干熄焦工艺对焦炭质量的影响
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第 37 卷 第 1 期 2002 年 1 月
钢 铁 IRO N A ND STΒιβλιοθήκη BaiduEEL
V o l. 37, N o . 1 Janua ry 2002
干熄焦工艺对焦炭质量的影响
吕 劲 何亚斌 汤长庚
( 首钢总公司)
( 北京首钢股份有限公司)
摘 要 对首钢干熄焦炭和湿熄焦炭的对比研究, 得出焦炭孔径结构是影响干熄焦炭质量变化的主要因素。 关键词 干熄焦 焦炭质量 气孔结构
湿熄焦炭
0. 347 7 7. 684 2
49. 136 2
0. 011 9 0. 181 0 1. 119 9 1. 834 1
图 2 干熄焦炭与湿熄焦炭的累计孔容 F ig . 2 Cumulativ e po re v olume of coke
图 3 干熄 焦炭与湿熄焦炭累计孔表面积 F ig . 3 Cumulativ e po r e sur face o f coke
注: d ( 002) 为芳香层片 的间距; L a 为 芳香层片 的直径; L c 为每 个 微晶层片的平均堆砌厚度。
计算各焦炭光学组织的含量, 焦炭光学组织划分及 测定方法按 T B/ T 077-1995 标准进行。焦炭光学组 织测定结果见表 5。
图 1 干熄焦炭及湿熄焦炭 X 射线衍射分析谱图 Fig . 1 X-ray diffraction patter n o f dr y a nd w et quenched coke
湿熄焦炭/ %
2. 0 1. 2 66. 5 3. 7 0 0. 5 26. 1
2. 6 焦炭微孔结构测定 用美国麦 克仪器 公司( M icrom er it ics ) 生产 的
9310 型微孔分析仪, 分别测定干熄焦炭和湿熄焦炭 的内部孔隙。它的工作原理是在不同的压力下( 最大 压力可达 207 M Pa) , 根据压入焦炭微孔中汞的体积 来换算空隙的大小, 进而得出不同孔径孔的分布及 空隙的表面积, 所测定的孔径从 500～60×10- 4 m。 干熄焦炭和湿熄焦炭的微孔测定结果见表 6 及图 2 ～5。 2. 7 扫描电子显微镜分析
INFLUENCE OF CDQ ON COKE QUALITY
L U Jin HE Yabin T ANG Chang geng
( Shougang Co rp. ) ( Beijing Sho ug ang Co. , L t d. )
ABSTRACT By st udying dry quenched coke and w et quenched coke, it has been deduced t hat t he por osit y st ruct ure of coke is t he major facto r w hich ef fect s t he qualit y of dry quenched coke. KEY WORDS CDQ, co ke qualit y, pore str ucture
观察结果: 干熄焦炭与湿熄焦炭均呈多孔状, 孔 壁上布满了褶皱及裂纹, 其中湿熄焦炭的孔壁上分 布较多的微裂纹和球状突起。 3 干熄焦炭与湿熄焦炭主要理化性能对比 3. 1 焦炭的化学组成和结构
X 射线衍射分析法是研究物质晶体结构的有效 手段之一, 尽管焦炭并不是晶体, 但 X 射线衍射分 析亦能揭示焦炭中碳原子排列的有序性。国内外对 煤和碳的大量研究结果证明, 煤焦的石墨化程度越 高, 煤焦中芳香层片的 L a 和 L c 就越大, 而芳香层片 的间距 d ( 002) 则减小[ 1] 。从表 3、4 和图 1 中对干熄焦 炭和湿熄焦炭的工业分析及 X 射线衍射分析结果 可以得出, 二者的可燃基挥发分( V d) 基本相同, 反映 其化学结构的 L c、L a、d( 002) 指标也没有变化。说明干 熄焦炭与湿熄焦炭的碳原子排列结构基本一致, 没 有发生根本的变化。由于所选取的两种焦炭试样的 炼焦煤源和配煤比均相同, 只是熄焦方式不同, 因此 尽管干熄焦炭在干熄槽内增加了保温时间并缓慢冷 却, 但干法熄焦工艺并不能使焦炭的化学结构发生 改变。此外, 焦炭在进入干熄焦槽前已在焦炉中经过 20 h 的 充 分干 馏, 可燃 基 挥 发分 已 降 低到 V d < 1. 5 % , 也是使首钢干熄焦炭化学结构保持不变的 前提之一。 3. 2 焦炭的光学组织
用德国 L eica 公司的 S-360 扫描电子显微镜对 焦炭表面的形貌特征进行观察分析。
测试条件: 加速电压为 20 kV; 工作距离为 25
第 1 期 吕 劲等 : 干熄焦工艺对焦炭质量的影响
·7·
mm ; 理论分辨率为 40×10- 10 m;
表 6 焦炭微孔结构测定结果 T able 6 P or e size analy sis of coke
chemical st ructure index es of coke
样品名称 样品编号
干熄焦 湿熄焦
JD-3 JW -1
d ( 002) / 10- 10 m 3. 452 0 3. 428 7
Lc/ 10- 10 m 23. 283 5 23. 291 8
La/ 10- 10 m 48. 953 0 48. 959 1
表 5 焦炭 光学组织定量测定结果 T able 5 T est r esult fo r o ptical text ur e of co ke
焦炭光学组织
各向同性 细粒镶嵌 中粒镶嵌 粗粒镶嵌 纤维状 片状 丝质及破片
干熄焦炭/ %
1. 0 4. 0 56. 5 6. 3 0 7. 0 25. 3
用日本 Rigaku 公司的 D/ M ax -3B 型 X 射线衍 射仪对焦炭的结构进行分析。
测试条件为 Cu 靶, K 辐射, 石墨弯晶单射器。 扫描方式为连续扫描, 扫描速度为 2 °/ m in。采样间 隔为 0. 02°。
焦炭结构分析标准: 测试结果利用布 拉格 ( Brag g) 方程和谢乐( Scherrer) 公式等进行计算。焦 炭的分析结果见表 4、图 1。 2. 5 焦炭光学组织测定
图 4 干熄焦炭 孔表面积在不同孔径段的分布特征 Fig . 4 Po re sur face distr ibutio n o f dry quenched co ke
图 5 湿熄焦炭孔表面积在不同孔径段的分布特征 F ig . 5 Po re surface distr ibutio n o f wet quenched coke
16 22 21 27 14
9. 22 23. 65 0. 66
31 21 84
性及反应后强度试验。检验结果见表 2。 2. 3 焦炭的工业分析及灰分组成
焦炭的工业分析及灰成分测定结果见表 3。由
联系人: 吕 劲, 高级工程师, 北京( 100041) 首钢总公司技术中心
·6·
表 2 焦炭的粒度组成及强度 T able 2 Gr anular ity composit ion and
str eng th of co ke
项目
粒度筛分组成/ % > 80 mm
80～60 mm 60～40 mm 40～20 mm 20～10 mm
< 10 mm 米库姆转鼓强度/ %
M 40 M 10 反应性及反应后强度/ % CR I CS R
干熄焦炭
17. 6 25. 1 51. 0
5. 5 0. 2 0. 6
项目
焦炉炉型 结焦时间/ h 标准温度/ ℃ 配煤比/ % 弱粘煤 1/ 3 焦煤 肥煤 焦煤 瘦煤 配合煤质量 灰分/ % 挥发分/ % 全硫/ % 最终收缩度/ mm 最大胶质层厚度/ mm 粘结指数
指标
J N 60-82 20
机侧: 1 255; 焦侧: 1 310
85. 6 6. 4
24. 2 65. 2
湿熄焦炭
21. 0 28. 9 41. 4
6. 8 0. 5 1. 4
80. 8 6. 8
27. 4 61. 1
钢 铁 第 37 卷
于干熄焦炭与湿熄焦炭的原料煤种及配 煤比均相 同, 仅测定了湿熄焦炭的灰分组成。 2. 4 X 射线衍射分析
Vd
Std
12. 03
1. 36
0. 55
12. 04
1. 26
0. 59
S iO 2 46. 59
A l2O 3 37. 11
焦炭灰成分分析/ %
Fe2O 3
CaO
MgO
4. 73
2. 56
0. 90
K 2O 0. 42
N a2O 0. 52
表 4 焦炭结构参数测定结果 T a ble 4 X -r ay diffr actio n analysis r esult fo r
各项指标
总进汞体积/ mL·g- 1 总孔隙面积/ m2·g- 1 以体积计算的孔 隙直径中值/ m 以面积计算的孔 隙直径中值/ m 孔隙直径平均值/ m 容重/ g·mL- 1 真比重/ mL·g- 1
干熄焦炭
0. 268 0 3. 605 6
23. 527 5
0. 014 9 0. 297 3 1. 227 7 1. 829 6
·8·
钢 铁 第 37 卷
焦炭的光学组织测定结果看, 干熄焦炭的粗粒镶嵌 组织和片状组织高于湿熄焦炭, 而中粒镶嵌组织则 较低, 反映出干熄焦装置有助于焦炭光学组织各向 异性的发展, 这也与理论推断的结果是一致的。但由 于保温时间对焦炭光学组织的影响程度远小于炼焦
煤性质对光学组织的影响, 因此两者的光学组织构 成并没有表现出显著的差别( 图 6) , 都是以中粒镶 嵌组织为主, 中粒镶嵌组织和丝质及破片组织之和 均大于80 % 。
m 选 择为 焦炭 大 孔与 过渡 孔 的界 限 值, 这 也 与 Girish、Dubinin 对大孔的划分界限是一致的。由图 4、5 中可见焦炭孔表面积分布在 0. 015 m 处也是 一个突变点, 有近一半以上的孔隙表面积都分布在 < 0. 015 m 的孔径范围内。因此将 0. 015 m 作为 过渡孔与微孔的划分界限值。本次研究对焦炭孔径 划分分类方案见表 7。
分别选取首钢 1 号焦炉相同配煤比的干熄焦炭 和湿熄焦炭试样进行对比分析研究。首钢焦化厂 1 号焦炉的主要炼焦工艺参数及配合煤质量见表 1。 2. 2 焦炭的粒度组成及强度
由转鼓站在同一取样点采取湿熄焦样和干熄焦 样, 进行筛分组成测定、米库姆转鼓检验和块焦反应
表 1 首钢 1 号焦炉 主要炼焦工艺参数及配合煤质量 T able 1 M ain co king t echnical and coa l blending index es of N o. 1 coke o ven
将焦炭试样粉碎至0. 1～1. 0 m m 后加热成型, 经磨制、抛光制成光片, 在正交偏光的显微镜下数点
干熄焦炭 湿熄焦炭
表 3 焦炭的工业分析及灰分组成
T able 3 Pr ox imat e analy sis a nd ash co mposition of co ke
焦炭工业分析/ %
Ad
焦炭光学组织是其微观组织在光学上的反映, 它与焦炭的反应性及反应后强度等焦炭的冶金性能 有着直接的关系。焦炭的光学组织除了决定于炼焦 煤的变质程度、煤岩组成外, 炼焦加热速度、炼焦最 终温度及保温时间对焦炭的光学组织也有所影响。 由于干熄焦炭在干熄槽内经历了 4 h 的逐步冷却过 程, 其中近 2 h 停留在预存段内, 相当于延长了焦炭 的保温时间, 从理论上来说这将有利于焦炭光学组 织中各向异性程度的增强。从表 5 干熄焦炭与湿熄
1 前言 首钢 1 号焦炉干熄焦于 2001 年 1 月 19 日投入
试运行, 2001 年 3 月 20 日正式投产。该工程主体由 日方援建。干熄槽的设计排焦能力为 65 t / h, 用于处 理首钢 1 号焦炉所生产的焦炭。
干熄焦除了具有减少熄焦烟尘排放、回收利用 红焦余热等优点外, 还能使焦炭的冶金性能得到极 大的改善。尽管国内外对干熄焦炭的性质进行了大 量研究, 但缺乏对干熄焦炭微观特征的深入研究。本 文重点研究了湿法熄焦焦炭与干法熄焦焦炭微观特 征的差异, 尤其对两者的微孔结构及其对焦炭的反 应性和反应后强度的影响进行了深入研究。并就干 熄焦炭对高炉冶炼的影响进行了初步分析。 2 试验方法及结果 2. 1 炼焦参数及配合煤质量
钢 铁 IRO N A ND STΒιβλιοθήκη BaiduEEL
V o l. 37, N o . 1 Janua ry 2002
干熄焦工艺对焦炭质量的影响
吕 劲 何亚斌 汤长庚
( 首钢总公司)
( 北京首钢股份有限公司)
摘 要 对首钢干熄焦炭和湿熄焦炭的对比研究, 得出焦炭孔径结构是影响干熄焦炭质量变化的主要因素。 关键词 干熄焦 焦炭质量 气孔结构
湿熄焦炭
0. 347 7 7. 684 2
49. 136 2
0. 011 9 0. 181 0 1. 119 9 1. 834 1
图 2 干熄焦炭与湿熄焦炭的累计孔容 F ig . 2 Cumulativ e po re v olume of coke
图 3 干熄 焦炭与湿熄焦炭累计孔表面积 F ig . 3 Cumulativ e po r e sur face o f coke
注: d ( 002) 为芳香层片 的间距; L a 为 芳香层片 的直径; L c 为每 个 微晶层片的平均堆砌厚度。
计算各焦炭光学组织的含量, 焦炭光学组织划分及 测定方法按 T B/ T 077-1995 标准进行。焦炭光学组 织测定结果见表 5。
图 1 干熄焦炭及湿熄焦炭 X 射线衍射分析谱图 Fig . 1 X-ray diffraction patter n o f dr y a nd w et quenched coke
湿熄焦炭/ %
2. 0 1. 2 66. 5 3. 7 0 0. 5 26. 1
2. 6 焦炭微孔结构测定 用美国麦 克仪器 公司( M icrom er it ics ) 生产 的
9310 型微孔分析仪, 分别测定干熄焦炭和湿熄焦炭 的内部孔隙。它的工作原理是在不同的压力下( 最大 压力可达 207 M Pa) , 根据压入焦炭微孔中汞的体积 来换算空隙的大小, 进而得出不同孔径孔的分布及 空隙的表面积, 所测定的孔径从 500～60×10- 4 m。 干熄焦炭和湿熄焦炭的微孔测定结果见表 6 及图 2 ～5。 2. 7 扫描电子显微镜分析
INFLUENCE OF CDQ ON COKE QUALITY
L U Jin HE Yabin T ANG Chang geng
( Shougang Co rp. ) ( Beijing Sho ug ang Co. , L t d. )
ABSTRACT By st udying dry quenched coke and w et quenched coke, it has been deduced t hat t he por osit y st ruct ure of coke is t he major facto r w hich ef fect s t he qualit y of dry quenched coke. KEY WORDS CDQ, co ke qualit y, pore str ucture
观察结果: 干熄焦炭与湿熄焦炭均呈多孔状, 孔 壁上布满了褶皱及裂纹, 其中湿熄焦炭的孔壁上分 布较多的微裂纹和球状突起。 3 干熄焦炭与湿熄焦炭主要理化性能对比 3. 1 焦炭的化学组成和结构
X 射线衍射分析法是研究物质晶体结构的有效 手段之一, 尽管焦炭并不是晶体, 但 X 射线衍射分 析亦能揭示焦炭中碳原子排列的有序性。国内外对 煤和碳的大量研究结果证明, 煤焦的石墨化程度越 高, 煤焦中芳香层片的 L a 和 L c 就越大, 而芳香层片 的间距 d ( 002) 则减小[ 1] 。从表 3、4 和图 1 中对干熄焦 炭和湿熄焦炭的工业分析及 X 射线衍射分析结果 可以得出, 二者的可燃基挥发分( V d) 基本相同, 反映 其化学结构的 L c、L a、d( 002) 指标也没有变化。说明干 熄焦炭与湿熄焦炭的碳原子排列结构基本一致, 没 有发生根本的变化。由于所选取的两种焦炭试样的 炼焦煤源和配煤比均相同, 只是熄焦方式不同, 因此 尽管干熄焦炭在干熄槽内增加了保温时间并缓慢冷 却, 但干法熄焦工艺并不能使焦炭的化学结构发生 改变。此外, 焦炭在进入干熄焦槽前已在焦炉中经过 20 h 的 充 分干 馏, 可燃 基 挥 发分 已 降 低到 V d < 1. 5 % , 也是使首钢干熄焦炭化学结构保持不变的 前提之一。 3. 2 焦炭的光学组织
用德国 L eica 公司的 S-360 扫描电子显微镜对 焦炭表面的形貌特征进行观察分析。
测试条件: 加速电压为 20 kV; 工作距离为 25
第 1 期 吕 劲等 : 干熄焦工艺对焦炭质量的影响
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mm ; 理论分辨率为 40×10- 10 m;
表 6 焦炭微孔结构测定结果 T able 6 P or e size analy sis of coke
chemical st ructure index es of coke
样品名称 样品编号
干熄焦 湿熄焦
JD-3 JW -1
d ( 002) / 10- 10 m 3. 452 0 3. 428 7
Lc/ 10- 10 m 23. 283 5 23. 291 8
La/ 10- 10 m 48. 953 0 48. 959 1
表 5 焦炭 光学组织定量测定结果 T able 5 T est r esult fo r o ptical text ur e of co ke
焦炭光学组织
各向同性 细粒镶嵌 中粒镶嵌 粗粒镶嵌 纤维状 片状 丝质及破片
干熄焦炭/ %
1. 0 4. 0 56. 5 6. 3 0 7. 0 25. 3
用日本 Rigaku 公司的 D/ M ax -3B 型 X 射线衍 射仪对焦炭的结构进行分析。
测试条件为 Cu 靶, K 辐射, 石墨弯晶单射器。 扫描方式为连续扫描, 扫描速度为 2 °/ m in。采样间 隔为 0. 02°。
焦炭结构分析标准: 测试结果利用布 拉格 ( Brag g) 方程和谢乐( Scherrer) 公式等进行计算。焦 炭的分析结果见表 4、图 1。 2. 5 焦炭光学组织测定
图 4 干熄焦炭 孔表面积在不同孔径段的分布特征 Fig . 4 Po re sur face distr ibutio n o f dry quenched co ke
图 5 湿熄焦炭孔表面积在不同孔径段的分布特征 F ig . 5 Po re surface distr ibutio n o f wet quenched coke
16 22 21 27 14
9. 22 23. 65 0. 66
31 21 84
性及反应后强度试验。检验结果见表 2。 2. 3 焦炭的工业分析及灰分组成
焦炭的工业分析及灰成分测定结果见表 3。由
联系人: 吕 劲, 高级工程师, 北京( 100041) 首钢总公司技术中心
·6·
表 2 焦炭的粒度组成及强度 T able 2 Gr anular ity composit ion and
str eng th of co ke
项目
粒度筛分组成/ % > 80 mm
80～60 mm 60～40 mm 40～20 mm 20～10 mm
< 10 mm 米库姆转鼓强度/ %
M 40 M 10 反应性及反应后强度/ % CR I CS R
干熄焦炭
17. 6 25. 1 51. 0
5. 5 0. 2 0. 6
项目
焦炉炉型 结焦时间/ h 标准温度/ ℃ 配煤比/ % 弱粘煤 1/ 3 焦煤 肥煤 焦煤 瘦煤 配合煤质量 灰分/ % 挥发分/ % 全硫/ % 最终收缩度/ mm 最大胶质层厚度/ mm 粘结指数
指标
J N 60-82 20
机侧: 1 255; 焦侧: 1 310
85. 6 6. 4
24. 2 65. 2
湿熄焦炭
21. 0 28. 9 41. 4
6. 8 0. 5 1. 4
80. 8 6. 8
27. 4 61. 1
钢 铁 第 37 卷
于干熄焦炭与湿熄焦炭的原料煤种及配 煤比均相 同, 仅测定了湿熄焦炭的灰分组成。 2. 4 X 射线衍射分析
Vd
Std
12. 03
1. 36
0. 55
12. 04
1. 26
0. 59
S iO 2 46. 59
A l2O 3 37. 11
焦炭灰成分分析/ %
Fe2O 3
CaO
MgO
4. 73
2. 56
0. 90
K 2O 0. 42
N a2O 0. 52
表 4 焦炭结构参数测定结果 T a ble 4 X -r ay diffr actio n analysis r esult fo r
各项指标
总进汞体积/ mL·g- 1 总孔隙面积/ m2·g- 1 以体积计算的孔 隙直径中值/ m 以面积计算的孔 隙直径中值/ m 孔隙直径平均值/ m 容重/ g·mL- 1 真比重/ mL·g- 1
干熄焦炭
0. 268 0 3. 605 6
23. 527 5
0. 014 9 0. 297 3 1. 227 7 1. 829 6
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钢 铁 第 37 卷
焦炭的光学组织测定结果看, 干熄焦炭的粗粒镶嵌 组织和片状组织高于湿熄焦炭, 而中粒镶嵌组织则 较低, 反映出干熄焦装置有助于焦炭光学组织各向 异性的发展, 这也与理论推断的结果是一致的。但由 于保温时间对焦炭光学组织的影响程度远小于炼焦
煤性质对光学组织的影响, 因此两者的光学组织构 成并没有表现出显著的差别( 图 6) , 都是以中粒镶 嵌组织为主, 中粒镶嵌组织和丝质及破片组织之和 均大于80 % 。
m 选 择为 焦炭 大 孔与 过渡 孔 的界 限 值, 这 也 与 Girish、Dubinin 对大孔的划分界限是一致的。由图 4、5 中可见焦炭孔表面积分布在 0. 015 m 处也是 一个突变点, 有近一半以上的孔隙表面积都分布在 < 0. 015 m 的孔径范围内。因此将 0. 015 m 作为 过渡孔与微孔的划分界限值。本次研究对焦炭孔径 划分分类方案见表 7。
分别选取首钢 1 号焦炉相同配煤比的干熄焦炭 和湿熄焦炭试样进行对比分析研究。首钢焦化厂 1 号焦炉的主要炼焦工艺参数及配合煤质量见表 1。 2. 2 焦炭的粒度组成及强度
由转鼓站在同一取样点采取湿熄焦样和干熄焦 样, 进行筛分组成测定、米库姆转鼓检验和块焦反应
表 1 首钢 1 号焦炉 主要炼焦工艺参数及配合煤质量 T able 1 M ain co king t echnical and coa l blending index es of N o. 1 coke o ven
将焦炭试样粉碎至0. 1～1. 0 m m 后加热成型, 经磨制、抛光制成光片, 在正交偏光的显微镜下数点
干熄焦炭 湿熄焦炭
表 3 焦炭的工业分析及灰分组成
T able 3 Pr ox imat e analy sis a nd ash co mposition of co ke
焦炭工业分析/ %
Ad
焦炭光学组织是其微观组织在光学上的反映, 它与焦炭的反应性及反应后强度等焦炭的冶金性能 有着直接的关系。焦炭的光学组织除了决定于炼焦 煤的变质程度、煤岩组成外, 炼焦加热速度、炼焦最 终温度及保温时间对焦炭的光学组织也有所影响。 由于干熄焦炭在干熄槽内经历了 4 h 的逐步冷却过 程, 其中近 2 h 停留在预存段内, 相当于延长了焦炭 的保温时间, 从理论上来说这将有利于焦炭光学组 织中各向异性程度的增强。从表 5 干熄焦炭与湿熄
1 前言 首钢 1 号焦炉干熄焦于 2001 年 1 月 19 日投入
试运行, 2001 年 3 月 20 日正式投产。该工程主体由 日方援建。干熄槽的设计排焦能力为 65 t / h, 用于处 理首钢 1 号焦炉所生产的焦炭。
干熄焦除了具有减少熄焦烟尘排放、回收利用 红焦余热等优点外, 还能使焦炭的冶金性能得到极 大的改善。尽管国内外对干熄焦炭的性质进行了大 量研究, 但缺乏对干熄焦炭微观特征的深入研究。本 文重点研究了湿法熄焦焦炭与干法熄焦焦炭微观特 征的差异, 尤其对两者的微孔结构及其对焦炭的反 应性和反应后强度的影响进行了深入研究。并就干 熄焦炭对高炉冶炼的影响进行了初步分析。 2 试验方法及结果 2. 1 炼焦参数及配合煤质量