焦炭强度的影响因素分析

文｜汇锦数能-掌上煤焦

焦炭强度指标分为机械强度（抗碎强度及耐磨强度）和热强度（反应性及反应后强度）。焦炭的机械强度是衡量焦炭能否起到支撑骨架的作用，确保高炉操作正常的重要指标。焦炭机械强度差，会产生很多碎焦和细粉，不利于炉料的透气性，使炉况不顺，产量降低，焦比增加。焦炭热强度是反映焦炭在高炉中抵抗化学侵蚀和保护炉料骨架作用能力，是综合衡量与评价焦炭热态稳定性的主要指标，较之机械强度更为重要。焦炭热强度差，便会在熔融带反应性过大，使煤气利用程度变差，焦比升高，产生较多碎焦和细粉使炉柱透气性差。

焦炭的强度主要受配合煤性质，如配合煤的粘结性、岩相组成、灰成分等因素影响。相同煤化度的煤，当流动度和膨胀度高时炼制的焦炭反应性较低。反应后强度较高；岩相组成不同，焦炭强度差异很大；煤的部分灰成分氧化物对焦炭反应性有催化作用，其含量增加时，反应性增高。在配合煤性质稳定时，不同的备煤炼焦控制对焦炭强度同样有较大影响，如加热速度、熄焦方式、配合煤水分细度控制等。

1 配合煤性质对焦炭强度的影响

1.1 粘结性对焦炭强度的影响

煤的粘结性取决于胶质体的数量和性质。胶质体中液态产物多且流动性适宜，就能填充固体颗粒间隙并发生黏结作用。胶质体的液态产物稳定性好，从生成胶质体的固化的温度区间宽，则胶质体存在时间长，产生的粘结作用充分。数量足够、流动性适宜及稳定性好的胶质体市粘结成焦的必要条件。

1.2 岩相组成对焦炭强度的影响

岩相组分比例应恰当，以显微组分中的活性组分为主（是决定焦炭组成的因素，利于生成致密焦炭），配以适当的惰性组分为结焦中心和骨架（是参与焦炭形成的因素，可缓解收缩应力，增强气孔壁厚度）。配合煤中活性组分与惰性组分比例过高或过低都会对焦炭强度造成影响。配合煤的其他岩相指标如镜质组最大反射率、反射率分布范围、标准偏差及分布图也是配煤中的重要参考指标，是否合理对焦炭强度同样重要。

1.3 灰成分对焦炭强度的影响

煤的灰成分主要是Ti、Si、Fe、Ca、Mg、Na、K等氧化物。其中AL2O3和SiO2在高温状态下性能稳定，煤灰熔融时起骨架作用；Na2O、K2O在煤灰熔融时率先融化，CaO、MgO、Fe2O3等在煤灰熔融时起助融作用，CaO、MgO、Fe2O3 、Na2O、K2O在煤灰熔融时明显降低熔融温度。当煤灰成分以AL、Si、Ti为主时有利于提高并生产高热强度焦炭；以Fe、Ca、Mg、K、Na为主时，在高温反应中起催化作用，加速焦炭与CO2反应，破坏焦炭气孔璧，使焦炭热强度降低。所以，组成配合煤的各单种煤灰成分不同，对焦炭质量影响很大，了解清楚不同单种煤灰成分含量，对稳定焦炭质量至关重要。煤的灰成分差异导致了焦炭强度的不同，使灰分整体偏高的煤种反而强度偏高。

2 备煤炼焦控制对焦炭强度的影响

2.1 水分对焦炭强度的影响

配合煤水分变化对焦炭热强度影响较大。配合煤水分增大会导致配合煤堆密度降低，焦炭成熟不好，生产出来的焦炭致密性变差，中心气孔及泡焦增多，使焦炭热强度降低。而配合煤实际控制过程中，因来煤水分的不稳定，使配合煤水分波动较大，炼焦过程又不能及时根据水分变化对炉温进行调整，使焦炭质量出现较大波动。结合生产实践数据，配合煤水分每增加1%，焦炭反应后强度约降低2-3%。

2.2 细度对焦炭强度的影响

捣固炼焦配合煤细度一般大于85%。细度不够，配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，导致强度低；细度过高，堆密度降低，同时由于惰性组分比表面积增大，活性组分被过度吸附，胶质体减薄，胶质体围绕惰性组分成焦减弱，焦炭气孔壁变薄，影响焦炭强度。

实际控制中应对强粘结煤粗粉碎以保持其粘结性，弱粘结煤细粉碎以利于分散。破碎工艺应用选择性粉碎工艺，将达到粒度的部分筛选出来，未达到粒度的部分继续进行粉碎，避免大粒度中惰性组分未粉碎，小粒度中活性组分过细粉碎。

2.3 加热速度对焦炭强度的影响

捣固焦炉合理的加热速度应该是，在胶质体形成阶段快，在半焦收缩阶段慢。胶质体形成阶段提高加热速度可加宽胶质体塑性温度间隔，增强胶质体软化阶段的流动性，提高了煤在软化阶段的粘结性，因而可以改变耐磨强度。在半焦收缩阶段，因加热速度决定半焦收缩速度，加热速度越快，半焦收缩速度越快，降低加热速度有利于提高焦炭质量。

2.4 结焦时间对焦炭强度的影响

延长结焦时间使焦饼在焦炉内成熟之后，再经过一段时间焖炉，使焦饼在结焦后期的热分解与热缩聚程度提高，焦炭挥发分降低，碳结构中氢含量减少，焦炭更加致密，达到提高焦炭强度的目的。

2.5 熄焦方式对焦炭强度的影响

湿熄焦因炽热的红焦在熄焦水作用下骤然冷却收缩使内应力增大，从而产生熄焦，其整粒作用及缓慢冷却，克服了湿熄焦过程焦炭内应力的增加，避免而湿熄焦炭总表面积，特别是微孔表面积明显大于干熄焦，因此湿熄焦炭反后强度小于干熄焦。