1、第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023粒度对焦炭工业分析的影响史春雷,程 欢,廖 飞,梁英华,李国江,郭 瑞,韩艳伟(华北理工大学化学工程学院,河北 唐山 063210)摘 要:焦炭工业分析是研究焦炭特性的基础方法之一,也是某些试验进行的前提。本文对六种不同焦炭的不同粒度焦样分别进行了工业分析,研究了粒度对焦炭工业分析各指标的影响。发现随着粒度的减小,水分和挥发分均逐渐增大,灰分呈现出先增大再减小,然后基本稳定的趋势,固定碳呈现出先减小再增大,然后基本稳定的趋势。验证了制样时过粉碎会导
2、致工业分析测定结果的不准确,应提高制样过程的严谨性,规范制样过程。关键词:焦炭;粒度;水分;灰分;挥发分中图分类号:TQ520.1 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0134-04 基金项目:河北省自然科学基金钢铁联合研究基金资助项目(基金编号:E2018209310);河北省高等学校科学技术研究项目青年基金项目(基金编号:QN2020217)。第一作者:史春雷(1997-),男,华北理工大学化学工程学院研究生。通讯作者:程欢(1989-),男,博士,华北理工大学化学工程学院讲师,主要从事高炉炼铁与配煤炼焦领域的研究工作。梁英华(1964-),女,博士,华北理工大学化
3、学工程学院教授,主要从事煤焦化领域的研究工作。Influence of Particle Size on Proximate Analysis of Different CokesSHI Chun-lei,CHENG Huan,LIAO Fei,LIANG Ying-hua,LI Guo-jiang,GUO Rui,HAN Yan-wei(College of Chemical Engineering,North China University of Science and Technology,Hebei Tangshan 063210,China)Abstract:Proximate a
4、nalysis of coke is one of the basic methods to study the characteristics of coke,and also thepremise of some experiments.Six different coke samples with different particle size were analyzed,and the influence ofparticle size on each index of coke proximate analysis was studied.It was found that with
5、 the decrease of particle size,both moisture and volatile content increased gradually,ash content first increased,then decreased,and then basicallystabilized,while fixed carbon first decreased,then increased,and then basically stabilized.It was proved that excessivecrushing in sample preparation wil
6、l lead to inaccurate determination results of proximate analysis,so the rigor of samplepreparation process should be improved and the sample preparation process should be standardized.Key words:coke;particle size;moisture;ash;volatile我国是焦炭生产大国,焦炭在化工和冶金生产中都发挥着重要作用。焦炭在高炉内主要起到四个作用,即还原、供热、充当料柱骨架以及渗碳1-4。
7、由于焦炭是高炉下部唯一保持一定块度和强度的固态原料,可以很好地保持高炉的透气和透液能力5-6,因此焦炭充当料柱骨架的作用尤为重要。焦炭质量的优劣制约着焦炭的料柱骨架作用,而工业分析是了解和研究焦炭质量最基本的特征参数。焦炭的工业分析指标包括水分、灰分、挥发分以及固定碳。水分是冶金焦炭重要的物理性能指标,其值大小及稳定性对高炉冶炼起重要作用7-10,稳定焦炭水分就是稳定焦炭质量11-12,焦炭中的水分会降低其发热量,影响焦炭的使用。降低焦炭水分还可以提高焦炭的热性能指标13。于青等14经研究发现焦炭水分含量与 CRI、CSR 指标均存在相关性。灰分是用来对焦炭质量加以评价的关键指标15-17,焦
8、炭中的灰分越多,焦炭的裂缝就越多,在高炉的高温环境下裂缝扩大,导致焦炭强度下降18。张昆华等19通过生产实践研究发现焦炭灰分不仅影响焦炭的冷态强度指标,而且还影响焦炭的热态强度指标。挥发分是评价焦炭成熟度的重要指标20,它与炼焦煤的煤化度和炼焦温度有关21,是决定燃烧速度和燃烧难易程度的重要指标22,焦炭挥发分无论过高过低,均影响焦炭质量,从而影响高炉冶炼23。固定碳是焦炭发热量的主要来源24,它是通过差减法计算获得的。总而言之,根据工业分析数据可以初步了解焦炭的特性,为后续试验奠定基础,准确测定各指标数值非常关键。但我们在制备焦炭工业分析样品的过程中普遍存在过粉碎现象,导致测定的结果不准确,
9、因此,不同粒度对焦炭工业分析的影响成为一个有待考察的课题。1 实验部分1.1 实验仪器与样品KX(GJ)400-1 密封式化验制样粉碎机,南昌科鑫;鼓风干燥箱,鞍山科翔仪器仪表有限公司;马弗炉,天津凯恒;分析天平,赛多利斯仪器有限公司;工业分析实验样品为取自某钢厂的六种不同焦炭。第 51 卷第 2 期史春雷,等:粒度对焦炭工业分析的影响135 1.2 实验方法国家标准 GB/T 2001-2013 中要求焦炭工业分析所用焦炭试样的粒度为小于0.2 mm,本实验研究在保证焦炭样小于0.2 mm的前提下,将焦炭粒度进行细化,探究不同粒度对焦炭工业分析各指标的影响,并对多种焦炭进行测试分析,提高实验
10、规律的普遍性和可信度。具体实验操作如下:将实验选取的某钢厂六种不同焦炭,采用密封式化验制样粉碎机制备工业分析所需焦炭样,利用 80 目、100 目、160 目和 200 目的圆孔筛对粉碎后的焦炭样品进行粒度筛分,区分出0.15 0.18 mm、0.096 0.15 mm、0.074 0.096 mm 和 0.074 mm 四种不同粒度的焦炭样,然后利用鼓风干燥箱、马弗炉以及分析天平对不同粒度的焦炭样进行工业分析实验。2 结果与讨论2.1 粒度对焦炭水分的影响6 种不同焦炭在 4 种不同粒度下的水分测定结果如表 1 所示。表 1 不同粒度下焦炭的水分测试结果Table 1 Moisture te
11、st results of coke with different particle size(%)焦样编号 0.15 0.18 mm 0.096 0.15 mm 0.074 0.096 mm 0.074 mmCoke10.370.470.510.58Coke 20.160.260.290.38Coke 30.260.310.370.43Coke 40.170.250.320.53Coke 50.700.770.811.11Coke 60.350.400.490.72对表 1 中数据进行作图,可得到 6 种不同焦炭样水分随粒度的变化规律,如图 1 所示。图 1 水分 Mad 随粒度的变化规律F
12、ig.1 The variation of moisture with particle size从图 1 中可以看出焦炭样的粒度对水分的测定结果有一定的影响,6 种焦炭的水分均随着粒度的减小而逐渐增大,当焦炭试样的粒度由 0.15 0.18 mm 减小至0.074 mm 时,6 种焦炭试样中水分增加幅度至少为 0.17%,最多为 0.37%。呈现出这样的规律可能是因为随着制样时破碎程度的增加,焦炭气孔破坏程度增大,吸附在气孔壁上的水分更多的暴露出来。但是水分值增大的幅度因焦炭种类不同而不尽相同,这可能是焦炭的孔隙率、孔径和壁厚等结构差异导致焦炭水分的吸附量不同,另外还可能与焦炭的熄焦方式不同
13、有关。2.2 粒度对焦炭灰分的影响6 种不同焦炭在 4 种不同粒度下的灰分测定结果如表 2 所示。表 2 不同粒度下焦炭的灰分测试结果Table 2 Ash test results of coke with different particle size(%)焦样编号 0.15 0.18 mm 0.096 0.15 mm 0.074 0.096 mm 0.074 mmCoke113.9319.5612.7712.91Coke 211.4616.6612.3512.48Coke 312.0617.0112.6712.17Coke 413.5920.9013.7812.34Coke 515.60
14、22.3611.9312.10Coke 613.3121.0613.1712.87对表 2 中的数据进行作图,可得到 6 种不同焦炭样灰分随粒度的变化规律,如图 2 所示。图 2 灰分 Aad 随粒度的变化规律Fig.2 The variation of ash with particle size从图 2 中可以看出焦炭样的粒度对灰分有一定的影响并且呈现出一个大致的规律,随着焦炭样粒度的减小,6 种焦炭样的灰分均呈现出先增大再减小,然后基本稳定的趋势。当粒度由 0.15 0.18 mm 减小到 0.096 0.15 mm 时,焦炭灰分值增加,6 种焦炭试样的增加幅度均在 5%以上;当粒度范围
15、在0.096 0.15 mm 时灰分值达到峰值;当粒度由 0.096 0.15 mm减小到 0.074 0.096 mm 时,焦炭灰分值降低,6 种焦炭试样的降低幅度均在 4%以上;当粒度减小到0.074 mm 以下时,焦炭试样的灰分基本与粒度在 0.074 0.097 mm 内焦炭样的灰分相同。由图 2 中可以看出虽然 6 种焦炭灰分随粒度的变化规律走向大致相同,但增减幅度有所差别,这可能与不同焦炭所含灰分的耐磨性不同有关。另外,不同焦炭的灰分差异与配合煤灰分和炼焦过程结焦时间有关,结焦时间越长,焦炭灰分越低25。综合 6 种焦炭样在不同粒度下灰分的变化规律,可以发现每种焦炭的灰分值在 0.
16、15 0.18 mm、0.074 0.096 mm 和0.074 mm 三个粒度下的差异并不大,唯独在 0.096 0.15 mm的粒度范围内突增,并且在 0.074 0.096 mm 和0.074 mm 两个粒度下的灰分值相差微乎其微,说明灰分随焦炭粒度破碎存在固定粒级集中现象。2.3 粒度对焦炭挥发分的影响6 种不同焦炭在 4 种不同粒度下的挥发分测定结果如表 3所示。136 广 州 化 工2023 年 1 月表 3 不同粒度下焦炭的挥发分测试结果Table 3 Volatile test results of coke with different particle size(%)焦样编号 0.15 0.18 mm 0.096 0.15 mm 0.074 0.096 mm 0.074 mmCoke11.151.561.672.35Coke 21.672.282.592.75Coke 31.281.592.232.98Coke 41.211.601.652.30Coke 52.312.552.713.45Coke 61.651.872.322.73对表 3 中的数据进行作图,可得到