焦炭抗碎强度M40、焦炭耐磨强度M10、焦炭热态反应性CRI、焦炭反应后强度CSR；
3)将煤种a1、a2、b1、b2、c1、c2对应分类煤种最大流动度Dmax指标与所得焦炭耐磨强度指标M10进行对应分析，得到耐磨强度修正参数Ki＝lg，即Dmax/M10，煤种a1、a2、b1、b2、c1、c2对应所得到的耐磨强度修正参数Ka1、Ka2、Kb1、Kb2、Kc1、Kc2；修正参数Ki可为后续焦炭耐磨强度M10波动时各煤种质量比例调整提供参考依据；
4)结合炼焦煤常规质量评价结果及步骤1)～3)的分析结果，确定理论配煤方案，其中a1类煤质量比例配入量5％～20％、a2类煤质量比例配入量10％～25％、b1类煤质量比例配入量20％～45％、b2类煤质量比例配入量15％～35％、c1类煤质量比例配入量5％～20％、c2类煤质量比例配入量1～15％；理论配煤方案各分类煤种质量比例之和为100％。
按照步骤1)的各分类煤种取样，制备成混合均匀的配合煤；测定配合煤的指标，配合煤塑性温度区间≥120℃，最大流动温度半衰温度Tm-≥20℃，350dd/min≥最大流动度Dmax≥180dd/min，则定为试验配煤方案，否则重复步骤1)，调整分类煤种的质量比例。
根据步骤4)获得的理论配煤方案进行炼焦试验，对所制备焦炭进行质量评价，包括焦炭抗碎强度M40、焦炭耐磨强度M10、焦炭热态反应性CRI、焦炭反应后强度CSR；如各指标达到炼焦生产焦炭指标要求范围，则定为炼焦生产用配煤方案，否则重复步骤1)，调整分类煤种的质量比例。
各分类煤种的质量比例的确定和调整，Ka1、Ka2每波动0.5，a1、a2质量比例调整2％～3％；Kb1、Kb2每波动0.2，b1、b2质量比例调整1％～2％；Kc1、Kc2每波动0.1，c1、c2质量比例调整0.5％～1.5％。
当M10指标每增加0.1％，煤种调整优先级顺行b2、b1、c1、c2、a1、a2；M10指标每降低0.1％时，煤种调整优先级顺行c2、c1、a1、a2、b1、b2。
所述步骤1和步骤2中，炼焦煤塑性区间测定用加热速度T1控制在2.6℃/min≤T1≤3.4℃/min。
所述的理论配煤方案所得煤粉粒度小于0.5mm部分质量占比≤38％。
所述的塑性温度区间的测量符合GB/T25213煤的塑性测定恒力矩吉氏塑性仪法。
步骤2)的校准配合炼焦试验中b1x质量比例分别为25％、40％、50％、60％、75％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明充分利用各煤种在煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性，使煤黏结性和结焦性在配合煤生产制备冶金焦炭高温干馏过程中作用最大化，在不大幅度增加优质炼焦煤用量的同时，最大限度提高生产焦炭质量。将配煤炼焦与焦炭质量控制量化管理、降低操作人员经验性依赖与干扰，有利于焦炭质量的稳定及提高。有利于节约稀缺优质炼焦煤资源，降低配煤炼焦生产的成本。焦炭质量的提高也有利于降低高炉焦比，减少焦炭用量，从而减少碳消耗及碳排放。具有重要的低碳、高效的经济价值和社会价值。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1：
见图1，1、根据生产来煤，进行炼焦煤质量评价及炼焦试验焦炭质量评价。结合煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性，对炼焦煤进行分级分类(a1、a2、b1、b2、c1、c2)，通过基准配煤试验及焦炭质量测定，试验煤种干馏软化特性变化与焦炭质量关系模型、确定修正参数Ka1、Ka2、Kb1、Kb2、Kc1、Kc2，确定配煤方案如下：
a1类煤最大流动度Dmax9500dd/min，质量比例配入量10％；a2类煤最大流动度Dmax1050dd/min，质量比例配入量15％；b1类煤最大流动度Dmax450dd/min质量比例配入量25％；b2类煤最大流动度Dmax160dd/min质量比例配入量30％；c1类煤最大流动度Dmax80dd/min质量比例配入量10％；c2类煤最大流动度Dmax15dd/min质量比例配入量10％。
2、根据步骤1中确定的各分类煤种及比例，所得配合煤塑性温度区间165℃，最大流动温度半衰温度Tm-为17℃，最大流动度Dmax285dd/min，配合煤煤粉粒度小于0.5mm部分质量占比37.5％。同时在200kg中试试验焦炉进行验证。
3、原生产配煤方案与本试验配煤方案的炼焦试验结果如表1所示：
表1
实施例2：
1、根据生产来煤，进行炼焦煤质量评价及炼焦试验焦炭质量评价。结合煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性，对炼焦煤进行分级分类(a1、a2、b1、b2、c1、c2)，通过基准配煤试验及焦炭质量测定，试验煤种干馏软化特性变化与焦炭质量关系模型、确定修正参数Ka1、Ka2、Kb1、Kb2、Kc1、Kc2，确定配煤方案如下：
a1类煤最大流动度Dmax9500dd/min，质量比例配入量12％；a2类煤最大流动度Dmax1050dd/min，质量比例配入量10％；b1类煤最大流动度Dmax450dd/min质量比例配入量28％；b2类煤最大流动度Dmax160dd/min质量比例配入量25％；c1类煤最大流动度Dmax80dd/min质量比例配入量15％；c2类煤最大流动度Dmax15dd/min质量比例配入量10％。
2、根据步骤1中确定的各分类煤种及比例，所得配合煤塑性温度区间170℃，最大流动温度半衰温度Tm-为16℃，最大流动度Dmax277dd/min，配合煤煤粉粒度小于0.5mm部分质量占比37.0％。同时在200kg中试试验焦炉进行验证。
3、原生产配煤方案与本试验配煤方案的炼焦试验结果如表2所示：
表2
实施例3：
1、根据生产来煤，进行炼焦煤质量评价及炼焦试验焦炭质量评价。结合煤干馏软化流动温度区间不同温度段的受热特性，对炼焦煤进行分级分类(a1、a2、b1、b2、c1、c2)，通过基准配煤试验及焦炭质量测定，试验煤种干馏软化特性变化与焦炭质量关系模型、确定修正参数Ka1、Ka2、Kb1、Kb2、Kc1、Kc2，确定配煤方案如下：
(1)a1类煤最大流动度Dmax9500dd/min，质量比例配入量8％；a2类煤最大流动度Dmax1050dd/min，质量比例配入量12％；b1类煤最大流动度Dmax450dd/min质量比例配入量23％；b2类煤最大流动度Dmax160dd/min质量比例配入量27％；c1类煤最大流动度Dmax80dd/min质量比例配入量15％；c2类煤最大流动度Dmax15dd/min质量比例配入量15％。
2、根据步骤1中确定的各分类煤种及比例，所得配合煤塑性温度区间170℃，最大流动温度半衰温度Tm-为16℃，最大流动度Dmax277dd/min，配合煤煤粉粒度小于0.5mm部分质量占比37.0％。同时在200kg中试试验焦炉进行验证。
3、原生产配煤方案与本试验配煤方案的炼焦试验结果如表3所示：
表3
Claims (7)
1.一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，结合煤干馏软化流动度在不同塑性温度区间受热特性，对炼焦煤进行分级分类，通过基准配煤试验及焦炭质量测定，试验煤种干馏软化特性变化与焦炭质量关系模型确定耐磨强度修正参数，具体包括以下步骤：
1）最大流动度Dmax≥4500dd/min划分为a1类煤，4500dd/min﹥最大流动度Dmax≥950dd/min划分为a2类煤；
950dd/min﹥最大流动度Dmax≥330dd/min划分为b1类煤，330dd/min﹥最大流动度Dmax≥120dd/min划分为b2类煤；
120dd/min﹥最大流动度Dmax≥50dd/min划分为c1类煤，最大流动度Dmax＜50dd/min划分为c2类煤；
2）在最大流动度650dd/min≥Dmax≥330dd/min的b1类煤种中，选定煤岩反射率测定标准偏差≤0.15、20%≤挥发分Vdaf≤26%、胶质层厚度Y值≥16.6mm煤种为b1x，b1x为基准煤种，分别与炼焦生产中使用的a1、a2、b1、b2、c1、c2煤种两两进行校准配煤炼焦试验；对试验炼焦结果进行焦炭质量分析，包括焦炭抗碎强度M40、焦炭耐磨强度M10、焦炭热态反应性CRI、焦炭反应后强度CSR；
3）将煤种a1、a2、b1、b2、c1、c2对应分类煤种最大流动度Dmax指标与所得焦炭耐磨强度指标M10进行对应分析，得到耐磨强度修正参数Ki= lgDmax/M10，煤种a1、a2、b1、b2、c1、c2对应所得到的耐磨强度修正参数Ka1、Ka2、Kb1、Kb2、Kc1、Kc2；
4）结合炼焦煤常规质量评价结果及步骤1）～3）的分析结果，确定理论配煤方案，其中a1类煤质量比例配入量5%~20%、a2类煤质量比例配入量10%~25%、b1类煤质量比例配入量20%~45%、b2类煤质量比例配入量15%~35%、c1类煤质量比例配入量5%~20%、c2类煤质量比例配入量1~15%；理论配煤方案各分类煤种质量比例之和为100%；
按照步骤4）的各分类煤种取样，制备成混合均匀的配合煤；测定配合煤的指标，配合煤塑性温度区间≥120℃，最大流动温度半衰温度Tm-≥20℃，350dd/min≥最大流动度Dmax≥180dd/min，则定为试验配煤方案，否则重复步骤4），调整分类煤种的质量比例；
根据步骤4）获得的试验配煤方案进行炼焦试验，对所制备焦炭进行质量评价，包括焦炭抗碎强度M40、焦炭耐磨强度M10、焦炭热态反应性CRI、焦炭反应后强度CSR；如各指标达到炼焦生产焦炭指标要求范围，则定为炼焦生产用配煤方案，否则重复步骤4），调整分类煤种的质量比例。
2.根据权利要求1所述的一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，各分类煤种的质量比例的确定和调整，Ka1、Ka2每波动0.5，a1、a2质量比例调整2%~3%；Kb1、Kb2每波动0.2，b1、b2质量比例调整1%~2%；Kc1、Kc2每波动0.1，c1、c2质量比例调整0.5%~1.5%。
3.根据权利要求1所述的一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，当M10指标每增加0.1%，煤种调整优先级顺行b2、b1、c1、c2、a1、a2；M10指标每降低0.1%时，煤种调整优先级顺行c2、c1、a1、a2、b1、b2。
4.根据权利要求1所述的一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中，炼焦煤塑性温度区间测定用加热速度T1控制在2.6℃/min≤T1≤3.4℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，所述的理论配煤方案所得煤粉粒度小于0.5mm部分质量占比≤38%。
6.根据权利要求1所述的一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，所述的炼焦煤塑性温度区间的测量采用符合GB/T25213煤的塑性测定恒力矩吉氏塑性仪法。
7.根据权利要求1所述的一种改善顶装焦炉生产焦炭耐磨强度的方法，其特征在于，步骤2）的校准配合炼焦试验中b1x质量比例分别为25%、40%、50%、60%、75%。
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