豆礼梅 刘元虎 冉龙腾 张南 冯增平
四川攀枝花攀煤联合焦化有限责任公司 四川攀枝花 617016
摘要：焦炭质量的高低是企业核心竞争力，影响焦炭质量的因素很多，本文针对影响焦炭质量的配合煤特性、工艺因素、检测因素进行了分析，提出了控制指标和防范措施，能有效地提高焦炭的质量。
关键词：焦炭质量；配合煤特性；工艺因素；检测因素
Analysis of production factors affecting coke quality
Dou Limei, Liu Yuanhu, Ran Longteng, Zhang Nan, Feng Zengping
(Panzhihua coal United Coking Co., Ltd., Panzhihua , 617016，Sichuan)
Abstract: the quality of coke is the core competitiveness of enterprises. There are many factors that affect the quality of coke. This paper analyzes the coal characteristics, process factors and detection factors that affect the quality of coke, and puts forward the control index and preventive measures, which can effectively improve the quality of coke.
Key words: coke quality; Characteristics of blended coal; Process factors; Detection factors
随着高炉的大型化发展，焦炭在高炉中所起的骨架支撑作用越来越被重视，焦炭的质量已成为人们关注的热点[1]。影响焦炭质量的生产因素多种多样，通过对影响焦炭质量因素的分析和研究，制定科学的改进措施，改善生产工艺、强化生产操作管理，以实现焦炭质量的稳步提升。
1 配合煤特性对焦炭质量的影响
煤的组成以有机质为主体，主要由碳、氢、氧、氮和硫组成，其中，碳、氢、氧元素之和占煤中有机质的 95% 以上。这五种元素在煤有机质中的含量与煤的成因类型、煤的岩相组成和变质程度密切相关。此外，煤中还含有微量的磷、氯和某些金属元素。攀煤联合焦化在炼焦生产过程中主要是针煤的水分（Mt%）、灰分（Ad%）、挥发分（Vdaf%）、粘结指数（GRI%）、胶质层厚度（Y）、碱金属等进行工业分析，研究其对焦炭质量的影响。
1.1 煤化程度的影响
对于炼焦煤而言 ,反映煤化程度的指标主要是镜质组的最大反射率和煤的挥发分 (Vd af%) ，适宜的煤化程度是保证焦炭冷强度和焦炭热强度的基础。通过对镜质组的最大反射率与焦炭冷强度的关系研究分析，焦炭CSR与煤的挥发分呈现负相关，与煤的反射率呈正相关，即焦炭CSR随变质程度的加深而提高[2]。在煤的挥发分为22 %～28 %或反射率在1.1～1. 4时有较高的焦炭热强度。
1.2 煤灰分的影响
煤灰分是煤灰化后，其固体残留物中各种氧化物 (SiO2、TiO2、Fe2 O3、Al2 O3、CaO、MgO、K2 O 和 Na2 O) 的含量。炼焦过程中，煤的灰分完全进入到焦炭中，因此煤的灰分决定了焦炭的灰分，从而影响焦炭的溶损反应。而煤的灰分催化指数MCI 与焦炭热强度CSR 呈现负相关[2]，即催化指数上升，焦炭热强度降低，灰分催化指数在1 %～2%有较好的焦炭热强度。
1.3 煤碱性指数的影响
煤的碱性指数对焦炭热强度产生了明显的影响，而煤的碱性指数与成煤地质条件有关。根据文献资料，每种元素都对焦炭热强度产生一定的影响，综合分析各元素，以煤中的碱性氧化物与酸性氧化物的比值作为参数 ,称碱性指数 AI[3]。AI = (Na2O+K2O+CaO+MgO+Fe2O3) /(SiO2+Al2O3)。煤的碱性指数AI与焦炭热强度CSR呈现负相关，即碱度指数提高，焦炭热强度降低，特别是碱度指数大于0.2，使焦炭的热性质下降明显。要保证焦炭热强度首先要保证单种煤的质量，单种煤的碱性指数是由煤中矿物质决定的，选择碱性指数低的煤种配煤炼焦，是保证焦炭热强度的根本。
1.4 煤粘结性和胶质层的影响
煤被加热到一定温度时，会形成分子量较小的有机化合物，此时就会产生液态产物，黏结性煤转化为胶质状态。其中分子量最小的以气态形式析出或存在于胶质体中，分子量最大的则以固态形式存在于胶质体中，形成气、液、固三相共存的胶质体[4]。表征煤粘结性的指标胶值层最大厚度Y值，煤的粘结性指标与焦炭反应后强度之间存在一定的关系，但基本规律是一致的，即煤的粘结性过高，不利于焦炭热强度，在Y值在12～18 mm，全膨胀在40 %～60 %时，有较高的焦炭热强度。
1.5 配合煤水份的影响
煤的水份虽然对煤料本身性质影响不大，但是其在炭化室内结焦过程的动态发生了显 著变化时，可提高焦炉生产能力及改善焦炭质量。配合煤水份越低，在同样加热条件下，煤料的升温速度就越快。另外，造成不同水份含量煤料高温干馏时，最终温度差异的原因是煤中水分含量大，成焦后焦炭的气孔率大，焦块的导热性就差。降低配合煤的水分可显著提高焦炉生产能力及改善焦炭质量。但生产应用中，降低配合煤水份会产生扬尘问题，要与扬尘治理或与煤粉成型工艺联合应用综合考虑。
2 工艺因素对焦炭质量的影响
2.1 入炉煤的粒度和堆密度的影响
不同配煤结构和不同装煤密度条件下的焦炭质量与炼焦过程中膨胀压强二者间具有正相关性，堆密度变化比较大的情况下，与常规工业分析指标相比，炼焦膨胀压强更能精确地反映焦炭质量的变化。炼焦煤的粒度不宜过大，粒度过大，使得堆密度减小，攀煤联合焦化一般炼焦煤的粒度控制在3mm 以下的占82±2%较为适宜。配合煤的水份过大和粒度过大对堆密度的影响一致，均使堆密度减小。增加装煤堆密度可以提高结焦过程中的膨胀压力，推动胶质体流动，同时减少煤粒间距离，胶质体对惰性物质的浸润更均匀充分，微观结构更致密，宏观质量更好。
2.2 装煤速度和均衡性的影响
攀煤联合焦化建成的焦炉为JN60-6型（2×55）顶装焦炉，作为顶装焦炉在装煤时一定要控制好加煤的速度，并确保加煤过程不间断，加煤的操作时间控制在5～7min较佳，同时加煤量要均衡。加煤的速度和均衡性影响煤堆的密度和高度，碳化室的煤堆不易过高和过低，过高会超出火焰高向范围之外，造成上下部成熟不均匀，影响焦炭质量。过低会使炉顶空间温度升高，增加煤气裂解，加速石墨沉积，容易造成推焦困难。
2.3 炼焦热工管控的影响
炼焦温度是影响焦炭质量的重要因素，是通过影响成焦过程而影响焦炭质量。炼焦炉的最高温度以及升温速率的稳定性直接影响焦炭的成块率以及强度等性能。加强炉温管理是炼焦过程中保证全炉焦炭加热均匀、焦饼成熟良好的一项重要工作。因此，在炼焦过程中，首先要确定合适的最高焦化温度，以满足成焦需要；其次，升温速率要均匀平稳，使成焦过程均匀、稳定；再次，提高直行温度的均匀系数、横排温度的均匀系数和安定系数，这三大系数的稳定和提高体现焦炭质量的均匀程度及焦炭质量的稳定性。
2.4 结焦时间与生产计划的影响
结焦时间过短即强化生产时，标准温度显著提高，因炉温较高，装煤操作困难；炭化室、上升管内石墨生长很快；炉温均匀性较难控制；容易发生高温和焦饼难推事故，所得焦炭也较碎，其粒度也将受到影响。焦炉生产须保障推焦计划的均衡与稳定，使全炉各炭化室按一定的结焦时间均匀成熟，推焦时切忌过早打开炉门、炉盖，使部分焦炭燃烧，焦炭的灰分增加，影响焦炭质量。
2.5 熄焦工艺的影响
目前炼焦行业的熄焦工艺分为湿法熄焦和干法熄焦两种。湿法熄焦要考虑熄焦车的定位和焦炭的水份，熄焦过程中的水流、压力、时间的选择和设定，能够对焦炭进行整粒和合理掌握焦炭水分，有利于改善焦炭的机械强度和粒度均匀性。干法熄焦有节能、环保、提高焦炭质量等独特优势。根据同行业经验及攀煤联合焦化干熄焦实际情况，与湿熄焦相比，焦炭干熄可提高热强度（CSR）3～5%，抗碎强度（M40）2～4%。
3 检测因素对焦炭质量的影响
准确地进行焦炭的各个指标的测定，正确地反映焦炭质量，是焦化企业进行降低成本、合理配煤提高焦炭质量的重要依据，也是影响焦炭质量的重要因素。
3.1 设备因素的影响
因检测的设备不同，造成焦炭的指标检测结果差异的较大。焦炭热反应性及热反应强度检测，因不同检测设备配置的温度检测各有差异，会导致检测结果不一样。检测设备的温度检测点、恒温时间、保温措施、检测气体的流速及流量均是影响焦炭各项指标的最终检测结果。焦化企业应根据各自的检测设备进行调试、分析并及时调整，确保测结果超差不超过国家标准。
3.2 采制样因素的影响
采制样对准确反映焦炭的质量影响主要体现在人为因素上。各焦化企业应严格执行国标要求，结合生产现场的实际情况，针对采样点和采制样方法进行几何模型分析，尽量确保采制样的准确性。如在对焦炭热反应性及热反应强度检测的试样制备时，破碎后直接弃去筛上物，能够影响焦炭热反应性检测的准确度及平行性，经多次破碎(3次以上)及手工制样相结合可以提高焦炭热反应性检测的准确度及平行性[5]。
4 结束语
焦炭质量的高低是企业有没有核心竞争力的体现之一，提高焦炭质量不仅对企业发展有至关重要的意义，还将对社会产生深远的影响。影响焦炭质量的因素很多，对于焦炭质量稳定，应建立在因素分析的基础上，制定科学的改进措施，合理调节配合煤参数、改善生产工艺、强化生产操作管理、准确测定，从每个环节上入手来齐抓共管，实现焦炭质量的提升。
参考文献
[1]曹汉生．焦炭在高炉中热态性能评价初探[J].江苏冶金，2001．01： 17~21
[2]张文成．焦炭热强度影响因素的研究[J]．梅山科技，2007，（3）：37~40．
[3]付永宁.高炉焦炭.北京:冶金工业出版社. 1995 ,190~191.
[4]杨英杰，李伟．影响焦炭质量的因素[J]．农村经济与科技，2017，（14）：7~8．
[5]李利凯，王文光，刘艳等．影响焦炭热反应性及热反应强度检测因素浅谈[J]．本钢技术，2010，（4）：35~38．