陳 鵬 張雪紅 薛改鳳

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080；2.煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢：430080)

不同粒級(jí)煉焦煤的粘結(jié)指數(shù)變化研究

陳 鵬1，2張雪紅1，2薛改鳳1，2

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080；2.煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢：430080)

對(duì)四種煉焦煤進(jìn)行不同粒度等級(jí)的篩分。通過(guò)對(duì)比不同粒度等級(jí)條件下的粘結(jié)指數(shù)變化情況，結(jié)合四種煉焦煤的結(jié)焦過(guò)程行為，對(duì)粒度這一煤的物理指標(biāo)對(duì)煉焦煤質(zhì)量的影響效果進(jìn)行探索。結(jié)果顯示不同煤的結(jié)焦過(guò)程行為對(duì)粒度的影響，大于單一煤種的粒度變化本身，如果考慮原煤的粒度等級(jí)之間的數(shù)量差值，可以考慮適當(dāng)增加3mm以上的煉焦煤的量，發(fā)揮其粒度調(diào)整對(duì)某幾類煤種的粘結(jié)能力的改善作用。

粘結(jié)指數(shù)；粒度等級(jí)；細(xì)度；煉焦煤；結(jié)焦過(guò)程

粒度及其組成是評(píng)價(jià)物質(zhì)顆粒特征的重要物理指標(biāo)，表征物質(zhì)的顆粒大小及組成情況；粘結(jié)指數(shù)G值是煉焦煤的重要指標(biāo)，表征煉焦煤粘結(jié)惰性物質(zhì)的能力。現(xiàn)在焦化理論認(rèn)為，焦炭的形成是由于煤粒間的界面反應(yīng)鍵合連接而成[1]，而煤粒的大小由粒度及其組成決定，粘結(jié)性能的高低由界面鍵合反應(yīng)決定，因此可以推斷兩者之間存在相互關(guān)系，即粒度組成影響粘結(jié)指數(shù)G值。白向飛等人[2]通過(guò)研究過(guò)不同粒級(jí)煤的煤巖特性及其對(duì)煉焦煤性質(zhì)的影響，闡述了粘結(jié)指數(shù)與粒度組成之間和煤巖特征之間的關(guān)系，分析了不同粒級(jí)條件下的煤質(zhì)變化情況，發(fā)現(xiàn)了中等粒級(jí)(1.5～0.28mm)煤粘結(jié)指數(shù)高于粗(1.5～3mm)、細(xì)粒(<0.28mm)級(jí)煤的現(xiàn)象，但其研究的煤的粒級(jí)集中在<3mm。而<3mm的煤在焦化行業(yè)具有特殊性，即煤樣中<3mm的煤占全部樣品的質(zhì)量百分比被稱為細(xì)度，是焦化行業(yè)對(duì)煉焦煤顆粒特征進(jìn)行描述的專業(yè)名詞。與粒度及其組成指標(biāo)相比，在生產(chǎn)上細(xì)度指標(biāo)控制較為便捷，但對(duì)煤質(zhì)的影響評(píng)價(jià)更為粗放，而且為何選用3mm作為細(xì)度的臨界點(diǎn)，依據(jù)未見(jiàn)相關(guān)的報(bào)道，對(duì)于細(xì)度的臨界點(diǎn)大小的研究和思考的相關(guān)報(bào)道較少。更多關(guān)于煤的粒度影響煤質(zhì)的研究主要集中在粘結(jié)指數(shù)G值的測(cè)定方法中樣品的粒度變化對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)的影響上[3-10]，未討論作為工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)所需的細(xì)度臨界點(diǎn)的變化的問(wèn)題。因此本文選取了幾種不同種類的煉焦煤，研究單種煤的結(jié)焦過(guò)程行為與不同粒度等級(jí)之間的粘結(jié)性指數(shù)G值的變化情況，初步探索對(duì)煉焦煤配煤細(xì)度的臨界點(diǎn)調(diào)整的可能性。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試樣原料

選取某廠生產(chǎn)用的四種單種煤，具體指標(biāo)見(jiàn)表1所示，取樣地點(diǎn)在翻車機(jī)前的質(zhì)檢站，采用火車采樣器直接在車皮上獲取，各取10kg，縮分出1kg備用。

表1 試驗(yàn)所用樣品基礎(chǔ)指標(biāo)

1.2 試樣方法

(1)將縮分出的1kg樣品，按照國(guó)標(biāo)GB/T 5447-1997《煙煤粘結(jié)指數(shù)測(cè)定方法》規(guī)定的樣品制備方法對(duì)樣品進(jìn)行空氣干燥后，放置在震擊式振動(dòng)篩上，分0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、1mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、10mm等十二個(gè)粒級(jí)進(jìn)行篩分，每個(gè)煤種獲得不同粒級(jí)范圍的待處理煤樣共13份。

(2)將不同粒級(jí)范圍的煤樣按照國(guó)標(biāo)GB/T 5447-1997的方法進(jìn)行制樣，并測(cè)定粘結(jié)指數(shù)G值，其中<0.1mm和0.1～0.2mm的煤樣由于已經(jīng)小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的粒徑標(biāo)準(zhǔn)，因此不進(jìn)行制樣，直接取樣進(jìn)行粘結(jié)指數(shù)G值的測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

圖1是四種不同煉焦煤在不同粒度等級(jí)條件下的粘結(jié)指數(shù)G值的變化情況圖：

1代表<0.1mm，2代表0.1～0.2mm，3代表0.2～0.3mm，4代表0.3～0.4mm，5代表0.4～0.5mm，6代表0.5～1mm，7代表1～3mm，8代表3～4mm，9代表4～5mm，10代表5～6mm，11代表6～7mm，12代表7～10mm，13代表>10mm

從圖中可以看出，粒度等級(jí)編號(hào)2即0.1～0.2mm的單種煤的粘結(jié)指數(shù)比相鄰粒度等級(jí)的單種煤的粘結(jié)指數(shù)低，這種現(xiàn)象在不同變質(zhì)程度、不同揮發(fā)分的煉焦煤中均存在。造成這樣的現(xiàn)象的原因主要是由于其中粒度等級(jí)編號(hào)2即0.1～0.2mm之間的單種煤未經(jīng)過(guò)破碎直接進(jìn)行粘結(jié)指數(shù)G值的測(cè)定，待測(cè)的煤樣中少了<0.1mm的粉煤部分，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差，而相同的情況也有可能出現(xiàn)在粒度等級(jí)編號(hào)1即<0.1mm的粉煤部分中，因此應(yīng)拋離這兩個(gè)等級(jí)的煤再進(jìn)行分析。

圖2是不同粒度等級(jí)氣煤粘結(jié)指數(shù)G值變化的修正圖：

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F(xiàn)代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

從圖中2可以看出，隨著粒度等級(jí)的增加，粘結(jié)指數(shù)G值在逐步提高，粒度等級(jí)>1mm以上的煤樣變化趨勢(shì)變緩，粒度等級(jí)在4～6mm左右時(shí)粘結(jié)指數(shù)G值達(dá)到最大值。粒度等級(jí)的增大對(duì)氣煤的粘結(jié)指數(shù)G值具有改善作用。通過(guò)分析可知，雖然氣煤的變質(zhì)程度較低，惰性物質(zhì)較多，在配煤煉焦時(shí)常被當(dāng)做惰性物質(zhì)進(jìn)行添加和使用，但如圖3所示的以無(wú)煙煤為示蹤粒子的氣煤顯微結(jié)構(gòu)圖中可以看出，氣煤形成的膠質(zhì)體將示蹤粒子全部包圍，說(shuō)明氣煤形成的膠質(zhì)體的流動(dòng)性并不弱，只是較為稀薄，所以粘結(jié)能力較低，當(dāng)粒度等級(jí)變大時(shí)，強(qiáng)化了氣煤鏡質(zhì)組的聚集，使得局部膠質(zhì)體的生成濃度提高，增強(qiáng)了氣煤的粘結(jié)性，而<1mm的氣煤，被破碎后其中的鏡質(zhì)組和惰性物質(zhì)發(fā)生了分離，反而會(huì)進(jìn)一步降低了膠質(zhì)體的粘結(jié)能力。

圖3 以無(wú)煙煤為示蹤粒度的氣煤的顯微結(jié)構(gòu)圖

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F(xiàn)代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

圖4是不同粒度等級(jí)氣肥煤粘結(jié)指數(shù)G值變化的修正圖，從圖4中可以看出，氣肥煤與氣煤呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，隨著粒度等級(jí)的增加，粘結(jié)指數(shù)G值在逐步提高，粒度等級(jí)>1mm以上的煤樣變化較為穩(wěn)定，到3～5mm左右時(shí)達(dá)到最大值。這是由于氣肥煤與氣煤相比變質(zhì)程度上和成焦顯微結(jié)構(gòu)相似，主要差別在于惰性物質(zhì)的含量的多少，氣肥煤的惰性物質(zhì)的含量會(huì)明顯低于氣煤，因此鏡質(zhì)組含量較高，粒度等級(jí)的增加，會(huì)強(qiáng)化鏡質(zhì)組的聚集，強(qiáng)化膠質(zhì)體的粘結(jié)能力。

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F(xiàn)代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

圖5是不同粒度等級(jí)1/3焦煤粘結(jié)指數(shù)G值變化的修正圖，從圖5中可以看出，1/3焦煤的變化趨勢(shì)與前兩者發(fā)生了改變，粘結(jié)指數(shù)G值隨著粒度的增加出現(xiàn)先高后低的趨勢(shì)，其拐點(diǎn)在4mm左右。從顯微結(jié)構(gòu)上來(lái)分析，1/3焦煤的顯微結(jié)構(gòu)以粒狀鑲嵌為主，特別是細(xì)粒鑲嵌，而且膠質(zhì)體的流動(dòng)性較差，因此會(huì)圍繞自身進(jìn)行結(jié)焦，結(jié)焦過(guò)程中鏡質(zhì)組的富集不再是影響?zhàn)そY(jié)性的主要原因，因此粒度等級(jí)較小時(shí)，比表面積大膠質(zhì)體的消耗較高，粘結(jié)性較弱，而粒度等級(jí)較大時(shí)，膠質(zhì)體本身的粘結(jié)性能又不足以侵潤(rùn)顆粒本身，強(qiáng)化粘結(jié)作用，因此出現(xiàn)先高后低的情況。

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F(xiàn)代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

圖6是不同粒度等級(jí)焦煤粘結(jié)指數(shù)G值變化的修正圖，從圖6中可以看出，焦煤的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)先高后低，波浪下降的趨勢(shì)，高點(diǎn)在<1mm，<4mm和<10mm之間均有存在，宏觀趨勢(shì)是粒度小的粘結(jié)指數(shù)較高。這與焦煤的成焦行為也有一定相關(guān)性，焦煤的成焦結(jié)構(gòu)以粗粒鑲嵌為主，膠質(zhì)體的結(jié)焦行為以自我粘結(jié)為主，團(tuán)結(jié)其他煤種的能力不足，因此，膠質(zhì)體粘結(jié)惰性物質(zhì)能力主要是鏡質(zhì)組的分布，由于焦煤的成焦性能較為均衡，各粒度等級(jí)之間的不會(huì)存在較大的變化，因此粒度等級(jí)增加，膠質(zhì)體的潤(rùn)濕作用降低，呈現(xiàn)出的粘結(jié)能力降低。

從上述四個(gè)煤種的分析來(lái)看，粘結(jié)指數(shù)G值不僅隨粒度等級(jí)的變化而變化，與煉焦煤的種類更加相關(guān)，而且其中就粒度等級(jí)與粘結(jié)指數(shù)G值的關(guān)系來(lái)看，各單一煤種之間的粘結(jié)指數(shù)的變化幅度并不大，大于細(xì)度臨界點(diǎn)3mm的各粒度等級(jí)的煉焦煤的粘結(jié)指數(shù)G值不僅沒(méi)有出現(xiàn)明顯的下降，如氣肥煤、高G值的氣煤等煤種反而出現(xiàn)了上升的情況。說(shuō)明粒度等級(jí)的變化在實(shí)際配煤過(guò)程中可以進(jìn)一步的放大，如果考慮原煤的粒度等級(jí)之間的數(shù)量差值，在數(shù)量差值不大的情況向，可以適當(dāng)考慮向>3mm的方向進(jìn)行調(diào)整，特別是氣肥煤、氣煤等變質(zhì)程度較低的煉焦煤，充分發(fā)揮其粒度調(diào)整對(duì)粘結(jié)能力的改善作用。

3 結(jié)論

(1)由于樣品的制備原因?qū)?0.1mm和0.1～0.2mm的煤粉進(jìn)行進(jìn)行粘結(jié)指數(shù)G值測(cè)定粒度組成本身影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成粘結(jié)指數(shù)G值降低，雖然不能作為正常實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，但是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有條件也可以將此部分煤樣篩除以提高入爐煤的粘結(jié)指數(shù)。

(2)煉焦煤的成焦過(guò)程行為影響粘結(jié)指數(shù)G值隨粒度等級(jí)的變化情況，氣煤、氣肥煤等變質(zhì)程度較低的煤，鏡質(zhì)組生成的膠質(zhì)體的流動(dòng)性較好，因此粘結(jié)指數(shù)G值隨粒度等級(jí)的增加而增加。1/3焦煤、焦煤等鏡質(zhì)組圍繞自身成焦的煉焦煤，粘結(jié)指數(shù)G值隨粒度等級(jí)的增加而呈現(xiàn)先高后低或波段降低的現(xiàn)象。

(3)就粒度等級(jí)與粘結(jié)指數(shù)G值的關(guān)系來(lái)看，各單一煤種之間的粘結(jié)指數(shù)的變化幅度并不大，如果考慮原煤的粒度等級(jí)之間的數(shù)量差值，在數(shù)量差值不大的情況向，可以適當(dāng)考慮向>3mm的方向進(jìn)行調(diào)整，特別是氣肥煤、氣煤等變質(zhì)程度較低的煉焦煤，充分發(fā)揮其粒度調(diào)整對(duì)粘結(jié)能力的改善作用。

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(責(zé)任編輯：李文英)

Study of Caking Index Changes in Different Particle Sizes of Coking Coal

CHEN Peng1,2ZHANG Xuehong1,2XUE Gaifeng1,2

(1.Research and Development Center of WICSO, Wuhan 430080, Hubei;2.Key Laboratory of Coking Coal Utilization of Hubei Province . Wuhan 430080,Hubei)

This paper aims to carry out screening of different granularity levels for four kinds of coking coal and explore the physical indexes of effect of the coal particle sizes on the coking coal quality by changes in caking index at different granularity levels and in combination with coking process behavior of four kinds of coking coal. The results showed the effect of different behavior of coal coking process on the particle size is larger than that of change in the size of individual coal itself, and that if the amount of difference between the granularity levels of the raw coal is considered, the amount for > 3mm of coking coal is the top priority, thus improving the granularity adjustment to certain types of coals bonding capacity.

grain size; fineness; coking coal, coking process

2015-03-10

2015-05-05

陳 鵬(1982～)，男，碩士，工程師.E-mail:gsdesert@163.com

TF053

A

1671-3524(2015)02-0004-03